題 目 直線型低粘度液體灌裝機的設計 來源 工程實際1、研究目的和意義礦泉水、啤酒、果汁等飲品；醬油、醋等調味品；口服液、注射液等醫(yī)療用品，像這樣低粘度的液體在日常生活中必不可少，因此將這些液體如何有效的灌裝到不同的容器中就顯得尤為重要，研究此直線型低粘度液體灌裝機的目的就是為了改變傳統(tǒng)的灌裝機，使其全自動化，從而提高灌裝的效率和灌裝的精確度，進而提高產品的生產效率，滿足人們的需求量。2、國內外發(fā)展情況（1）國外飲料灌裝機的發(fā)展情況在飲料灌裝機械設備方面，美國、德國、日本、意大利和英國的制造水平相對較高。這些設備呈現出新的發(fā)展動向：①多功能同一臺設備，可進行茶飲料、咖啡飲料和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝；均可進行玻璃瓶與聚酯瓶的灌裝。②高速度、高產量：碳酸飲料灌裝機的灌裝速度最高達 2000 灌/分，德國 H&K 公司、SEN 公司、KRONES 公司，其灌裝機的灌裝閥分別達到 165 頭、144 頭、178 頭。非碳酸飲料灌裝機的灌裝閥50~100 頭，灌裝速度最高達 1500 灌/分。③技術含量高、可靠性高：全線的自控水平高和全線效率高。在線檢測裝置和計量裝置配套完備，能自動檢測各項參數、計量精確。集機、電、氣、光、磁為一體的高新技術產品不斷涌現。④整套供應能力強 [1]：如一條飲料包裝線，由微電腦件、控制軟件、包裝封蓋配套組合，現實生產力與理論科技相結合。（2）國內飲料灌裝機的發(fā)展情況我國飲料灌裝設備基本是在引進設備和技術的基礎上發(fā)展起來的，經過引進和消化吸收，我國飲料灌裝水平已有很大提高，特別是 150 瓶（罐）/分以上生產能力的灌裝生產線基本可以成套供應，目前南京輕工機械廠、合肥輕工機械廠和廣東輕工機械廠已能提供生產能力高達 600 瓶/分的玻璃瓶和 600 罐/分的易拉罐飲料或啤酒灌裝生產線 [2]，主要設備包括灌裝機、封罐機（壓蓋機、旋蓋機） 、紙箱包裝機和殺菌機。灌裝能力如下：灌裝機/封罐機頭數： 18/4 30/6 40/6 60/8 ；灌裝速度： 罐(瓶)/分：150、300、500、600。聚酯瓶灌裝生產線基本與玻璃瓶灌裝機 [3]通用，經過調整后，可以一機兩用，灌裝能力為 250ml 瓶為 24000 瓶/時； 1250ml 瓶為 720 瓶/ 時。中小規(guī)模的非充氣飲料灌裝線包括玻璃瓶灌裝生產線和易拉罐灌裝生產線，生產能力 40~200 瓶（罐）/分。3、研究/設計的目標：設計一種結構簡單、成本低、工作穩(wěn)定性較好、方便控制的直線型液體自動灌裝機。（1）灌裝對象：低粘度不含氣體的液體飲料（如礦泉水、飲料）（2）灌裝瓶參數：灌裝瓶體積 600ml，灌裝液體凈含量 550ml，灌裝瓶直徑 60mm（3）灌裝瓶材料：塑料（4）灌裝時間：10s/次灌裝機械的主要技術指標：（1） 灌裝液體的粘度：μ≤ 1 Pa·s（2）灌裝速度：v = 6 次/min（3）系統(tǒng)壓力：P （0.5～3MPa）4、設計方案（研究/設計方法、理論分析、計算、實驗方法和步驟等）：（1）主要研究內容灌裝系統(tǒng)的設計，確定灌裝方法及定量方法 （2）設計方案方案一：定量方法采用定量杯定量法 [4]，原理圖如圖 1 所示：圖 1 定量杯定量法控制原理圖A 為供料管道，D 為電磁閥，B、C 兩條橫線表示允許料位變化的上下限，即灌裝的容量 550ml，所以在兩處不同的位置安裝了兩個料位檢測器，來控制灌裝的容積。其中 B 處于下限料位，C 處于上限料位，B、C 通過電阻與大地相連。電機帶動泵供料，單片機控制電機轉動，供料時，料位上升，當達到上限時，C 處的料位器得到信號，此時電機和泵停止供料，當料位處于下限位時，B 處的料位器得到信號，灌裝閥 D 關閉，同時啟動電機并開始供料。如此反復循環(huán)，來實現定量灌裝的目的。方案二：如圖 2 所示圖 2 定量杯定量法原理圖兩種方案的原理相同，但方案二的定量精度相對較低，灌裝時定量瓶底部會殘留液體，使定量不準確。所以兩種方案相比較，選擇方案一進行設5、方案的可行性分析：這種灌裝機僅針對低粘度的液體進行灌裝，綜合所查閱的資料，以及啤酒廠、礦泉水廠等大量的投入與使用，相信此方案是可行的。6、該設計的創(chuàng)新之處（1）執(zhí)行系統(tǒng)采用液壓傳動控制，使灌裝系統(tǒng)在灌裝時更穩(wěn)定可靠，遲滯?。?）控制系統(tǒng)采用的是單片機控制 [5]，從而控制水箱液位，進而使定量灌裝更加精確7、設計產品的主要用途和應用領域：（1）產品主要用途：該直線型灌裝機主要針對低粘度的礦泉水、飲料等液體進行灌裝生產，根據客戶的需求不同，可選取不同的灌裝瓶進行灌裝，如塑料瓶、玻璃瓶等。（2）產品的應用領域隨著現代科學技術的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們的消費習慣也隨之相應的變化，同時對消費品的包裝提出了更高的要求，而液態(tài)產品的包裝在包裝行業(yè)中占有很大比例，這是由于液體包裝涉及的行業(yè)廣泛、品種繁多；如飲料方面的汽水、果汁、牛奶、礦泉水、蒸餾水、啤酒、果酒等；調味品方面的醬油、醋、味精液等；醫(yī)藥行業(yè)的口服液、注射液等。8、時間進程第四周 初步擬定方案，書寫開題報告第五周 明確整體設計思路并進行液料供送系統(tǒng)的設計計算第六周 對傳動系統(tǒng)進行設計計算及其強度校核第七周 設計灌裝系統(tǒng)，選擇定量方式第八周 進行控制系統(tǒng)的計算及選用第九周 繪制裝配圖第十周 繪制裝配圖第十二周 繪制零件圖第十三周 繪制電路圖及手繪零件圖第十四周 修改裝配圖第十五周 撰寫說明書并修改第十六周 整理材料，準備答辯 9、參考文獻：1 張文明．全自動液體灌裝機[J] ．機電一體化，2003，9（6）：46-49． 2 申志勇．影響啤酒灌裝機灌裝效果的因素分析[J] ．包裝與食品機械，2005（5）：18-23． 3 魏國．改進灌裝機提高異形瓶灌裝精度[J] ．釀酒科技，2010（3）：68-70． 4 田光宇．定量灌裝機檢定中的幾點建議[J] ．中國計量，2009（10）：114-115． 5 鄭長勇，姜建平，王時勝．飲料灌裝機的單片機控制系統(tǒng)的研制[J] ．電子質量，2003（10）：8-10． 6 王延峰，李秀峰．多通道定量定時灌裝機的研制[J] ．輕工機械，2004（3）：94-96．7 張景和．自動灌裝機生產線改造的實踐探索[J] ．潤滑油，2010，25（6）：55-57．8 高隆緒．對飲用純凈水生產與灌裝的幾點看法[J] ．凈水技術，2000，19（4）：43-46．9 曾榮江，征風，李玉琳．一種藥液灌裝機進瓶機構控制系統(tǒng)的研究與設計[J] ．化工自動化及儀表，2010，37（6）：90-92．10 鄭曉．灌裝機灌裝時間概率計算模型[J] ．糧油加工與食品機械，2002（6）：42-44．11 謝小鵬，王大成．灌裝機控制系統(tǒng)改進設計[J] ．石油化工設備，2000，29（5）：51-52．12 趙漢雨，劉存祥，霍志軍．全自動稱重式液體灌裝機設計[J] ．中國制藥裝備，2008（5）：46-49．13 宋如琛，王秀勝．一種實用的稱重式液體灌裝機[J] ．液壓與氣壓，2003（6）：25-26．14 Zhang Chun-yu．Design of the Control Part of a Kind of Liquid Filling Machine[J] ． LIGHT INDUSTRY MACHINERY，2007，25（2）：75-77．15 He Ling．Factors of Beverage Manufacture Line Design[J] ．LIGHT INDUSTRY MACHINERY，2000（3）：18-21．16 Sun Mao-quan，YAN Wei-yue．Control System of a Gravimetric (Weighting) Fluid-filling Machine[J] ．LIGHT INDUSTRY MACHINERY，2007，25（3）：94-96．指導教師意見教師簽字：年 月 日開題答辯小組意見：組長簽字： 成員簽字：年 月 日畢業(yè)設計領導小組意見: 組長簽字：年 月 日