機電裝備設(shè)計(20)

1、12 流道工藝計算流道工藝計算液料經(jīng)灌裝閥端孔口的體積流量，用通式表示為：液料經(jīng)灌裝閥端孔口的體積流量，用通式表示為：1）閥端孔口流量的計算）閥端孔口流量的計算2 液料體積流量液料體積流量qv取決于三個參數(shù)：流道流速系數(shù)取決于三個參數(shù)：流道流速系數(shù)C、孔口流通、孔口流通面積面積A0及孔口截面壓頭及孔口截面壓頭H。32）灌液時間的計算）灌液時間的計算 根據(jù)根據(jù)定量方法定量方法和和灌裝閥管口伸至瓶內(nèi)位置灌裝閥管口伸至瓶內(nèi)位置不同對灌液時間不同對灌液時間影響不同，分為以下幾種情況進行分析計算。影響不同，分為以下幾種情況進行分析計算。 （1）控制液位定量的短管溶液過程）控制液位定量的短管溶液過程 如圖

2、所示，若管口伸至瓶如圖所示，若管口伸至瓶頸部分，貯液箱內(nèi)液位保持不變，貯液箱和待灌瓶內(nèi)氣相空間頸部分，貯液箱內(nèi)液位保持不變，貯液箱和待灌瓶內(nèi)氣相空間的壓力也基本保持不變，則該灌液過程屬于穩(wěn)定的管口自由出的壓力也基本保持不變，則該灌液過程屬于穩(wěn)定的管口自由出流，液料體積流量流，液料體積流量qv是個常量是個常量m)ZPa)Pa), )(21010110（儲液箱液面距管口高度灌裝瓶內(nèi)氣體壓力（儲液箱內(nèi)氣體壓力（式中pppppZgpgCAqv4 設(shè)料瓶的定量灌液容積為設(shè)料瓶的定量灌液容積為V0(立方米立方米)，則，則所需灌液時間所需灌液時間 提高生產(chǎn)能力，適當(dāng)增大提高生產(chǎn)能力，適當(dāng)增大C、P、Z1和和

3、A0參數(shù)值。增大參數(shù)值。增大C、P、Z1應(yīng)考慮勿使液流應(yīng)考慮勿使液流過快，以實現(xiàn)穩(wěn)定的灌液過程。增大過快，以實現(xiàn)穩(wěn)定的灌液過程。增大A0，應(yīng)，應(yīng)考慮瓶內(nèi)液面超過回氣管口時，能否達到定考慮瓶內(nèi)液面超過回氣管口時，能否達到定量精度。量精度。5(2) 控制液位定量的長管溶液過程控制液位定量的長管溶液過程 若管口接近瓶底，其灌液過程可分兩步進行；在液若管口接近瓶底，其灌液過程可分兩步進行；在液面接觸管口之前，屬于穩(wěn)定的管口自由出流，此灌液面接觸管口之前，屬于穩(wěn)定的管口自由出流，此灌液時間時間t11，參閱上式計算。，參閱上式計算。 當(dāng)波面淹沒了管口后，作用在管口上部的靜壓頭隨當(dāng)波面淹沒了管口后，作用在管

4、口上部的靜壓頭隨著瓶內(nèi)液位的逐漸上升而增大，屬于不穩(wěn)定的管口淹著瓶內(nèi)液位的逐漸上升而增大，屬于不穩(wěn)定的管口淹沒出流，液料體積流量沒出流，液料體積流量qv是變量，為孔口截面靜壓頭是變量，為孔口截面靜壓頭的函數(shù)。的函數(shù)。 淹沒出流的優(yōu)點，是能減緩液料流入瓶內(nèi)所產(chǎn)生淹沒出流的優(yōu)點，是能減緩液料流入瓶內(nèi)所產(chǎn)生的沖擊及由此引起的起泡現(xiàn)象，使溶液穩(wěn)定。的沖擊及由此引起的起泡現(xiàn)象，使溶液穩(wěn)定。6 設(shè)瓶子內(nèi)腔面積為設(shè)瓶子內(nèi)腔面積為Ab當(dāng)當(dāng)液料淹沒管口的高度為液料淹沒管口的高度為h，可得，可得瞬時瞬時t的體積流量近似計算式的體積流量近似計算式7 瓶體部分可視作截面積瓶體部分可視作截面積(令為令為Ab1)不變的圓

5、柱體，不變的圓柱體，而瓶頸部分可近似看成圓臺，其截面積而瓶頸部分可近似看成圓臺，其截面積(令為令為Ab2)隨瓶隨瓶高而變化。計算灌液時間應(yīng)依此分別求積分。高而變化。計算灌液時間應(yīng)依此分別求積分。求出從求出從開始淹沒管口至瓶內(nèi)灌滿定量液料所需的罐液時間開始淹沒管口至瓶內(nèi)灌滿定量液料所需的罐液時間每瓶灌裝時間為每瓶灌裝時間為t=t11+t1283 生產(chǎn)能力計算生產(chǎn)能力計算 Q=60nj 式中式中 n-主軸轉(zhuǎn)速（主軸轉(zhuǎn)速（rmin） 欲提高灌裝機的生產(chǎn)能力就必須欲提高灌裝機的生產(chǎn)能力就必須增加頭數(shù)增加頭數(shù)j，增大轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)速n。 增加灌裝機頭數(shù)增加灌裝機頭數(shù)j，支承全機灌裝閥和托瓶機構(gòu)的轉(zhuǎn)盤直徑支

6、承全機灌裝閥和托瓶機構(gòu)的轉(zhuǎn)盤直徑就要相應(yīng)增大，使機器龐大笨重，在主軸轉(zhuǎn)速一定的情況下，就要相應(yīng)增大，使機器龐大笨重，在主軸轉(zhuǎn)速一定的情況下，考慮托瓶臺上的瓶子在處于自由狀態(tài)時，繞立軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的考慮托瓶臺上的瓶子在處于自由狀態(tài)時，繞立軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心慣性力必須小于瓶底與托瓶臺之間的接觸摩擦力。否則，離心慣性力必須小于瓶底與托瓶臺之間的接觸摩擦力。否則，瓶子將會沿其運動軌跡的切線方向被拋出，從而影響正常操瓶子將會沿其運動軌跡的切線方向被拋出，從而影響正常操作。作。 灌裝頭中心對主軸的半徑灌裝頭中心對主軸的半徑R旋轉(zhuǎn)型灌裝機的生產(chǎn)能力按下式計算旋轉(zhuǎn)型灌裝機的生產(chǎn)能力按下式計算式中式中 fd-瓶底

7、與托瓶臺之間的滑動摩擦因數(shù)。瓶底與托瓶臺之間的滑動摩擦因數(shù)。2222f222ifn900,900RnFR30)nR(mRmvFFddgfRmmgf9 若采用增大主軸轉(zhuǎn)速若采用增大主軸轉(zhuǎn)速n的辦法提高生產(chǎn)能力，除應(yīng)考慮離的辦法提高生產(chǎn)能力，除應(yīng)考慮離心慣性力的影響外，還必須保證有足夠的灌裝時間，使得心慣性力的影響外，還必須保證有足夠的灌裝時間，使得瓶子瓶子在限定的灌裝區(qū)內(nèi)能夠達到定量灌裝的要求。在限定的灌裝區(qū)內(nèi)能夠達到定量灌裝的要求。 主軸旋轉(zhuǎn)一周即灌裝機完成一個工作循環(huán)所需時間為主軸旋轉(zhuǎn)一周即灌裝機完成一個工作循環(huán)所需時間為灌裝區(qū)所占時間開、關(guān)閥區(qū)所占時間、升降瓶區(qū)所占時間、無瓶區(qū)所占時間，式

8、中433221433221TTTTTTTTTTTTT 灌裝方法不同，其時間長短也灌裝方法不同，其時間長短也不盡相同。因此確定的準(zhǔn)則是，灌不盡相同。因此確定的準(zhǔn)則是，灌裝區(qū)所占的時間應(yīng)大于工藝上實際裝區(qū)所占的時間應(yīng)大于工藝上實際所需的灌裝時間。對所需的灌裝時間。對常壓法常壓法可取可取 T4t1 10令灌裝區(qū)所占角度令灌裝區(qū)所占角度4為，則主軸轉(zhuǎn)速為，則主軸轉(zhuǎn)速8.1.4 分件供送裝置分件供送裝置 在包裝工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，廣泛應(yīng)用多種類型的分件供送螺桿裝置，在包裝工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，廣泛應(yīng)用多種類型的分件供送螺桿裝置，可按某種工藝要求將可按某種工藝要求將規(guī)則或不規(guī)則排列的容器、物件以確定的規(guī)則或不規(guī)則排列的容器

9、、物件以確定的速度、方向和間距分批或逐個地供送到給定的工位。速度、方向和間距分批或逐個地供送到給定的工位。 為了適應(yīng)包裝容器日新月異的變化和提高設(shè)備生產(chǎn)能力的實際為了適應(yīng)包裝容器日新月異的變化和提高設(shè)備生產(chǎn)能力的實際需要，分件供送螺桿裝置正朝著多樣化、通用化和高速化方向需要，分件供送螺桿裝置正朝著多樣化、通用化和高速化方向發(fā)展，并不斷擴大它在發(fā)展，并不斷擴大它在灌裝、充填、封口、貼標(biāo)、計量、檢測灌裝、充填、封口、貼標(biāo)、計量、檢測以及自動包裝線上的應(yīng)用以及自動包裝線上的應(yīng)用，如分流、合流升降、起伏、轉(zhuǎn)向和，如分流、合流升降、起伏、轉(zhuǎn)向和翻身等等。翻身等等。1 典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)11 典型瓶罐主體橫

10、截面的外廓形狀其設(shè)計計算模典型瓶罐主體橫截面的外廓形狀其設(shè)計計算模型?；揪€條只不過有兩種，即圓弧線和直線型?；揪€條只不過有兩種，即圓弧線和直線 。幾種典型的瓶罐設(shè)計計算模型幾種典型的瓶罐設(shè)計計算模型12 分件供送裝置是整個設(shè)備分件供送裝置是整個設(shè)備(如灌裝機如灌裝機)的的“咽喉咽喉”，其結(jié)構(gòu)性，其結(jié)構(gòu)性能能的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、工作效率、總體布局和自動化水的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、工作效率、總體布局和自動化水平。設(shè)計中應(yīng)在平。設(shè)計中應(yīng)在滿足被供送瓶罐形體尺寸、星形撥輪節(jié)距及生產(chǎn)滿足被供送瓶罐形體尺寸、星形撥輪節(jié)距及生產(chǎn)能力等的條件下，合理確定螺桿直徑及長度、螺旋線旋向及組合能力等的

11、條件下，合理確定螺桿直徑及長度、螺旋線旋向及組合形式、螺旋槽軸向剖面幾何形狀和星形撥輪齒廓曲線形式、螺旋槽軸向剖面幾何形狀和星形撥輪齒廓曲線，進而校核，進而校核瓶罐受螺桿、導(dǎo)向板、輸送帶等綜合作用能否達到給定的速度和瓶罐受螺桿、導(dǎo)向板、輸送帶等綜合作用能否達到給定的速度和間距，減輕沖擊、震動、卡滯現(xiàn)象，實現(xiàn)平穩(wěn)可靠運動。間距，減輕沖擊、震動、卡滯現(xiàn)象，實現(xiàn)平穩(wěn)可靠運動。 132 組合特性組合特性 如圖所示，圓柱螺桿的前端多是截錐、臺形如圖所示，圓柱螺桿的前端多是截錐、臺形(斜角約為斜角約為3040)，而后端則有同瓶罐主體半徑，而后端則有同瓶罐主體半徑相適應(yīng)的過渡相適應(yīng)的過渡角，以利改善導(dǎo)入效果

12、，緩和輸入輸出兩端的陡振和磨損，延角，以利改善導(dǎo)入效果，緩和輸入輸出兩端的陡振和磨損，延長使用壽命。長使用壽命。14 設(shè)螺桿的轉(zhuǎn)速為設(shè)螺桿的轉(zhuǎn)速為n，星形撥輪的節(jié)距為，星形撥輪的節(jié)距為Cb，當(dāng)瓶罐借輸送，當(dāng)瓶罐借輸送帶拖動前進時，如果讓整個螺桿對它僅起一定的隔檔作用，并帶拖動前進時，如果讓整個螺桿對它僅起一定的隔檔作用，并在末端與星形撥輪取得速度的同步，那么應(yīng)保證輸送帶速度在末端與星形撥輪取得速度的同步，那么應(yīng)保證輸送帶速度v1，螺桿最大供送速度螺桿最大供送速度v3m和撥輪節(jié)圓速度和撥輪節(jié)圓速度vb均相等，取均相等，取在輸入過程中各個瓶罐按規(guī)則排列的軸線間距在輸入過程中各個瓶罐按規(guī)則排列的軸線

13、間距 在某些場合分件供送螺桿的輸入和輸出部位均用星形撥輪在某些場合分件供送螺桿的輸入和輸出部位均用星形撥輪與之銜接，因兩者具有確定的相位與同步關(guān)系，所以無需配備與之銜接，因兩者具有確定的相位與同步關(guān)系，所以無需配備減速裝置。這樣，若要求兩星形撥輪的節(jié)距相等。則所用螺桿減速裝置。這樣，若要求兩星形撥輪的節(jié)距相等。則所用螺桿應(yīng)是等螺距的，否則為增螺距或減螺距螺桿。應(yīng)是等螺距的，否則為增螺距或減螺距螺桿。152 星形撥輪齒槽形成原理星形撥輪齒槽形成原理 星形撥輪的結(jié)構(gòu)雖然簡單，齒槽形狀卻是千變?nèi)f化的。如星形撥輪的結(jié)構(gòu)雖然簡單，齒槽形狀卻是千變?nèi)f化的。如圖所示，圖所示，a)和和b)適合供送單個圓柱形瓶

14、罐，適合供送單個圓柱形瓶罐，c)適合供送單個長方適合供送單個長方體形瓶罐，體形瓶罐，d)適合供送多個多種體形的瓶罐。適合供送多個多種體形的瓶罐。 從制造角度看，從制造角度看，a)最為方便，故應(yīng)用廣泛。撥輪常用不銹最為方便，故應(yīng)用廣泛。撥輪常用不銹鋼板或酚醛樹脂板制作，成雙平放緊固在主軸端部，其高度和間鋼板或酚醛樹脂板制作，成雙平放緊固在主軸端部，其高度和間距可根據(jù)被供送瓶罐的主體部位及其重心位置加以適當(dāng)調(diào)整。距可根據(jù)被供送瓶罐的主體部位及其重心位置加以適當(dāng)調(diào)整。 星形撥輪與弧形導(dǎo)板配合，既可用于輸入過程，也可用于輸星形撥輪與弧形導(dǎo)板配合，既可用于輸入過程，也可用于輸出過程，它能使瓶罐以確定間距

15、進行導(dǎo)向、定向和定時傳送。出過程，它能使瓶罐以確定間距進行導(dǎo)向、定向和定時傳送。16 實用中，多將星形撥輪與分件供送螺桿組合在一起，設(shè)撥實用中，多將星形撥輪與分件供送螺桿組合在一起，設(shè)撥輪的節(jié)圓直徑為輪的節(jié)圓直徑為Db ，齒槽齒數(shù)為，齒槽齒數(shù)為Zb，主軸轉(zhuǎn)速為，主軸轉(zhuǎn)速為nb，則，則17習(xí)題習(xí)題3： 已知一直線位移裝置，要實現(xiàn)的工作循環(huán)為，快速移動已知一直線位移裝置，要實現(xiàn)的工作循環(huán)為，快速移動200mm工作進給工作進給100mm快速返回。快速返回。 快速移動速快速移動速v1=500mm/min，工作進給，工作進給v2=5mm/min，快，快速返回速度速返回速度v3500mm/min，試確定設(shè)

16、計方案，并設(shè)計該直，試確定設(shè)計方案，并設(shè)計該直線位移裝置的結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)。線位移裝置的結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)。 (注意低速不得爬行，采用何種驅(qū)動方式不限注意低速不得爬行，采用何種驅(qū)動方式不限)18分析：分析：要實現(xiàn)直線位移運動，驅(qū)動方式有多種形式，要實現(xiàn)直線位移運動，驅(qū)動方式有多種形式，如：采用液壓驅(qū)動方式、步進電機驅(qū)動的絲杠螺母方如：采用液壓驅(qū)動方式、步進電機驅(qū)動的絲杠螺母方式、齒輪齒條方式等，但關(guān)鍵問題是要實現(xiàn)進給運動式、齒輪齒條方式等，但關(guān)鍵問題是要實現(xiàn)進給運動中的無爬行，這是問題的關(guān)鍵，其次是運動過程的自中的無爬行，這是問題的關(guān)鍵，其次是運動過程的自動轉(zhuǎn)換。動轉(zhuǎn)換。1 采用液壓驅(qū)動方式采用液壓

17、驅(qū)動方式 首先要假定被驅(qū)動件負載大??；首先要假定被驅(qū)動件負載大小； 然后計算液壓缸的直徑；然后計算液壓缸的直徑； 確定速度調(diào)節(jié)方案；確定速度調(diào)節(jié)方案； 計算最小穩(wěn)定流量；計算最小穩(wěn)定流量； 選取流量控制元件；選取流量控制元件； 計算泵的流量，并選擇油泵型號；計算泵的流量，并選擇油泵型號； 設(shè)計液壓缸的密封結(jié)構(gòu)；設(shè)計液壓缸的密封結(jié)構(gòu)； 設(shè)計液壓控制原理圖等。設(shè)計液壓控制原理圖等。192 步進電機驅(qū)動的絲杠螺母方式步進電機驅(qū)動的絲杠螺母方式 第一步初步設(shè)計被驅(qū)動工作臺的結(jié)構(gòu)尺寸；第一步初步設(shè)計被驅(qū)動工作臺的結(jié)構(gòu)尺寸； 計算作用在絲杠上的牽引力；計算作用在絲杠上的牽引力； 初選絲杠規(guī)格尺寸；初選絲杠

18、規(guī)格尺寸； 進行絲杠強度和剛度校核；進行絲杠強度和剛度校核； 根據(jù)快速運動初選步進電機規(guī)格及參數(shù)；根據(jù)快速運動初選步進電機規(guī)格及參數(shù)； 系統(tǒng)慣量計算；系統(tǒng)慣量計算； 校核系統(tǒng)是否慣量匹配；校核系統(tǒng)是否慣量匹配； 設(shè)計傳動部分的結(jié)構(gòu)圖；設(shè)計傳動部分的結(jié)構(gòu)圖； 設(shè)計步進電機的控制原理圖等。設(shè)計步進電機的控制原理圖等。20 以液壓驅(qū)動方式為例介紹其設(shè)計方法。以液壓驅(qū)動方式為例介紹其設(shè)計方法。 首先要假定被驅(qū)動件負載大小首先要假定被驅(qū)動件負載大小 設(shè)液壓缸快速運動時負載為設(shè)液壓缸快速運動時負載為F1=2000N,進給運動進給運動時綜合負載時綜合負載F2=50000N。 計算液壓缸的直徑計算液壓缸的直徑

19、考慮到液壓系統(tǒng)的泄漏，系統(tǒng)的工作壓力考慮到液壓系統(tǒng)的泄漏，系統(tǒng)的工作壓力p10.0MPa。22362150105101050000cmmpFA：液壓缸無桿腔的面積為21 確定速度調(diào)節(jié)方案確定速度調(diào)節(jié)方案mmcmDcmAD80898. 714. 35044,1圓整取，活塞的直徑為 按速比按速比=1.33考慮，則活塞桿直徑考慮，則活塞桿直徑d=40mm,有桿腔面積為：有桿腔面積為：22222268.37)0 . 40 . 8(785. 0)(4cmdDA采用進口節(jié)流調(diào)速方案。采用進口節(jié)流調(diào)速方案。22 計算最小穩(wěn)定流量計算最小穩(wěn)定流量min/12.2524.505 . 0min;/512. 2mi

20、n/251224.50501223111mlAvQlcmAvQ為工作進給時，所需流量為快速前進時，所需流量節(jié)流調(diào)速元件的最小穩(wěn)定流量節(jié)流調(diào)速元件的最小穩(wěn)定流量Q22.512ml/min 選取流量控制元件選取流量控制元件 調(diào)速閥的流量調(diào)節(jié)范圍為：調(diào)速閥的流量調(diào)節(jié)范圍為：00.025 l/min. 選用北京華選用北京華德生產(chǎn)的力士樂閥德生產(chǎn)的力士樂閥:2FRM6B-20B/3QM.其流量為其流量為: 0.0153.0 l/min.可滿足要求可滿足要求.23 計算泵的流量，并選擇油泵型號計算泵的流量，并選擇油泵型號油泵流量計算油泵流量計算 Q = Q1 +Qy=2.512+1.5= 3.012 l/

21、min 式中：式中：Qy-溢流閥穩(wěn)壓時的最小溢流量溢流閥穩(wěn)壓時的最小溢流量 選選合肥長源液壓件有限公司合肥長源液壓件有限公司生產(chǎn)的齒輪油泵型號為生產(chǎn)的齒輪油泵型號為: CBW-F202.5-CRP,其參數(shù)為：其參數(shù)為：q=4.0ml/r ;p=20.0MPa 計算泵的輸入功率，并選擇電機型號計算泵的輸入功率，并選擇電機型號MPa)MPa)MPa)MPa),0 .113 . 02 . 05 . 00 .1022系統(tǒng)管路的壓差（換向閥的壓差（調(diào)速閥的壓差（壓力（進給時液壓缸無桿腔的式中溢流閥的調(diào)定壓力為ghtghttppppMPappppp24油泵輸入功率計算油泵輸入功率計算 選電機型號為選電機型

22、號為Y8024B5N=0.75KW,n=1390rpm。 電機功率有一定的儲備。電機功率有一定的儲備。 油泵的機械效率式中mmptikwQpN,657. 095. 0612475. 3110612252627 設(shè)計液壓控制原理圖設(shè)計液壓控制原理圖設(shè) 計設(shè) 計繪 圖繪 圖圖 號圖 號機械學(xué)院機械學(xué)院序號序號名 稱名 稱規(guī)格及型號規(guī)格及型號數(shù)量數(shù)量備 注備 注1 12 23 34 45 5油標(biāo)油標(biāo)濾油器濾油器空氣濾清器空氣濾清器齒輪泵齒輪泵異步電動機異步電動機Y802-4-B5Y802-4-B5EF1-25EF1-25WU-100*80-JWU-100*80-JYWZ-80TYWZ-80T1 11 11 11 11 16 69 90.75Kw0.75Kw1390rpm1390rpm審 核審 核侯守全侯守全液壓控制原理圖液壓控制原理圖M M7 7101011111 1KF-L8/20EKF-L8/20E北京華德北京華德合肥長源合肥長源溫州黎明溫州黎明溫州黎明溫州黎明8 8T TP PYY-00YY-001DT溫州黎明溫州黎明CBW-F202.5-CRPCBW-F202.5-CRPY-100（025MPa)Y-100（025MPa)壓力表壓力表1 14WE6C50/AW220-50N4WE6C50/AW220-50N三位四通換向閥三位四通換向閥北京華德