新型全自動灌裝機的結(jié)構(gòu)設(shè)計【畢業(yè)作品】

PAGE新型全自動灌裝機的結(jié)構(gòu)設(shè)計專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化

摘要灌裝機是包裝生產(chǎn)線中一種核心設(shè)備。因此，灌裝機灌裝效果的好壞直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟效益。本文對灌裝設(shè)備的基本原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計及各個子系統(tǒng)都作了詳細的介紹，如供瓶系統(tǒng)、灌裝系統(tǒng)。同時在控制和執(zhí)行方面的關(guān)鍵技術(shù)也做了簡單的介紹，如采用單片機控制，系統(tǒng)控制穩(wěn)定、準確；傳感器的應用可提高了設(shè)備的可靠性；抗干擾設(shè)計和一體化的設(shè)計簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了重量，節(jié)省了成本。本次設(shè)計的成果：設(shè)計了一種沿直線作周期性的間隙移動，在停歇時完成灌裝，主要應用于液體飲料生產(chǎn)企業(yè)的直線型液體灌裝機。主要分析和設(shè)計了灌裝機的3個主要系統(tǒng)：液料供送系統(tǒng)、供瓶系統(tǒng)和灌裝系統(tǒng)。液料供送系統(tǒng)采用了液壓泵把液體從儲液槽輸送到灌裝機儲液箱，供瓶系統(tǒng)采用了板式輸送機和鏈傳動來運輸灌裝瓶，灌裝系統(tǒng)主要采用了定量杯定量法，常壓式灌裝方法。關(guān)鍵詞：灌裝；直線型；定量；常壓式AbstractFillingmachineisoneofcoreequipmentofpackagingproductionline.Therefore,thefillingeffectoffillingmachinehaveadirectinfluenceontheeconomicefficiencyofenterprises.Inthispaper,thebasicprincipleoffillingequipment,structuraldesignandsubsystemsareanalyzedindetail,suchasforbottlesystem,fillingsystem.Meanwhile,controlandexecutionkeytechnologiesalsoaresimplyintroduced,suchasusingsingle-chipmicrocomputertocontrol,andthecontrolsystemisstableandaccurate;theapplicationofthesensorcanimprovethereliabilityoftheequipment;anti-interferenceandintegrationdesignsimplifythestructureofsystems,reducetheweight,andsavethecost.Theresultsofthisdesign:designofaperiodicintermittentmovementalongtheline,whichismainlyusedinlinearliquidfillingmachineofliquidbeveragemanufacturers,fillingcanbecompletedintherest.Analyzeanddesignthreemainsystemsoffillingmachine:deliverysystemofliquidmaterial,bottlesystemandfillingsystem.Deliverysystemofliquidmaterialusesahydraulicpumptotransfertheliquidfromthereservoirtoliquidstorageboxoffillingmachinestoreliquid,forbottlesystemusesaplateconveyorandchaintotransportfillingbottles,forfillingsystemmainlyusesquantitativemethodofquantitativecupandpressurefillingmethod.Keywords:Filling;Thelinear;Quantitative;Atmospherictype目錄前言 1第1章緒論 21.1液體灌裝機概況 21.1.1我國飲料灌裝機械制造業(yè)概況 21.1.2液體灌裝機械的分類 21.1.3國內(nèi)外液體灌裝機械的發(fā)展趨勢 21.2選題的意義 3第2章總體方案設(shè)計的基本內(nèi)容 42.1確定功能與應用范圍 42.2工藝分析 42.3總體布局 42.4擬訂主要的工作參數(shù) 52.5方案的提出 5第3章總體方案的設(shè)計分析、比較與選擇 63.1設(shè)計分析 63.1.1工藝分析 63.1.2對執(zhí)行構(gòu)件的運動要求 63.1.3機構(gòu)選型 63.2灌裝機的總體結(jié)構(gòu) 8第4章液料供送系統(tǒng)的設(shè)計、計算和選用 94.1輸送管路的設(shè)計 94.2輸送液泵的確定 104.3灌裝時間的計算 114.4供液系統(tǒng)原理圖 144.5供液系統(tǒng)所選元件的參數(shù) 14第5章供瓶系統(tǒng)的設(shè)計、計算和選用 165.1輸送線方案的選用 165.2電機到減速器的傳動設(shè)計與計算 165.2.1軸轉(zhuǎn)速、功率、扭矩的計算 165.2.2直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計 175.2.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 225.3鏈傳動設(shè)計計算 235.4輸送線部分的計算 275.4.1原始數(shù)據(jù)及資料 275.4.2底板寬度 275.4.3牽引力的計算 285.5軸系部件的設(shè)計計算 295.5.1軸的設(shè)計計算 295.5.2軸承的選用和計算 335.5.3鍵的校核計算 33第6章灌裝系統(tǒng)設(shè)計和選用 356.1灌裝機儲液箱的尺寸確定 356.1.1儲液箱容量的計算 356.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計 356.2儲液箱上的一些輔件的說明 356.3灌裝方法與定量方法的選用 366.3.1灌裝方法 366.3.2定量方法 37第7章執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計、計算和選用 387.1動作分析與執(zhí)行件的選用 387.1.1動作分析 387.1.2執(zhí)行件的選用 387.2設(shè)計分析與方案設(shè)計 387.3機械液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算 397.4液壓系統(tǒng)回路方案設(shè)計 427.5選擇液壓元件 427.6液壓系統(tǒng)性能驗算 43第8章控制系統(tǒng)的設(shè)計和選用 458.1水箱液位控制 458.2執(zhí)行系統(tǒng)的控制 45小結(jié) 46致謝 47參考文獻 48PAGE1前言隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，商品的包裝愈顯重要，灌裝機也有了很大的發(fā)展，灌裝機主要是包裝機中的一小類產(chǎn)品，從對物料的包裝角度可分為液體灌裝機，膏體灌裝機，粉劑灌裝機，顆粒灌裝機，而由于液體的特殊性(如溶解性、吸收性、生產(chǎn)運輸?shù)姆奖阈缘?使生產(chǎn)的灌裝液體的包裝機在包裝機械中占了很大的比例。世界灌裝機向高速、多用、高精度方向發(fā)展，目前部分灌裝生產(chǎn)線已可以在玻璃瓶與塑料容器（聚酯瓶）、碳酸飲料與非碳酸飲料、熱灌裝與冷灌裝等不同要求和環(huán)境下使用。目前，碳酸飲料灌裝機灌裝速度最高已達2000罐/分，德國H&K公司灌裝機的灌裝閥多達165頭，SEN公司144頭，Krones公司178頭，灌裝機直徑大至5米，灌裝精度±0.5ml以下。非碳酸飲料灌裝機灌裝閥50——100頭，灌裝速度最高達1500罐/分，灌裝機料槽轉(zhuǎn)速20——25轉(zhuǎn)/分，速度提高1倍?？梢赃M行茶飲料、咖啡飲料、豆乳和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝，國外熱灌裝飲料封口后不再進行二次殺菌。碳酸飲料常溫灌裝已醞釀20多年，常溫碳酸化可以降低飲料成本，有利環(huán)保。非碳酸飲料充氮系統(tǒng)采用加壓方式或液氮滴入方式向落壁鋁罐或PET瓶內(nèi)灌注液氮惰性氣體[1]，使易拉兩片鋁罐和PET瓶用于果汁飲料等非碳酸飲料，同時可以保護內(nèi)容物，減少營養(yǎng)素的損失。目前PET瓶裝茶飲料通常采用熱灌裝方法，為了降低灌裝溫度，提高茶飲料風味，確保產(chǎn)品衛(wèi)生安全，已開發(fā)PET樹脂成形到使用130℃蒸汽殺菌和特殊灌裝的無菌包裝機，同時正在開發(fā)冰咖啡等低酸性飲料兩片薄壁罐的無菌包裝技術(shù)，以實現(xiàn)薄壁罐的無菌包裝。第1章緒論1.1液體灌裝機概況1.1.1我國飲料灌裝機械制造業(yè)概況我國飲料灌裝機械制造業(yè)起步晚，20世界60年代前基本是空白，當時國內(nèi)的啤酒廠和汽水廠都是使用美國和日本20世紀3040年代的設(shè)備，工藝落后，機械陳舊，嚴重影響了我國啤酒和汽水飲料工業(yè)的發(fā)展，1967年我國才開始研制和生產(chǎn)灌裝機械。進入20世紀70年代，我國先后引進了一些國外灌裝生產(chǎn)線，在裝備一些設(shè)備的同時，也促進了我國包裝機械行業(yè)進入了一個新的發(fā)展時期[2]。機械，輕工，軍工等領(lǐng)域的一些企業(yè)開始在仿制和消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，又開發(fā)和研制出了各種中小型的灌裝機械，提供給國內(nèi)的一些飲料生產(chǎn)廠，促進了我國飲料業(yè)的發(fā)展。進入20世紀80年代，我國采用技術(shù)貿(mào)易結(jié)合的方式，引進德國SEN公司的20000瓶/小時的啤酒灌裝生產(chǎn)線和日本三菱公司18000瓶/小時的含氣飲料灌裝生產(chǎn)線的制造技術(shù)，到1991年又引進了德國KHS公司30000瓶/小時的啤酒灌裝生產(chǎn)線及生產(chǎn)技術(shù)。這樣我國不僅能夠生產(chǎn)中小型的灌裝機，而且能夠生產(chǎn)大型灌裝機，技術(shù)水平上了一個新的臺階，將我國的液體灌裝機設(shè)備制造業(yè)的整體水平提高到到一個新的水平。1.1.2液體灌裝機械的分類日常生活中，需要包裝的液體商品涉及到很多領(lǐng)域，范圍廣泛。包裝容器各式各樣，大小各異，包裝容量從幾十毫升到上百升[3]。下面就食品行業(yè)常見的，灌裝容量在150—2000的各式灌裝機進行簡單的分類：在我國，玻璃瓶包裝飲料占總產(chǎn)量的24.3%（1997），達260萬噸，尤其在啤酒行業(yè)，主流的包裝容器也是玻璃瓶。玻璃瓶雖有運輸成本高，易破碎等缺點，但其理化指標穩(wěn)定，氣密性好，也不會影響飲料品質(zhì)，目前依是液體包裝的主要容器。鋁質(zhì)易拉罐用于啤酒飲料的包裝，馬口鐵易拉罐用于果菜汁飲料及一些流體食品的包裝。由于今年來易拉罐的包裝成本大幅度下降，易拉罐灌裝飲料的產(chǎn)量逐漸上升。除上述的幾類灌裝機械外，制造商還可以根據(jù)客戶的要求設(shè)計出各色各樣的灌裝機。多數(shù)情況下，一種液體的包裝，可以有幾種灌裝機械供選用。1.1.3國內(nèi)外液體灌裝機械的發(fā)展趨勢（1）隨著技術(shù)的進步和發(fā)展，灌裝機的核心灌裝閥也有了快速的發(fā)展：從機械閥到等壓閥，再到電子閥，灌裝的精度，效率變的越來越好。（2）灌裝機械向大型化發(fā)展[4]。為適合食品飲料工業(yè)的大生產(chǎn)，以獲取規(guī)模經(jīng)濟利潤，灌裝機械向高速化，高生產(chǎn)能力化發(fā)展。（3）灌裝機械結(jié)構(gòu)趨向于簡單合理。灌裝機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越簡單，零部件在減少，設(shè)備可靠性在提高，成本降低，操作簡單，維修方便。（4）灌裝機械在向多功能發(fā)展。能夠使用用戶改變包裝容器，改變灌裝液體的需要。更換部件也能適應封口形式的變化，產(chǎn)品的適應性提高，市場競爭力加強。（5）灌裝機械的光機電的一體化。先進的控制系統(tǒng)用于灌裝機械中，人機界面，故障自我診斷，實現(xiàn)了設(shè)備運行的智能化。（6）灌裝機械技術(shù)的精確，高效，自動化。精確的灌裝量，灌裝過程的高速，可靠，盡量少的液損，整條生產(chǎn)線的最優(yōu)化控制，都由于電子技術(shù)的實際應用而成為可能。電子灌裝閥灌裝技術(shù)的迅速發(fā)展是大的趨勢。目前國外使用的電子灌裝閥有三種形式：探針式電子閥，配置電磁流量計的電子閥，配置定量筒的電子閥[5]。我國的一些灌裝設(shè)備廠也在研制設(shè)計一些符合我國國情的電子灌裝閥，但是電子灌裝閥在我國的推廣使用受到了國產(chǎn)灌裝器容器幾何形狀精度不高和電子元件水平的制約。1.2選題的意義現(xiàn)代社會對灌裝食品的安全要求越來越高，為使灌裝出的食品整齊、美觀并且具有良好的包裝質(zhì)量，要求灌裝機具有精確的動作、定位精度及較高的生產(chǎn)率和一定的柔性。隨著國民經(jīng)濟發(fā)展，要求對液體灌裝的工作越來越多，如食用油、潤滑油、洗滌劑類以及其他一些化妝、化工等液體產(chǎn)品的桶(瓶)的灌裝。而且對精度和自動化程度的要求也越來越高。由于液體食品的特殊性(如溶解性、吸收性、生產(chǎn)運輸?shù)姆奖阈缘?使生產(chǎn)的灌裝液體的包裝機在包裝機械中占了很大的比例。由于包裝容器形態(tài)，材質(zhì)，制成方法等不同，以及產(chǎn)品物理化學要求的不同，以及產(chǎn)品物理化學性要求的不同，灌裝機構(gòu)的性能、結(jié)構(gòu)也千差萬別。灌裝機因灌裝的物料、工藝、環(huán)境、生產(chǎn)方式、配套要求、用戶需要不同而各異。目前各生產(chǎn)廠制造的設(shè)備均各有所側(cè)重，生產(chǎn)的灌裝機的型式各色各樣、千變?nèi)f化，但沒有一種是完全一樣的。因此設(shè)計能適應灌裝各種容器(大小、形狀)，而且使灌裝機結(jié)構(gòu)簡單、密封可靠、調(diào)整方便就尤為重要。第2章總體方案設(shè)計的基本內(nèi)容2.1確定功能與應用范圍早期的灌裝機械功能單一的居多數(shù)，這樣可以簡化設(shè)計，并且比較容易成功。若將多臺機械和多道工序合成由一臺包裝來完成，可以取得明顯的經(jīng)濟效益。確定灌裝機的功能與應用范圍，需要注意兩個問題：（1）可靠性。在一般情況下，功能增加灌裝操作環(huán)節(jié)變多，故障發(fā)生的可能性也相應增大。因此，只有在單功能灌裝的操作都相當穩(wěn)定可靠的情況下[6]，才能考慮將它們組成多功能的多功能灌裝機。（2）適應性。任何灌裝機的應用范圍都是有限的，機器的功能越多，結(jié)構(gòu)就越復雜。因此，常將多功能灌裝機設(shè)計成組合的形式，也可以根據(jù)用戶的不同需要靈活增加或改裝一些組合部件。2.2工藝分析工藝分析是研究，分析和確定所設(shè)計的包裝機械完成預計包裝工序的工藝方法。需要考慮的幾個問題：1.包裝方法（1）把保證灌裝質(zhì)量放在首要位置[7]。不論選用何種灌裝方法，都要保證灌裝質(zhì)量。（2）當有多種方法可以選擇時，應選用容易實現(xiàn)的方案。2.機器類型（1）根據(jù)灌裝執(zhí)行機構(gòu)的多少選擇機械類型。（2）根據(jù)生產(chǎn)率的高低選擇機械類型。3.包裝程序，包裝工藝和工位數(shù)（1）包裝程序是指：完成包裝操作的先后順序。包裝方式往往決定了包裝程序。（2）包裝工藝路線：包括包裝材料和包裝物品的供送路線，以及他們在包裝過程中的傳送路線，包裝成品的輸出線。4.運動要求和機構(gòu)選型根據(jù)已定的功能，應用條件和范圍，工藝方法，分析和確定對執(zhí)行機構(gòu)的運動要求，進而完成機構(gòu)的選型及其綜合。2.3總體布局總體布局是指灌裝機的有關(guān)組件，部件在整機中相對空間位置的合理配置。1.執(zhí)行機構(gòu)的布置2.傳動系統(tǒng)的布置3.操作條件的布置4.支承形式的選擇5.總體布局圖的繪制2.4擬訂主要的工作參數(shù)灌裝機械的主要技術(shù)參數(shù)：1.機構(gòu)參數(shù)2.運動參數(shù)3.動力參數(shù)4.工藝參數(shù)2.5方案的提出用途：包裝低粘度的不含氣體的液體飲料（如礦泉水、飲料等）。包裝規(guī)格：灌裝礦泉水/飲料。灌裝瓶規(guī)格為：灌裝體積為600ml，直徑60mm。包裝材料：塑料瓶/玻璃瓶。灌裝能力：>100000瓶/天。灌裝時間:<12s/次設(shè)計要求：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作穩(wěn)定性較好，方便控制。灌裝機械的主要技術(shù)指標：（1）灌裝液體粘度小于1Pa.s（2）灌裝速度6次/min（3）灌裝容器尺寸范圍：高度20mm200mm，截面直徑<70mm（4）系統(tǒng)壓力：0.53Mpa第3章總體方案的設(shè)計分析、比較與選擇3.1設(shè)計分析3.1.1工藝分析（1）確定機器類型a.工位所設(shè)計的生產(chǎn)線批量不是較大，而且整條生產(chǎn)線的灌裝動作也不是較多，所以用單工位的灌裝機。因為其結(jié)構(gòu)較為簡單，可以控制成本。b.運動形式液體包裝機的運動有間歇式和連續(xù)式兩種運動類型。連續(xù)性的生產(chǎn)量較大，但其結(jié)構(gòu)復雜，而且控制要求精度較高。間歇式的生產(chǎn)量不是很大，而且結(jié)構(gòu)簡單，成本低。所以根據(jù)設(shè)計要求，選用間歇式[8]。（2）確定包裝程序，工藝路線和工位數(shù)a.包裝程序灌裝瓶運動到位后，由推動液壓缸將其頂起，進行灌裝，灌裝完成后再將其推到下一個生產(chǎn)工位。b.工藝路線單工位的液體灌裝工藝路線有多種，如直線型分布，依照工藝順序?qū)⑸a(chǎn)線布置成直線，也可以將其分布成立體型等等。設(shè)計要求中指出要求控制方便及結(jié)構(gòu)簡單，所以選用直線型的工藝路線。c.工位數(shù)因為生產(chǎn)批量不是很大，所以選用單工位。這樣就可以省去主傳動系統(tǒng)，簡化了結(jié)構(gòu)。3.1.2對執(zhí)行構(gòu)件的運動要求（1）輸送系統(tǒng)要求運動平穩(wěn)，工作噪聲較小，在規(guī)定的時間內(nèi)將灌裝瓶輸送到指定的灌裝平臺上。（2）頂起部件的運動要求可以將灌裝平臺和其上部的灌裝瓶頂起，并起支撐的作用。輸送部件運動要求在規(guī)定的時間內(nèi)將物體推到規(guī)定的位置。（3）液體灌裝要求灌裝動作要穩(wěn)定，而且對灌裝精度有較高的要求[9]。（4）成品輸出，灌裝完成后還要將灌裝瓶推送到指定的下一條生產(chǎn)線上，再由輸送機構(gòu)將其輸出。3.1.3機構(gòu)選型（1）供送液體系統(tǒng)的機構(gòu)因為灌裝的是低粘度的液體，所以液體的供送可以選用液壓泵，也可以借助高液位依靠液體的自身重力完成灌裝。但采用高液位灌裝時，灌裝速度是變量，而且對灌裝的精度有較大的影響，同時對灌裝的穩(wěn)定性也不利。所以選用一套液壓供送裝置進行供送[10]。（2）供送灌裝瓶系統(tǒng)的機構(gòu)參考現(xiàn)有的輸送機械，選用板式輸送機。（3）執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)的選型根據(jù)工藝分析和設(shè)計要求，可以選用液壓缸、氣壓缸做執(zhí)行機構(gòu)。液壓系統(tǒng)的優(yōu)點：a.布置不受嚴格的空間位置限制，系統(tǒng)布局安裝有很大的靈活性，能夠組成復雜的系統(tǒng)。b.可以在運用過程中實現(xiàn)無極調(diào)速。c.運動均勻平穩(wěn)。d.操作控制方便，省力，容易實現(xiàn)自動控制。e.液壓元件是工業(yè)基礎(chǔ)件，已經(jīng)標準化，系列化和通用化。f.單位質(zhì)量輸出功率大，動態(tài)性能好。氣壓缸的優(yōu)點：氣壓執(zhí)行也具有上面的優(yōu)點，但氣壓傳動有沖擊，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。選用液壓傳動作為執(zhí)行機構(gòu)。（4）傳動系統(tǒng)各種傳動形式的特點比較：a.帶傳動：帶傳動的功率不大（可以用于中小功率），結(jié)構(gòu)尺寸比其它傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖吸收沖擊震動，常用于高速傳動中。中心距變化范圍大，可以用于較遠距離的傳動，噪音小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝要求不高。b．鏈傳動：鏈傳動的瞬時傳動比是變化的，而且有沖擊震動，所以不適合于高速傳動及傳動比要求準確的場合，一般多用于底速傳動及傳動要求不太嚴格的場合。中心距變化范圍大，可以用于較遠距離的傳動，在高溫，油，酸等惡劣條件下工作，軸承和軸的作用力小。c．齒輪齒輪傳動：齒輪傳動的瞬時傳動比是不變化的，而且效率高，體積較小。外形尺寸小，圓周速度及功率范圍廣。圓柱齒輪的設(shè)計加工容易，但速度高時有噪音。斜齒圓柱齒輪傳動平穩(wěn)，噪音小，承載能力高。人字齒輪基本上同斜齒圓柱齒輪相同，它對軸承不產(chǎn)生軸向力。錐齒輪加工困難，開式齒輪傳動磨損大。d．蝸桿傳動：蝸桿傳動速度比大，傳遞運動平穩(wěn)，但效率低，消耗有色金屬。結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，傳動比大，傳動比不變，無噪聲，可以做成自瑣機構(gòu)。e．摩擦輪傳動：傳動平穩(wěn)，噪聲小，有過載保護作用，可以在運行中平穩(wěn)地調(diào)整傳動比，廣泛地應用于無級調(diào)速。f．高副傳動：可以實現(xiàn)較為準確的要求的運動參數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。g．螺旋傳動：能將旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，并能夠以較小的轉(zhuǎn)距得到較大的軸向力，傳動平穩(wěn)，無噪聲，無噪聲比大，可以用于微調(diào)，可以做成自瑣機構(gòu)。h．平面連桿機構(gòu)，空間連桿機構(gòu)：可以由連續(xù)勻速運動轉(zhuǎn)換成軌跡較為復雜的運動，可實現(xiàn)急回運動，有一定位置度或相對位置的運動，低副運動，有利于潤滑，可傳遞較大動力。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求選用鏈傳動。（5）自動控制系統(tǒng)為實現(xiàn)灌裝生產(chǎn)的有序化和嚴格控制生產(chǎn)節(jié)奏，供液系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)需要配備自動控制裝置，以實現(xiàn)生產(chǎn)的有序化和自動化，所以選用單片機進行系統(tǒng)控制。（6）機身為適應系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，并考慮生產(chǎn)的批量，底座與箱機架都采用了槽鋼。3.2灌裝機的總體結(jié)構(gòu)根據(jù)包裝容器的傳送形式，灌裝機可以分為直線型和旋轉(zhuǎn)型兩種。前者包裝容器沿直線作周期性的間隙移動，在停歇時完成灌裝。后者，包裝容器繞圓周作回轉(zhuǎn)運動，同時進行灌裝。因直線型灌裝機結(jié)構(gòu)簡單，成本低，所以本次設(shè)計為直線型液體灌裝機。第4章液料供送系統(tǒng)的設(shè)計、計算和選用4.1輸送管路的設(shè)計從儲液槽到灌裝機儲液箱的輸液管路一般均用圓管鋪設(shè)。首先要合理選擇它的內(nèi)徑和壁厚。（1）圓管內(nèi)徑設(shè)輸液管的內(nèi)徑為d(m)，截面積為A()，液體在管內(nèi)的流速為u(m/s)，體積流量為v()，由于:（4-1）（4-2）故得（4-3）可見，欲求d必須先求v和u為此，又設(shè):W管內(nèi)質(zhì)量流量（kg/s）液體的密度（）每瓶灌裝液體的質(zhì)量（kg）--灌裝機最大的生成能力（pcs/h）逐寫出:（4-4）（4-5）（4-6）（4-7）所以：（4-8）在流量保持定值的條件下，雖然提高流速會使管徑和設(shè)備投資費用都相應減少，但往往要增加輸送液料所需的動力和操作費用，適當選取流速，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，取u=3m/s，將u和v帶入（4-3）中：（4-9）根據(jù)現(xiàn)有圓管的規(guī)格，取30mm。（2）圓管壁厚圓管的壁厚一般根據(jù)系統(tǒng)的耐壓和耐腐蝕等條件，按標準規(guī)格選用，選:t=5mm，故圓管外徑為40mm。4.2輸送液泵的確定要在單位時間內(nèi)給灌裝機儲液箱輸送一定數(shù)量的液體原料，必須借助高位槽或輸送泵作動力源。因為高位槽不方便控制液體的量，而且根據(jù)連續(xù)性方程可知高位槽中的液體原料在下落時會影響供液的壓力，所以用輸送泵作動力源給灌裝機儲液箱供液。為合理確定輸液泵的功率，應運用能量守恒定律，亦即流體力學的柏努力方程求解:為了求管子損失壓頭，需要算出雷諾系數(shù)（4-10）其中：（4-11）由于，可知液體在管內(nèi)是紊流的，動能修正系數(shù)可取=1。另外，若取管子絕對粗糙度=0.2，經(jīng)查表得摩擦系數(shù)=0.035，則直管阻力損失壓頭:（4-12）又查表得標準彎頭阻力系數(shù)=0.75，球心閥全開時阻力系數(shù)=6.4，進口阻力系數(shù)=0.5，出口阻力系數(shù)=1，則局部阻力損失壓頭:（4-13）設(shè)灌裝機儲液箱的自由液面，而儲液槽液面為22，取=0，=3，管路上多了一個標準彎頭，故損失壓頭:（4-14）代入有關(guān)數(shù)值，可得泵的壓頭（4-15）則輸液泵所需的軸功率：（4-16）4.3灌裝時間的計算利用流體力學能量守恒定律，可計算出各類灌裝閥的灌裝時間，從理論上找出影響液料灌裝速度時間的因素，以便設(shè)計出較合理的灌裝機構(gòu)．從而提高灌裝機生產(chǎn)率。在前面已經(jīng)介紹過灌裝機有常壓式、等壓式、真空式、機械壓力式四種。對液體進行灌裝時，閥門被打開后，也是靠自重流入容器的[11]。因此，直線型灌裝機的灌裝方式可分為常壓式和等壓式，但是一般都采用常壓式灌裝，因為常壓式灌裝機結(jié)構(gòu)簡單，灌裝方便且生產(chǎn)速度快，非常適合液體類大批量生產(chǎn)所要求的生產(chǎn)率，是液體類灌裝機的首選灌裝方式。本次設(shè)計擬采用定量杯式定量方式，首先將料液灌入定量杯定量后再灌入包裝容器中。若不考慮滴液等損失，則每次灌裝的液料容積應與定量杯的相應容積相等。要改變每次的灌裝量，只需改變調(diào)節(jié)管在定量杯中的高度或更換定量杯。這種定量方式，機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、定量速度快，避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響，故定量精度高。如圖4.1所示，圖中定量杯的內(nèi)腔直徑為D，定量杯的計量高度為H，定量杯底部液孔直徑為d。定量杯上液面及裝液容器均受大氣壓作用。圖4.1定量杯定量圖因為灌裝容量為600mL，所以定量杯的容量也應為600mL。假設(shè)定量杯液面與進液管口的距離H=100mm，則定量杯直徑D=88mm。定量杯中的液料流入容器的過程其液位不斷下降，直到定量杯中的液料流完，定量杯流出液料的過程由于為非穩(wěn)定性流動，其流出液料體積在各個相等瞬時的間隔是不等的。隨著定量杯液料的不斷流出其液位不斷下降，液料流出速度相應地隨之減小。設(shè)在時間內(nèi)從定量杯底孔d流出的液體體積為：===***(4-17)相同的時間內(nèi)，定量杯中液料減少的體積為：=*(4-18)顯然有=即有***=*（4-19）式中經(jīng)dt時間，定量杯內(nèi)液料的液面水平高度(m)經(jīng)dt時間，定量杯內(nèi)液料的液面高度改變量上式整理后有：=*（S）（4-20）在定量杯內(nèi)液料流入容器的過程中，液面將由H到0；其所經(jīng)的時間由0到t，定量杯內(nèi)的液料才全部流完。即：=**=*=*=**(4-21)式中灌裝閥流液管的流量系數(shù)，經(jīng)查閱相關(guān)資料，取0.5g重力加速度，9.81m/sD定量杯直徑d進液管直徑H定量杯液面與進液管口的距離由此可算出灌裝時間為：==8.2（s）取整數(shù)9s，與前面假設(shè)的灌裝時間相符。4.4供液系統(tǒng)原理圖圖4.2供液系統(tǒng)原理圖4.5供液系統(tǒng)所選元件的參數(shù)1．液壓泵型號規(guī)格CB-B500排量500ml/r壓力2.5mpa轉(zhuǎn)速1450r/min效率0.93驅(qū)動功率6.5kw表面尺寸174*120*185mm2．節(jié)流閥型號規(guī)格LF-B32H公稱壓力31.5mpa公稱流量200L/min質(zhì)量15kg3．溢流閥型號規(guī)格YF3-10B-C通經(jīng)10mm額定流量63ml/s調(diào)壓范圍0.516mpa卸荷壓力0.45mpa質(zhì)量1.9kg4．電磁換向閥型號規(guī)格CE系列通徑10額定壓力16mpa通過流量605．灌裝時間9s6．管路直徑30mm7．管路壁厚5mm第5章供瓶系統(tǒng)的設(shè)計、計算和選用5.1輸送線方案的選用板式輸送機在工業(yè)部門中應用廣泛，它可以沿水平方向或傾斜方向輸送各種散裝物料或成件物品，它也可以用于流水線生產(chǎn)，可以輸送比較沉重的，較大的物料或成件物品，也可以在較高的溫度環(huán)境下輸送。1.板式輸送機的優(yōu)點:（1）使用范圍廣泛。（2）輸送能力大。（3）牽引鏈的強度高，可以作長距離的輸送。（4）輸送線路布置靈活。（5）在輸送過程中可以進行各種工藝的加工。（6）運行平穩(wěn)可靠。2.布置形式:為滿足灌裝工藝要求，簡單布置形式，采用水平布置形式。3.板式輸送機的主要部件:（1）牽引鏈。（2）底板。（3）驅(qū)動部分。（4）張緊部分。（5）機架。5.2電機到減速器的傳動設(shè)計與計算設(shè)計一級減速器，具體設(shè)計計算如下。參考現(xiàn)有的生產(chǎn)線上的電機，選用電機為：YH100L—2，轉(zhuǎn)速2700r/min，額定功率3kw，電流6A，轉(zhuǎn)差率10%，功率因數(shù)0.875.2.1軸轉(zhuǎn)速、功率、扭矩的計算第一根軸的轉(zhuǎn)速為電機的轉(zhuǎn)速，=2700（軸1通過聯(lián)軸器與電機相聯(lián)）。第二根軸的轉(zhuǎn)速為與鏈輪相聯(lián)的軸的轉(zhuǎn)速。從上面輸送線方案可以得知=700傳動比為（5-1）各軸功率的計算：第一根軸（5-2）第二根軸=2.88kw（5-3）軸的扭矩計算：（5-4）（5-5）從上可以得出如表格5.1的數(shù)據(jù)表5.1減速器里的相關(guān)數(shù)據(jù)軸號轉(zhuǎn)速輸出功率輸出轉(zhuǎn)矩傳動比效率電機軸2700311軸27002.97105053．860.99軸7002.88392910.975.2.2直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計（1）選擇齒輪材料查機械設(shè)計手冊[13]大小齒輪均用45號鋼，調(diào)質(zhì)。（2）按齒面接觸疲勞強度來計算確定齒輪傳動精度等級按（5-6）估取圓周速度為=查表選取，公差等級為8級。小輪分度圓直徑，由公式可得:（5-7）齒寬系數(shù)查表，按齒輪相對軸承為非對稱布置，可取=小輪齒數(shù)，在推薦值17~20中選則，取=17大輪齒數(shù)==（5-8）圓整，取齒數(shù)比（5-9）傳動比誤差=(5-10）誤差范圍在的范圍內(nèi)，所以合適。小輪轉(zhuǎn)矩由前面的計算可知載荷系數(shù)K使用系數(shù)，查表得=1動載荷系數(shù)，查表得初值=齒向載荷分布系數(shù)，查表得=齒向載荷分配系數(shù)，由下式及得（5-11）查表并查值則載荷系數(shù)K的初值，彈性系數(shù)，查表得=節(jié)點影響系數(shù)，查表（），得=重合度系數(shù)，查表得許用接觸應力接觸疲勞極限應力，，查表得應力循環(huán)次數(shù)（5-12）（5-13）則查圖得接觸強度的壽命系數(shù)，（不允許有點蝕）==1硬化強度=1接觸強度安全系數(shù)，按一般可靠度=，取=（5-14）（5-15）故由上面的一系列參數(shù)可以得出齒輪模數(shù)（5-16）查表取小齒輪分度圓直徑的參數(shù)值圓整（5-17）=25.5取26圓周速度V（5-18）與估取值誤差不大，對取值影響不大，不必修正（5-19）小輪分度圓直徑（5-20）大輪分度圓直徑（5-21）中心距a（5-22）齒寬b（5-23）大輪齒寬小輪齒寬（5-24）（3）齒根彎曲疲勞強度校核計算：（5-25）齒形系數(shù)查機械手冊小輪=2.9大輪=2.8應力修正系數(shù)查機械手冊小輪=1.54大輪=1.73重合度系數(shù)（5-26）許用彎曲應力彎曲疲勞極限查機械手冊==彎曲壽命系數(shù)查機械手冊=1=1尺寸系數(shù)查機械手冊安全系數(shù)查機械手冊則（5-27）（5-28）故（5-29）（5-30）5.2.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計第一根軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及分配。根據(jù)軸向定位要求確定直徑和長度。軸段1：軸段1與聯(lián)軸器相連。由最小直徑及剖分式軸承段軸的直徑。根據(jù)工作需要及工藝要求取軸段1長為。軸段2：根據(jù)端蓋的定位及，，確定軸段2的長度和直徑為。軸段3：根據(jù)所選的深溝球軸承6404直徑為d=20mm，可以確定軸段3的直徑，以及軸承的寬度為19mm，可以定軸的長度為38mm。軸段4：由于小齒輪直徑為26mm，與軸的直徑相差不大，所以可以將小齒輪與軸段4做成一體，可以定軸段4的直徑為，=小齒輪寬度+與箱壁的距離。軸段5同軸3段一樣。第二根軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分配。根據(jù)軸向定位要求確定各軸段直徑和長度。軸段1：根據(jù)鏈輪的直徑為270mm，以及寬為100mm，可以將軸的第一段作成花鍵。軸段2：根據(jù)端蓋的定位及，，確定軸段2的長度和直徑為。軸段3：根據(jù)所選的軸承型號6407直徑為35mm，寬為25mm，以及擋圈?？啥ㄝS段3的直徑及長度為。軸段4：長度比軸一的長度略短些?？扇≥S段5：軸段5+軸段6=軸段3?？啥ㄝS段5的直徑為軸段6：軸段6=60-20=40mm5.3鏈傳動設(shè)計計算根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求和各種傳動形式的特點，選用鏈傳動。根據(jù)減速器的輸出軸進行設(shè)計計算。輸送鏈水平布置，按低速設(shè)計。1.鏈輪齒數(shù)，（1）按機械設(shè)計手冊選，取（2）（5-31）（3）速度比i（4）通常（5）若載荷平穩(wěn)，尺寸允許可取i=8-10。2.確定鏈條節(jié)距p（1）計算功率式中額定功率工作情況系數(shù)因為工作平穩(wěn)，?。?1.0所以Pc=1.0*7.5=7.5kw。（2）特定條件下，單排鏈傳遞功率Po（5-32）小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，查表89，取=1.12傳動比系數(shù)，查表810，取=1.09中心距系數(shù)，查表811，取=1.0多排鏈系數(shù)，查表812，取=1.0（5-33）（3）由，n，查出節(jié)距P和鏈號：鏈號05B節(jié)距P=8mm，排距Pt=5.64mm，滾子外徑=5mm，內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬=3.0mm銷軸=8.6mm，極限拉伸載荷=4400N，質(zhì)量q=0.18kg/m3.確定中心距a和鏈條節(jié)數(shù)Lp（1）若a過小，則循環(huán)次數(shù)增加，加速磨損疲勞，而且包角a1變小，容易發(fā)生跳齒。（2）若a過大，可以減少鏈磨損，延長壽命，但可能有抖動，而且尺寸加大[12]。（3）一般取=30p50p，=80p。取=40p=40*7.5=300mm。（4）則鏈條長度為：（5-34）（5）Lp圓整，取偶數(shù)L=196。

（6）計算實際中心距：（5-35）（7）a的差值為1.7mm<2mm5mm。所以可以選用。4.驗算鏈速（5-36）在范圍內(nèi)（2m/s8m/s），所以安全，可以選用。計算壓軸承力Q 有效拉力（5-37）軸承力系數(shù)=1.01.3，因為無沖擊，所以取=1.0所以Q=4076.1*1.0=4076.1N5.鏈輪的主要尺寸（1）選材：45鋼，沾火處理。要求：足夠強度和耐磨性，小鏈輪材料比大鏈輪材料好一些，40HRC45HRC（2）主要尺寸：A節(jié)圓直徑（5-38）（5-39）B齒頂圓直徑（5-40）（5-41）C齒根圓直徑（5-42）（5-43）D齒側(cè)凸圓最大直徑（5-44）選=45mm查表815，得=26mm.選=250mm（5-45）E最大齒根距離Lx=(偶數(shù)齒)Lx=（奇數(shù)齒）所以：（5-46）（5-47）F軸面主要尺寸ba=1.6mm=13.5mm=7.1mmh=6.4mm=0.5=5.64mm6.鏈輪結(jié)構(gòu)對中小直徑可采用整體式結(jié)構(gòu)。7.鏈輪的潤滑結(jié)合系統(tǒng)要求采用人工潤滑。5.4輸送線部分的計算5.4.1原始數(shù)據(jù)及資料名稱：灌裝瓶。物品重：0.6kg。材料：塑料。形狀：圓柱形。最大橫向尺寸：60*10=600mm，考慮托盤的間隙，取最大橫向尺寸為700mm。最大輸送能力：20000瓶/小時。5.4.2底板寬度（1）底板寬度選取，并結(jié)合物料尺寸校核和圓整。B底板寬度（mm）。b成件物的最大橫向尺寸340（mm）。所以B=60*4+100=340mm，圓整，取B=400mm。另一條輸送線也同樣依次計算，其B=60*4+100=340mm，圓整，取B=400mm?？紤]輸送過程中必須要有擋邊保證輸送的方向準確性。（2）擋邊高度：擋邊高度應保證成件物在底板上的位置可靠，參照現(xiàn)有的設(shè)計產(chǎn)品，取h=1600mm。5.4.3牽引力的計算（1）輸送機單位長度載荷的計算對于承載分支：行走部分單位長度的載荷（kg/m）底板上單位長度的重量（kg/m）成件物的單重（kg）成件物的距離(m)底板的寬度(m)底板的中立重量系數(shù)。取A=40mm。所以：=40*0.7=28kg/m（5-48）=60*0.4+0.04=24.04kg/m(5-49)=28+24.04=52.04（kg/m）(5-50)（2）牽引鏈的最小張力牽引鏈的最小張力可以取所選用的許用張力的5%，但單根鏈條的張力不得小于50N。最小張力可依據(jù)經(jīng)驗計算：承載分支的水平投影長度Lc=30（m）所以，=300*0.4+2*30=180N>50N所以，可以使用，安全。（3）動載荷的計算：板式輸送機牽引力的動載荷計算可按下式計算(5-51)牽引鏈動載荷（kg）牽引鏈的最大加速度（）重力加速度（取10）輸送機行走部分換算質(zhì)量的減少系數(shù)。因為Lc=30m，所以=0.5Z驅(qū)動鏈輪齒數(shù)t牽引鏈條節(jié)距（m）參考現(xiàn)有的灌裝機的結(jié)構(gòu)得知，可以使用。5.5軸系部件的設(shè)計計算軸系部件包括傳動軸，軸承，傳動件以及鍵。本系統(tǒng)中傳動件為鏈傳動，其設(shè)計已計算完成，現(xiàn)計算傳動軸和對軸承進行選用和計算。5.5.1軸的設(shè)計計算傳動件裝在軸上以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動和傳遞功率，支撐傳動件是機器中不可缺少的通用零件。（1）軸的材料要求：由于軸的載荷通常是變載荷，或變應力，故材料應具備較好的強度和韌性。對軸的表面與支承有相對滑動的軸，還需要求材料有較好的耐磨性。（2）材料：通常材料與熱處理a.碳素鋼：主要是45號鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火等熱處理；輕載荷或不重要的場合可以使用Q235，Q255，Q275等普通碳素鋼。b.合金鋼：常用40Cr，38CrSi，20CrMnTi，35SiMn，38CrMnAlA等合金鋼，可以用于重載荷，要求重量輕或耐磨的公況下。熱處理后或沾火后皆可以提高強度。但對應力集中較為敏感，所以應采用較低的表面粗糙度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時盡量消除或減少應力集中源。c.要求以剛度為軸的主的重要軸，由于合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不大，所以不宜采用較貴的合金鋼。d.球墨鑄鐵：吸收沖擊較好，對應力集中適應性強，可以鑄，獲得較復雜的形狀，但韌性低。（3）毛坯：一般可以用圓鋼為毛坯，較重要的軸則需鍛造，也有鑄造毛坯（4）初算軸徑計算公式：(5-52)c——與材料的許用應力有關(guān)p——軸的傳動功率（kw）n——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）所以：(5-53)因為軸上有雙鍵，所以d增加7%d=43.29*1.07=46.32mm(5-54)取d=45mm（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計a.計算轉(zhuǎn)矩：T=9550*P/n=9550*7/140=477.5N.m(5-55)查表得K=1.5Tc=477.5*1.5=716.25b.為軸向夾緊，須取與配合的軸長度要小一些c.定位軸肩直徑一般須增大不小于5mmd.取軸徑d=45mm，軸段長L=82mme.查手冊確定鍵的尺寸參數(shù)選用A型鍵14*9*75和A型鍵18*11*70與軸承蓋子相關(guān)的尺寸：由軸徑線速度選密封形式(5-56)當v<5m/s，時可以使用氈圈密封；當v>10m/s，時用皮碗密封；當v=6m/s30m/s，時用非接觸式密封；V=0.44m/s<5m/s，所以使用氈圈密封。定位軸肩選?。?）查手冊選直徑。a.軸承凸出點與箱外活動件須留15mm25mm間隔，留出尺寸43mm。與滾動軸承相關(guān)的尺寸：b.在前一直徑上考慮安裝，加工方便，而且尾數(shù)為0，5，或用前一段直徑；或再起軸肩，取軸承內(nèi)徑c.選用適當軸承類別，查手冊得尺寸參數(shù)選30211正裝，尺寸d*D*T=55mm*100mm*22.75mm。d.按值選軸承潤滑形式>2*100000r()時可以用油潤滑。<2*100000r()時可以用脂潤滑。=55*140=7700()，所以用脂潤。e.油潤滑時，軸承應距箱體內(nèi)壁3mm5mm。脂潤滑時，軸承應距箱體內(nèi)壁可以大一些，取5mm。f.箱內(nèi)傳動件應距內(nèi)壁15mm25mm，取24mm。（7）與齒輪和其它相關(guān)的尺寸：a.為裝配較緊配合的傳動件，一般再起軸肩，取b.軸段應比輪轂長短一些，以獲得軸向定位較緊，取L軸=87mm。c.軸向定位可以使用套筒，軸肩，軸環(huán)，彈性擋環(huán)等措施，選用時可以查手冊，選用套筒和軸環(huán)定位，軸環(huán)直徑現(xiàn)計算截面C處的，及。圖5.1彎矩扭矩圖求各支點在垂直面V與水平H中支反力，。水平面內(nèi)：(5-57)（5-58）垂直面內(nèi)：（5-59）由得：得：=（5-60）由得：得=（5-61）（5-62）（5-63）求合成彎矩：（5-64）（5-65）（1）確定轉(zhuǎn)換系數(shù)a為靜應力時，a=0.3為脈動循環(huán)時，a=1為對循環(huán)時，a=1（2）計算（5-68）（5-59）可見C點處有最大載荷，所以對其進行彎扭合成校核。（5-60）忽略鍵的影響，<，所以合格，可以使用。5.5.2軸承的選用和計算已知條件：軸承用于輸送線上，軸頸d=55mm，轉(zhuǎn)速n=140r/min，軸承所承受的徑向載荷R=2000N，軸向載荷為500N，要求使用壽命=5000h。（1）求當量動載荷受復合載荷作用的深溝球軸承，求時用到的系數(shù)X，Y要根據(jù)來查取。在軸承型號選定前又不可知，故采用試算法，根據(jù)表512暫取=0.08，則e=0.22因，表512查得X=0.56，Y=1.99=2115N（5-62）（2）計算軸承所需要的徑向額定載荷因軸承的溫度不高，工作載荷只有輕微的沖擊，查手冊得。（5-63）（3）選擇軸承型號查滾動軸承標準GB/T272—93，選得6211軸承。其=25700N>=22001N;，因=500/15300=0.0349，用線形插值法可求得e=0.23，與原估計相近，適用。5.5.3鍵的校核計算鍵是一種標準件，根據(jù)連接的具體結(jié)構(gòu)，使用要求以及工作條件選擇合適的類型，最后按連接的直徑從標準中選用相應的剖面尺寸，并選擇鍵的長度。鍵長要比輪轂的長度短并且符合鍵長標準，然后進行鍵連接的強度進行校核。因為使用普通平鍵，所以對其進行校核。鍵的長度為L，軸的直徑為d的平鍵。當軸傳遞轉(zhuǎn)矩T時，鍵的工作平面壓力N的作用，工作面受擠壓，鍵受剪切，失效形式是鍵，軸槽和輪轂槽三者中最弱的工作面被擠壓破壞和鍵被剪壞。當鍵是用45鋼制造時，主要失效形式是壓潰，所以通常只進行擠壓強度計算。假定擠壓應力在鍵的接觸面上是均勻分布的，此時擠壓強度條件是:（5-64）剪切強度強度條件為（5-65）式中d軸的直徑（mm）h鍵的接觸長度（mm）許用擠壓應力（MPa）許用剪切(MPa)鍵的材料一般采用抗拉強度極限的精拔鋼制造，常用材料為45號鋼；軸的材料一般為鋼；而輪轂材料可能是鋼或鑄鐵。當計算結(jié)果不能滿足強度要求時，可以用雙鍵。所選用的鍵符合強度要求，可以使用。第6章灌裝系統(tǒng)設(shè)計和選用6.1灌裝機儲液箱的尺寸確定6.1.1儲液箱容量的計算儲液箱容量應能保證系統(tǒng)工作時儲液箱其最底液面高于定量杯口5mm以上，但不能大于定量杯的最高位置，儲液箱應能保證供液的充足。系統(tǒng)停止工作時其最高液面不超過儲液箱高度的80%，當系統(tǒng)中的液體全部返回儲液箱時，液體不能溢出箱外。儲液箱有效容積確定:（6-1）泵的流量（ml）與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，對于低壓系統(tǒng)，取2--4；對于中壓系統(tǒng)，取5--7；對于高壓系統(tǒng)，取8--12。取=2=2*=2*20000ml=40000ml（6-2）6.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計儲液箱的長寬高尺寸是根據(jù)儲液箱的有效容積來確定，它的長寬高按1:1:11:2:3結(jié)合系統(tǒng)的發(fā)熱和散熱及熱平衡原則開計算，因為系統(tǒng)中發(fā)熱少，所以無需熱平衡效核。參照現(xiàn)有的水箱結(jié)構(gòu)尺寸，定其長寬高分別為：900mm，500mm，200mm。儲液箱內(nèi)壁應進行加工處理，儲液箱需要進行噴丸，酸洗和表面清洗，內(nèi)壁可以涂一層塑料簿膜或清漆。6.2儲液箱上的一些輔件的說明1.灌裝的液體中沒有需要過濾的雜質(zhì)，所以不需要增加過濾器件。2.儲液箱的上腔必須維持一定的壓力，保證灌裝的速度，所以儲液箱上應設(shè)置保壓氣孔，而且需要增加空氣過濾器件。3.系統(tǒng)中不需要蓄能器。因為泵的流量經(jīng)節(jié)流閥后所得流量同灌裝容積相等，而且泵的工作是穩(wěn)定的，不考慮系統(tǒng)泄露。4.管路直徑和接頭參照供料系統(tǒng)部分的設(shè)計。液壓系統(tǒng)中使用的管子種類有剛管，紫銅管，橡膠管。5.管路中需要壓力表。6.管路中需要溫度表。7.管路中需要有液位觀察器件。8.密封件的選用:0型密封圈。6.3灌裝方法與定量方法的選用6.3.1灌裝方法由于液料的物理化學性質(zhì)各有差異，在灌裝時，就有著不同的灌裝要求。液料由儲液裝置灌入包裝容器常采用以下幾種方法。（1）常壓法灌裝常壓法灌裝是在大氣壓力下，直接依靠常壓法灌裝液體的自重流入包裝容器內(nèi)。常壓法灌裝的工藝過程為：1）進液排氣：液體進入容器，同時容器內(nèi)的空氣被排除。2）停止進液：容器內(nèi)的液體到達定量的要求時，進液停止。3）排除余液：排除氣管中的殘液，該過程對排氣至儲液箱上部氣室的那些結(jié)構(gòu)是必須的。常壓法灌裝主要用于灌裝低粘度的不含氣體的液體。（2）等壓法灌裝等壓法灌裝利用儲液箱上部氣室的壓縮空氣，給包裝容器沖氣，使壓力接近相等，然后被灌裝的液體靠自重流入容器內(nèi)。等壓法灌裝的工藝過程為：1）沖起等壓2）進液回氣3）停止進液4）釋放壓力。等壓法灌裝法適用于含氣飲料，如啤酒，汽水等的灌裝，以利減少所含氣體的損失。（3）真空法灌裝真空法灌裝是在低于大氣壓的條件下進行灌裝[14]。它有兩種基本方法：一種是差壓真空式，讓儲液箱內(nèi)部處于常壓狀態(tài)，而只對包裝容器內(nèi)部抽氣，使其形成一定的真空度，液體依靠兩容器內(nèi)的壓力差，流入包裝容器內(nèi)。一種是重力真空式，讓儲液箱和包裝容器處于接近相等的真空狀態(tài)，液體靠自重流入該容器內(nèi)。目前，國內(nèi)常用差壓真空式，它結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。真空法灌裝的工藝過程為：1）瓶抽真空2）進液排氣3）停止進液4）余液回流。真空法灌裝法適用于灌裝粘度較大的液體和有毒的液體。這種方法不但能提高灌裝速度而且能減少液體與容器內(nèi)的殘存空氣的接觸和作用，故有利于保存產(chǎn)品，還能限制有毒性的氣體和液體的外散，從而改善操作條件，但對灌裝含有芳香性氣體的酒類卻是不適用的。（4）虹吸法灌裝虹吸法灌裝是應用虹吸原理使液料經(jīng)虹吸管被吸入容器，直至兩者液位相等為止。虹吸法灌裝適合灌裝低粘度不含氣體的液體灌裝，結(jié)構(gòu)簡單，但灌裝速度較低。（5）壓力法灌裝壓力法灌裝是借助機械或氣液壓等裝置活塞往復運動，將粘度較大的液體從儲液箱吸入活塞缸內(nèi)，然后再強制壓入待灌裝的容器內(nèi)。這種方法有時也用于汽水之類飲料的灌裝，可依靠本身所具有的氣力直接灌入瓶內(nèi)。在灌裝方法的選擇時，除考慮液體本身的粘度特性以外，還必須認真分析產(chǎn)品的工藝要求以及灌裝機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)與運轉(zhuǎn)情況。同時，在灌裝過程中，還要求設(shè)法減少液體和空氣的接觸，并盡量消除瓶頸殘留空氣的影響。綜上敘述，選用常壓法灌裝。6.3.2定量方法液體定量多用容積式定量法，大體上有如下三種。（1）控制液位定量法控制液位定量法是通過灌裝時控制被灌裝容器的液位來達到定量值的。（2）定量杯定量法定量杯定量法是將液料先注入定量杯中，然后再進行灌裝。若不考慮液損，則每次灌裝的液體容積應與定量杯的相應容積相等。（3）定量泵定量法定量泵定量法是采用機械壓力灌裝的一種定量方法。每次灌裝物料的容積與活塞往復的行程成正比。比較上面的三種定量方法，不難了解，第二種方法由于直接受到瓶子容積精度以及瓶口密封程度的影響，其定量精度較差，但結(jié)構(gòu)簡單，至今還被使用。實際上，選擇定量方法首先應考慮產(chǎn)品所需要的精度。而定量的精度與產(chǎn)品有關(guān)，越是名貴的產(chǎn)品，其計量誤差應取得較小。此外，選擇定量方法還要考慮液體本身的工藝特性。結(jié)合設(shè)計要求選用定量杯定量法。灌裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖：圖6.1灌裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖1.定量杯2.定量調(diào)節(jié)閥3.閥體4.緊固螺母5.密封圈6.進液管7.彈簧8.瓶口座9.透氣孔10.下孔11.隔板12.上孔13.中間槽14.儲液箱第7章執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計、計算和選用7.1動作分析與執(zhí)行件的選用7.1.1動作分析當灌裝瓶子的送料機構(gòu)將料送到位后，升降液壓缸將托盤以及灌裝瓶頂起，進行灌裝。灌裝結(jié)束后下降，然后推動液壓缸工作，將托盤以及灌裝瓶推到下一條輸送生產(chǎn)線，之后推動液壓缸收回，系統(tǒng)回位，進行下一個工作循環(huán)。灌裝系統(tǒng)要求灌裝要穩(wěn)定可靠，遲滯小，所以選用液壓傳動較好。7.1.2執(zhí)行件的選用選用液壓傳動。系統(tǒng)是針對液壓缸壓力和速度的控制，把系統(tǒng)的油液壓力和缸的運動速度控制在一定的范圍內(nèi)，既滿足了使用要求，又確保了系統(tǒng)安全，平穩(wěn)的運行。7.2設(shè)計分析與方案設(shè)計設(shè)計分析油缸最大工作行程——400mm額定工作油壓——6Mpa移動負載質(zhì)量——36kg移動速度控制——6m/min加速度的大小——0.1m/s加速和減速時間均為0.2s為了使系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠可以把液壓缸運行劃分為幾個過程，基本過程:起動，加速，差動快進，工進，快退，原位停止。1.液壓元件的選擇和比較系統(tǒng)只要求保證液壓缸有一定的壓力和速度就可以了，所以其設(shè)計發(fā)難有多種。在機械部分上的壓力控制可以選用溢流閥，減壓閥，順序閥等調(diào)節(jié)，也可以用硬編傳感器璧還控制，在速度上可以用節(jié)流閥，調(diào)速閥調(diào)節(jié)，位移可以用電容傳感器，位移傳感器，電桿傳感器，限位開關(guān)等盡現(xiàn)測量[15]。液壓缸有雙活塞桿液壓缸，單活塞桿液壓缸，增壓缸，增速缸等。在機電控制部分主要有單片機控制和PLC控制。對液壓缸的選擇進行比較，活塞桿液壓缸運動范圍較大，主要用于大型設(shè)備中。由于本題負載較小，運動速度也不大，所以選用滿足一般使用要求的活塞桿液壓缸，制造成本低，安裝制造方便。壓力控制上，壓力控制與傳感器測量的選擇。如果選用傳感器，勢必要遇到閉環(huán)控制，靈敏度高，非線性誤差等，操作起來不容易。選用壓力閥，成本低，使用方便，選用先導型溢流閥性能較好，壓力調(diào)節(jié)精度高，且可以實現(xiàn)遠程控制調(diào)節(jié)。由于工作負載不大，變化也不大，而且對速度要求也不高，所以選用節(jié)流閥速度控制就可以滿足使用要求，若選用調(diào)速閥只能安裝在油路上，出口壓力隨執(zhí)行環(huán)節(jié)負載而變，成本高。2.電氣設(shè)計選用單片機控制成本低，控制精度高，因此選用單片機。3.電動機選型電動的種類很多，一般液壓缸使用在大功率的場合，而且往往是環(huán)境惡劣的地方，所以選用的必須保證在這種場合電動機能正常工作，經(jīng)過考慮選用Y系列封閉式異步電動機較適合，效率高，耗電少，性能好，噪聲低，振動小，體積小，重量輕，運行可靠維修方便。7.3機械液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算下圖7.1為液壓原理圖：圖7.1液壓原理圖1.負載移動力分析負載移動阻力F=500N，慣性力:100=50N，設(shè)負載動摩擦系數(shù)0.1，靜摩擦阻力，0.1*（100*10）=100N，0.2*100*10=200N，考慮液壓缸密封裝置的摩擦阻力（取液壓缸的機械效率ηm＝0.9），則液壓缸在各工況階段的負載值見表7.1表7.1液壓缸各運動階段負載表運動階段計算公式液壓缸負載Ｆ（Ｎ）液壓缸推力（Ｎ）啟動200223加速150166.7快進100111灌裝600666.7縮回100111停止5055.62.運動分析根據(jù)條件，快進、快退速度為＝，由于加速時間很短所以可忽略不計。因此設(shè)定其行程分別為100mm和300mm。3.確定液壓缸的參數(shù)（1）液壓缸的工作壓力：(2)確定液壓缸尺寸：選用單活塞式液壓缸，并使。采用差動連接，因管路中有壓力損失。工進時，為使運動平穩(wěn)，在液壓缸回油路上要加背壓閥，背壓法一般為(5--15)*pa，選取背壓閥＝10*pa。表7.2液壓缸的參數(shù)工況計算公式負載(N)液壓缸開啟啟動223=0=522.3______加速166.716.67_____頂起11111.10.01*0.95灌裝666.733.30.004*1.58縮回啟動22322.3______加速166.716.7______縮回11111.10.01*1.49停止00000由表7.1可知，最大負載為工進階段的負載＝666.7N，根據(jù)表7.2，得，可求出液壓缸大腔面積為＝1.21*12.4mm根據(jù)ＧＢ2348-80圓整成就近的標準值，得16mm，液壓缸活塞直徑d=D/=11.39mm，圓整后取d=12mm，于是液壓缸有效面積為：=按最低工進速度驗算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進速度v=0.02m/s為最小速度，則由≥，=﹥0.04，滿足最低速度要求。4.計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、和功率：根據(jù)液壓缸的負載圖和速度圖及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工作過程各階段的壓力流量和功率，在計算工進時背壓按代人，快退時背壓按代入計算。5.液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算。我們這里采用無縫鋼管材料，其壁厚按薄壁圓筒公式計算：R>=P3/(2D[Q])式中R液壓缸壁厚（mm）D液壓缸內(nèi)徑（mm）P3試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25到1.5）倍，這里取1.3倍[Q]缸筒材料的許用應力。其值為：無縫鋼管：[Q]=100到110Mpa。這里取[Q]=100Mpa，于是得R>=0.834，又由于薄壁液壓缸的內(nèi)徑D與其厚度r的比值D/d>=10，綜上所述0.854<=R<=2(這里取R=2mm)6