新型全自动灌装机的结构设计【文献综述】.doc

1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 新型全自动灌装机的结构设计 灌装机是一种用途非常广泛的称重测控系统。通常的做法是利用一个或两个球阀控制物料加料速度，在预先设定的关断点关闭加料阀门以达到定量灌装的目的。 1.灌装机的分类 不同的装填物料 (含气液体、不含气液体、膏状体等 )和不同的包装容器 (瓶、罐、盒、桶、袋等 ） ， 使用灌装机的品种也不尽相同 ， 通常灌装机的分类方法如下表 1.11。 表 1.1 灌装机分类图 序号 分类方法 型式、技术特性、灌装原理 1 按自动化程序分 手工灌装机 半自动灌装机 全 自动灌装机 灌装压盖联合机 2 按结构分 直线式灌装机 旋转式灌装机 3 按

2、定量装置分 容杯式灌装机 液面式灌装机 转子式灌装机 柱塞式灌装机 4 按灌装阀头数分 单头灌装机 多头灌装机 5 按灌装原理分 真空灌装机 常压灌装机 反压灌装机 负压灌装机 加压灌装机 6 按供料缸结构分 单室供料灌装机 双室供料灌装机 多室供料灌装机 7 按包装容品升降结构分 滑道式升降灌装机 气动式升降灌装机 滑道气动组合升降灌装机 2.现有液体灌装机的主要不足 1. 当灌装量超过几升时 ， 缸筒活塞以及使用的偏心装置或气缸筒的体积庞大。 2. 缸筒与活塞之间的密封容易磨损。这样在吸入液体的同时 ， 从密封磨损处容易吸入空气 ； 而在灌装时又容易从密封磨损处泄漏出液体 ， 从而使灌装量

3、精度不能保证。 3. 灌装量的调整 ， 是通过改变偏心装置偏心距或改变气缸行程来完成的。调整过程麻烦而且不准确 ， 影响灌装量的精度。 4. 灌装头出口处的滴漏除了影响灌装量的精度外 ， 主要缺点是污染，容器和环境。 3.全自动液体灌装机的主要优点 1. 设备的运行完全在微电脑的控制与检测之下 ， 自动化程度和安全 程度高 ，设备体积小 。 2. 灌装量的调整范围大 ， 可以采用不同排量的泵或调整气马达的转速 ， 以满足不同灌装量的要求。用微电脑设定灌装量精度高且简单方便 2。 3. 灌装量的精度很高 ， 因为微电脑设定灌装量的单位可以达到设定灌装量的 1/ 1000 之内 ， 而且有微电脑控

4、制的温度补偿机能 。 4. 内启闭式液体灌装头与计量泵配合以保证灌装精度 ， 同时消除灌装头出口的滴漏 ， 避免液体对容器和环境的污染 。 4.灌装机小型箱式化发展方向 对于高速高产的流水线设备而言，传送带往往要占据很大的空间，如果要将平面设置进行变动，要耗费时 日，也要耗费很多经费。因此，希望今后对这些设备要能做到 3： （ 1）各台设备单体化，节缩占用空间，以利平面设置的变动。 （ 2）降低销售价格。 （ 3）设备轻量化和匣（箱 ） 式化。 （ 4）可适应产品的多批量化。 如果能做到设备的轻量化和箱式化，就要以实现平面设置的经常变动。近年来开发了不少轻量匣式化的灌装机 为了适应多批量、多品

5、种的市场需求，还开发了挠性双充灌的灌装流水线。这种设备可以同时生产两种产品，是由 0 排流水灌装机组成的 由于托夹的返回方式是利用了原有部件，所以可大大节省占用空间 据估计可比原有流水线节 缩。 5.灌装机的工作原理 灌装机的主要工作原理是通过利用控制瓶内液面高度的方法来达到控制灌装量。该方法 控制液位定量法不仅简单而且可靠 ， 而被广泛应用于灌装设备中。控制液位定量法的液面高度位置主要是通过控制回液管回液口的高度来实现。回液管回液口的高度用户可根据灌装量之需要经计算确定后再进行调节。以适应灌装各种大小瓶子需要 4。图 1.1为灌装机 整体图。 图 1.1 灌装机整体图 6.液体灌装机设备主要

6、部件 6.1 秤台 秤台用于摆放料桶，秤台中的称重传感器将重量转化为电信号送往控制仪表。秤台面可根据桶型 和灌装物料的重量配备分为滑面式、滚筒式和动力滚筒式3种。 6.2 灌枪 由枪管、枪头阀和驱动气缸组成。枪管的长度应与最高桶的高度相当或略长。单步驱动气缸与枪头阀相连，控制着料的注入和停止 5。 6.3 升降机构 由长气缸或丝杆构成，用于推动灌枪的上下移动和停止。升降机构上的位置探测仪可准确测定灌枪高度，并将信息发送控制仪表，确保灌枪能停在预先设定的高度上。 6.4 控制仪表 其大尺寸中英双语提示智能显示屏，可及时明确地显示各种重要信息；其高精度称重传感器信号测量电路，可对输入信号进行快速准

7、确的测量；其可编 程功能，可将所有操作都按下载于仪表中的专用测控软件完成；其多层级密码数据库，可确保各级人员准确履行自身职责。 6.5 控制系统的构成 全自动灌装机有一套严格的工艺程序，何时进瓶、出瓶，什么时候灌装头上升、下降，什么时候灌装，灌装料量多少，进瓶时的传送带速度，出瓶时的传送带速度，加速时间，减速时间等，都有严格的要求。系统不但有高精确度的时间和液位控制，而且还有调速、汽缸进出、升降等功能。此外，根据工艺的要求，除了能实现全自动化外，还能实现手动操作。为了满足上述要求，如果采用常规的仪表和继电控制，那么，系统不但 复杂、繁琐，而且可靠性等也相应降低。采用 PLC 和触摸屏的有机结合

8、，不仅能有效地解决上述问题，而且在触摸屏上能反映和调整技术参数、工艺参数例如能显示灌装速度、产量，能调整每步工艺之间的时间，系统的可靠性、可操作性、可视性都有了很大的提高 6。 6.6 灌装机的 PLC 控制系统 现代社会对灌装食品的安全要求越来越高，为使灌装出的食品整齐 、 美观并且具有良好的包装质量，要求灌装机具有精确的动作 、 定位精度及较高的生产率和一定的柔性 。 因此对灌装机的控制要求越来越高，传统的继电器已经不能满足现代生产的要求，所以研制高效 、 经济且有一定柔性的新型灌装机械是市场的迫切需要 。因此 PLC控制系统就由为重要了 7。 6.6.1 PLC功能 在灌装机电控部分的设

9、计中，考虑到灌装机运作复杂 、 传感器多 、 干扰大，而 PLC 具有可靠性高 、 控制功能强 、 编程方便等优点，因此采用可编程控制器作为其主控制器 。 6.6.2 PLC硬件配置 图 1.2 系统硬件配置结构框 系统硬件配置结构框图 1.2所示，包括中央处理单元及 I/O 扩展单元 、 检测元件 (光电开关和接近开关等 )、 操作面板 (触摸屏，按钮开关和指示灯 )、 控制元件 (交流接触器和电磁阀 )以及执行元件 (电动机和气缸 )等几部分 。 触摸屏作为设备控制的操作界面，接受来自操作人员的操作指令并指示设备的运行状态，并以菜单形式显示机器启停 、 功能切换 、 工况检测 、 数据输入

10、与修改 、 运行状态 、 故障报警等，使参数组态变得更为方便；检测元件检测液位计量 、 灌装结束信号，以及各部分的动作完成情况； PLC 自动循环扫描各个输入输出点的当前状态，并根据梯形图程序所确定的逻辑关系更新输出点的状态，通过通断交流接触器和换向电磁阀来控制电动机的启停和气缸的动作，从而完成罐子输送到液体灌装再到喷码排出全过程的自动控制 。 6.6.3 PLC输入 输出点分配 灌装机工艺过程由灌装 、 封口 、 日期打印等几部分组成，灌装机控制系统输入信号有：启动 、 停止及急停信号 、 安全门开关检测 、 罐体检测 、 液体检测 、 液体灌装信号 、 罐体到位检测 、 顶盖到位检测 、

11、顶盖下压器脱开检测 。 输出信号有：输送带启动 、 灌装区挡板启动 、 灌装区挡板撤离 、 灌装阀开停 、 传盖装置启动 、压盖区挡板启动 、 压盖器启动 、 压盖区挡板撤离 、 喷码器工作输送带停止等 。 7.全自动灌装工艺要求 全自动灌装机用于灌装各种各样的瓶装水剂 ， 例如农药、酒和饮料。在全自动灌装机上方有一个恒压储液罐料箱 ， 里面有两个相隔 5CM的液位传 感器。通过它控制一个旋转汽动阀进行料位控制 ， 使液位保持稳定。料箱连接 16个灌装头。灌装头由汽动阀控制 ， 通过控制汽动阀开启的时间 ， 就达到控制剂量。其精度由精选的优质元件和软件进行保证。传送带电动机由变频器控制 ， 进

12、瓶处设置光纤传感器检测进瓶个数。当检测到 16个时 ， 传送带电动机停止 ， 出瓶处汽缸伸出挡住空料瓶 ， 进瓶处汽缸也伸出不再进瓶。这时 ， 灌装头下降到瓶口 ， 并由触摸屏输人的时间通过 PCL来控制灌装头上的汽动阀的开启时间 ， 进行灌装。灌装结束后 ， 灌装头上升 ， 出瓶处汽缸缩回 ， 传送带电动机又开始工作 ， 进瓶处汽缸延时2s后 缩回 ， 光纤传感器又检测进瓶个数 ， 循环以上过程。其机构简图组成如下图1.3所示 6。 图 1.3 机构简图 7.1控制要求 1. 实现既能从进料到出料和灌 装的整个过程自动化 ， 又能实现各个环节的手动控制。 2. 实现和过程动作配套的高精确度的

13、灌装时间控制以及液位的自控。 3. 当系统某一部分出现故障时如液位不到、气压低和检测不到个料瓶等 ，能对它们实时监测 ， 记忆锁存 ， 并通过触摸屏快速指示报警 ， 指明报警类型。 4. 实现系统间的安全联锁。 5. 所有技术参数、工艺参数、操作手册、维修指南都通过触摸屏保存。 参考文献 1李贵平 . 液体灌装机的分类与选择 J. 江西食品工业 , 2002, (04): 6162. 2于启冬 . 全自动液体灌装机 J. 液压 与气动 , 1997, (06): 2425. 3夏春艳 , 刘秀娟 , 程焰 . 液体灌装机结构综述 J. 佳木斯大学学报 (自然科学版 ), 2000, (02):

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