1、摘要 I 摘要 当前，在制药包装机械领域内，小容量液体灌装机发展缓慢，在大产量分 包装作业中，高速灌装机基本上是进口机器。目前，国内机器可在灌装计量方 式、生产效率、机器的运转稳定性、表面处理、电器元件选型方面进行研发，消化吸收国外厂家的先进技术，作为重点开发方向。设备整机设计应简洁流畅， 外部零件光滑，无毛刺，经倒角或圆角处理，便于清洁。灌装机的工作面应尽 可能简洁或架空，以减少洁净空气阻力，提高层流效果。设备应用层流罩罩 住，层流罩门开启应有报警装置，操作人员在灌装机工作时，尽量不接触或者 少接触机器上任 何零部件。设备上应有手持开关，可以点动机器，或者联动机 器。在缺塞时整机停机，无瓶不
2、灌装，电磁振荡器送塞顺畅自如，震荡功率可调整。主机具无级调速、计数装置、倒瓶剔除、剔除空瓶功能。可选择在线秤重功能。在自动控制方面，使用并行总线采集和输出信号，可编程控制器处理信号，带通讯接口，通过人机界面监测运行状况，可在线修改运行参数。 现在的高速灌装机的灌装运行方式一般是排列成直线式或者是旋转式 跟踪多头灌装，加塞机构一般都采用真空吸塞，直线式加塞，而且主机都可以 无级调速。小容量液体灌装机器还有互换性要求，要 求机器在很短的时间内， 更换最少的规格件，就可以使 2ml， 5ml,7ml, l0ml 管制瓶一台机器上完成灌装加塞，而直线式灌装机可以满足互换性的要求。 目前国内在积极地开发
3、恒压控制技术，但这种技术开发难度大，主要是自动控制技术不成熟，而且开发研制的前期投入高，开发人才匾乏，限制了时间压力法的推广应用。因此，金属 /陶瓷活塞泵计量灌装法是目前国内药机重点开发的技术，其市场风险较小，也是应重点推广的技术。 本课题在现有定量泵式灌装机的基础上，设计出一种更适合小型化妆品企业食品包装的定量泵式灌装机。作者首 先针对定量泵式灌装机的发展现状提出了设计方案，其次进行了总体结构设计、典型零件的设计与校核及对轴的加工工艺的概述，最后分析了定量泵式灌装机的经济效益。 关键字： 定量泵 灌装机 压力灌装 结构设计 II Abstract At present, in the fie
4、ld of pharmaceutical packaging machinery, small volume of liquid filling machine development has been slow and in the production sub -Packaging operations, high-speed filling machine is basically imported machines. At present, the domestic machine can be measured in filling , Production efficiency a
5、nd stability of the operation of machinery, surface treatment, electrical component selection aspects of research and development, digestion and absorption of foreign advanced technology manufacturers, as a key development direction. Whole machining equipment design should be simple smooth, External
6、 components smooth, burr, the chamfering or fillet with easy cleaning. The face should be filling machine May be simple or elevated, to reduce the clean air resistance and improve laminar flow effect. Application equipment laminar flow hood enclosures Live, laminar flow Zhaomen alarm device should b
7、e opened, the filling machine operators work, try not to contact or Less contact with any machine parts. Handheld devices should switch, you can move the machines, or linked machine For. Cypriot missing in the stands when whole machine, no bottle is not filling, sending electromagnetic oscillator Cy
8、priot smooth ease, power adjustable shocks. Host a stepless speed regulation, counting devices, inverted bottles removed, remove empty bottles feature. Online weighing the option function. In automatic control, collection and use of parallel bus output signal, the PLC signal processing, interface wi
9、th communications through the operation of monitoring human-computer interface can be modified on-line operating parameters. On the basis of the fix quantify pump filling machine, the issue designs a fix quantify pump filling for the combination of bottled beer. The author first point out the design
10、 program against the research status of the fix quantify pump filling machine, followed by a general structural design, the design and verification of typical components and the outlines of the axis machining process , finally analysis of economic benefits of the fix quantify pump filling machine. K
11、eywords: fix quantify packaging， filling machine, press filling , structural design 目录 i 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 研究的背景和意义 . 1 1.1.1 研究的背景 . 1 1.1.2 研究的意义 . 1 1.2 定量泵式灌装机简介 . 2 1.3 本课题研究的主要内容 . 2 1.4 定量泵式灌装机的特点 . 2 1.5 本课题研究的创新点 . 2 第二章 定量泵式灌装机总体设计 . 4 2.1 定量泵式灌装机的设计思想 . 4 2.2 包装机整体设计方案的选择 . 4 2.3 定量泵式灌装机的
12、技术 条件 . 4 2.4 定量泵式灌装机的总体设计 . 4 2.4.1 定量泵式灌装机工艺流程 . 5 2.4.2 定量泵式灌装机的进瓶装置 . 6 2.4.3 灌装机的灌装方式 . 6 2 4.4 定量泵式灌装机灌装阀的设计 . 7 2.4.5 定量泵式灌装机的升瓶装置 . 8 2.4.6 定量泵式灌装机的活塞装置 . 9 2.5 定量泵式灌装机的主要技术参数 . 10 2.6 定量泵式灌装机的保护与维修 . 10 第三章 定量泵式灌装机典型零件的设计与校核 . 12 3.1 电机的选择 . 12 3.1.1 输送装置电机的选择 . 12 3.1.2 传动装置的总传动比 . 13 3.2
13、带传动装置的设计 . 13 3.3 齿轮的选择与校验 . 14 3.4 减速器选择与校验 . 24 3.5 键的选择与校验 . 错误 !未定义书签。 第 四 章 定量泵式灌装机社会经济效益分析 . 错误 !未定义书签。 文献综述 . 27 致 谢 . 29 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 研究的背景和意义 1.1.1 研究的背景 灌装机构是用于向容器灌装液体，使其达到由可截断该液体的空气排出孔高度所规定的液 Nil.由于包装容器形态、材质、制成方法等的不同，以及产品物理化学性要求的不同，灌装机构的性能、结构也千差万别 .目前，由于世界啤酒工业的发展给液体灌装机械工业、企业带来了一系列影
14、响，德国、美国、日本、意大利等 国液体灌装工业、企业加速发展对外贸易，向外转移设备和技术 hl.同时研究和应用新技术刺激啤酒工业设备更新，这样进一步推进了灌装机械的发展，随之而来各种各样新型的灌装机相继问世 . 从 1902 年到 1980 年，经过近 80 年发展，灌装机已经由机械化进人自动化时代 .这两个技术时代的产品特点，集中体现在液体灌装 机的心脏 灌装阀上 .早期的液体灌装机采用撞块式机械阀灌装，由于机械阀效率低、漏损高，液阀演变为弹簧自动控制 f81. 1980 年以后，电动阀投人使用，随着自动化程度的提高，整机的传动系统、液、气控制系统、送盖系统者撇 了改进 .目前，液体灌装设备
15、正朝高速度、高精度、自动化灌装方向发展采用压力灌装、电动阀灌装、微机监控灌装生产线来提高灌装谏度、精度和自动化程度 . 1.1.2 研究的意义 “包子有馅不在褶上”这句话随着时代的发展，已经不再灵验。越来越多的企业、客户开始重视产品的包装，包装的好坏将直接影响产品的质量和企业的经济效益。 据估计 ， 食品包装材料销售额将与食品销售额平行增长 ， 降低包装重量的负面效应将会被高价值的高分子新材料和低包装所平衡食品包装销售额的增幅可能会比食品还要大。 此外，考虑到食品包装的特殊性，如何解决这些问题 ，各国的生产企业都进行了很多尝试。其中，利用 定量泵式灌装包装机制造的灌装包装取得了很好的效果。变速
16、装置又可以通过控制步进电机的运行步数而达到精确控制齿轮泵的转数，从而实现精确计量的目的 .其特点是具有极高的计量准确度和较好的重复性，灌装容量范围很大，且可方便地任意调整，适应各种大小容器 .我国食品包装机械经过多年的奋斗，取得了长足的进步。但是从整体上看和外国的设备还是存在着很大的差距，如产量不高、运行不稳定、零部件标准化低等。面对诸多的发展机遇和挑战，包括作者在内，我们在提高自身水平的同时，明确今后发展思路很有 必要。 吉林大学学士学位论文 2 1.2 定量泵式灌装机简介 所谓定量泵式灌装机即压力法灌装机，压力法灌装机是利用外部的机械压力将液体产品充填到包装容器内部的机器。它适用于灌装粘稠
17、性物料，例如：牙膏、番茄酱、豆瓣酱、香脂等。 全自灌装 -压盖 -贴标包装机是近年开发使用的一种多功能多用途包装机型，它集灌装、充填物料、抽真空、充气、旋盖、贴标等功能于一体，在一台机械设备上具备了一条包装生产线的功能 1。对食品生产等使用厂家来说，无需事先制盒或向制盒厂订购包装盒，把多个工序集中在一起一次完成。可见这类机型的性能强，适用性广，包装形式多样， 可广泛应用于各种食品、化妆品、药品等包装领域。 定量泵式灌装机采用轮盘式灌装，本机的主运动方向为立式，故占地小，结构紧凑，适于小件多品种产品的生产。 1.3 本课题研究的主要内容 本课题的主要研究内容是在现有定量泵式 灌装机 的基础上，设
18、计一个结构较为简单、产品生产效率适中、质量合格定量泵式灌装机。 研究整机的连续化生产；定量充填器配合完成精确充填。 作者具体设计分析了 定量泵式灌装机 的 传动系统、瓶子升降机构、灌装机构、计量活塞机构、送瓶出瓶机构等 各个组成部分的结构以及性能特点，最终设计出一种适合高粘度流体灌装包装 的 定量泵式灌装机 。 1.4 定量泵式灌装机的发展趋势 近年来，我国包装机虽然采用了一些 PLC 和具有智能控制功能的仪表，但总体来说，大多数还是低水平的机电控制，还没有带有数据储存、采集、修正功能的机器。反观技术领先国家的包装产业发展，以德国的包装机械制造厂商和设计部门为例，他们近年为适应客户多元化、高效
19、率的要求开始着重于： （ 1） 提高流程自动化：每个机械手均由单独电脑控制，一台包装机械为完成复杂的包装动作，需由多个机械手完成；机械手对材质及厚度具有高分辨能力。 （ 2）努力寻求提高生产率的途径，降低工艺流程成本。 （ 3）采用连续工作或多头工作方式、降低废品率、提供故障分析系统、使产品生产机械和包装机械一体化。 第一章 绪论 3 （ 4）适应包装市场变化、注重设备柔性灵活性（量的灵活性、构造灵活性、供货灵活性）。 纵观国际包装业发展情况，推动包装业技术发展的主要动因有经济形势变化、人口结构变化、市场区别性、消费与市场安全考虑、包装材料与容器制品的发展、包装机械设备进步、数字化技术、电子组
20、合技术等。 今后用户最希望的包装机械性能可归纳为：柔性与组合性好；操作速度高；劳工时间少（包括维修、改型）；自动化程度高；可靠性高；占地空间小；节省资 源。 为此，中国包装机械企业必须重视采用各种先进技术，努力开发机械、电子、气液、生物、光、磁等在包装中的应用。重点在工作效率、资源利用、节省资源、高性能上下功夫，淘汰一批高消耗低效率的产品。作为现代制造业，必须加快产业的信息化改造。 1.5 本课题研究的创新点 本课题研究的创新点在于： 1、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
21、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。 2、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，不仅能有效地解决上述问题，而且在触摸屏上能显示灌装速都通过触摸屏保存。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。 吉林大学学士学位论文 4 第二章 定量泵式灌装机总体设计 2.1 定量泵式灌装机的设计思想 定量泵式灌装机是现代包装产业比较先进、比较理想的包装 设备
22、之一，与其它包装设备相比，有着许多不可替代的优越性。经过灌装包装的食品，不仅实现了产品对包装运输的基本要求，还具有很高的方便性和适用性，适于再次使用、销售商储运及销售展示等。 根据本课题的研究内容和要求 ,作者综合考虑了生产的安全性、实用性、经济性的同时 ,注重了定量泵式灌装包装机器设计的创新 ,在满足各方面技术要求的同时 ,寻求了一种更经济的设计方法。 2.2 定量泵式灌装机整体设计方案的选择 定量泵式灌装机包装机的主要结构包括：加热机构、成型机构、充填机构、热合机构、传动机构、供送机构、电子控制系统等。塑料 片材经加热辊加热后，随即被真空成型辊的凹模吸入成型为泡状，在被冷却定型的同时，食品
23、自动充填到泡状容器中。当运行到热封辊处，被铝箔覆盖、封合，随后脱模。 此类型包装机能够用一台机器实现流水线的快速生产，可以有效的提高生产效率，同时降低了工人的劳动强度、生产成本，是包装行业优质的机器设备。可广泛应用于医药行业。 2.3 定量泵式灌装机 的技术条件 按照中华人民共和国机械行业标准对作者设计的定量泵式灌装机包装机进行技术条件的测定 1： 1、 包装机应能根据用户要求 ， 在一定范围内对包装板块尺寸、包装物件排列方式作适当调 整。 2、 包装机气控系统、真空系统、冷却系统不得有渗漏现象。 3、 包装机正常运转时 ， 各运动部位和机构的动作转换应灵活可靠 ,无卡滞现象。 4、包装机应有
24、打批号装置。 5、 包装机正常工作时无异常声 ， 其工作噪声不大于 85dB(A) 。 6、 包装成品外观质量应符合表 2要求。 7、 电气系统安全可靠 , 操作时应灵敏准确。 8、 包装机的电路系统应有连续可靠的接地电路 ， 并应符合 GB/ T5226.1 1996 中 20.2的有关规定。 9、 包装机的动力电路导线与保护电路之间施加 500Vd.c实测得的绝缘电阻不得第二章 定量泵式灌装机包装机总体设计 5 小于 1M。 10、 包装机应能承受 50Hz的正弦波交流电压 1000V至少 1s时间的耐压试验 ， 无击穿或闪烁现象。 11、 包装机上应有清晰醒目的操纵、润滑、安全或警告等多
25、种标志 ,安全标志应符合 GB 2894和 GB 16179 的规定。 12、 包装机应装有安全防护装置并应符合 JB7233 1994 中第 4 章规定。 13、 包装机与被包装物及包装材料相接触的表面应采用不锈、无毒及化学性能稳定的材料制造。 14、 包装机润滑系统、气控系统不得污染被包装物。 15、 包装机可用度 (A) 值不小于 85%。 16、 包装机从开始使用起到第一 次大修 , 累计工作时间不少于 8000h。 17、 涂漆表面应完整、光亮、色调均匀 ,不允许有斑点、皱纹、起泡、脱落和明显划伤等缺陷。 18、 外露不锈钢零件表面应平整、光洁。 19、 其它外露零件表面应作防锈处理
26、。 2.4 定量泵式灌装机的总体设计 2.4.1 定量泵式灌装机工艺流程 本研究的定量泵式灌装机包装机应用于大黏度流体如酱类的包装，此压力灌装包装工艺流程为：瓶子经传送带传入，星型拨轮将传送带上的瓶子转入灌装转盘，托平机构利用升成轨道托起瓶子。活塞往复运动将储酱缸内的液料压入灌装阀，升起的瓶子顶开灌装阀，活 塞将液料压入瓶中，经降瓶机构轨道瓶子转出，星型拨轮将瓶子拨回传送带上，完成整个包装过程。 图 1 吉林大学学士学位论文 6 图 2 2.4.2 定量泵式灌装机的进瓶装置 定量泵式灌装机是灌装生产线中的一部分，前面要连接瓶子清洗机器，瓶子通过传送带传入定量泵式灌装机，在通过传送带传到下一步工
27、序。关于瓶子送传送到到灌装转盘，作者设计了星型波轮结构，将瓶子拨入灌装轨道。 2.4.3 灌装机的灌装方式 灌装方法可分为以下四种： 常压灌装：在常压下将液体产品填充到包装容器中。它只适宜灌装低黏度不含气的产品，如白酒、醋、酱油等。 负压灌 装：先将包装容器抽气形成负压，然后再将产品填充到包装容器内。其中压差式负压灌装机储液箱内处于常压，只对包装容器抽气时之形成负压，依靠储液箱和待灌容器之间的压力差将液体产品充填到包装容器；重力式负压灌装机将储液箱和包装容器都抽气形成负压，液体产品依靠本身的自重填充到包装容器内。 等压灌装：先向包装容器充气，使其内部的气体压力和储液箱内的气体压力相等，然后将液
28、体产品充填到包装容器内。它适用于灌装含气饮料和含气的酒类，例如汽水、可口可乐、啤酒、汽酒等。它可以包装灌装产品的质量和计量精度。 压力灌装：压力灌 装是利用外部的机械压力将液体产品充填到包装容器。它适用于灌装粘稠性物料，例如牙膏、番茄酱、豆瓣酱、香脂等。 针对此次食品黏度大的特点，作者拟采用压力灌装。 第二章 定量泵式灌装机包装机总体设计 7 2.4.4 定量泵式灌装机灌装阀的设计 图 3 灌装阀结构 活塞式灌装阀的结构如图所示。灌装阀中有圆柱形滑阀 5，在滑阀上有月牙形凹槽，凹槽的大小能同时覆盖酱箱下面的通道 A和活塞体上部的通道 B，使储酱箱和活塞体相通。当滑阀上升时，储酱箱的通道 A被覆
29、盖，活塞体上的通道 B和灌装阀的通道 C相通。灌装机工作时，活塞杆在凸轮的作用下下降，通道 A和 B相通，液料由储酱箱 1底部的通道 A经滑阀 5的月牙形凹槽 6和通道 B进入活塞体计量室内。当空瓶进至瓶托上，瓶托由凸轮作用上升，瓶口顶住灌装头 8和滑阀 5上升，滑阀覆盖住通道 A，同时接通灌装阀通道 C和活塞通道 B。此时活塞在凸轮的作用下上升，将活塞计量室内液料压入瓶内，瓶内的空气由灌装头上的空隙排出，当活塞上移到最高点处完成一次灌装。紧接着装满酱料的瓶子在凸轮作用下向下移动，同时滑阀 5在弹簧作用下复位，滑阀弧形凹槽再次接通通道 A和 B，储酱箱的酱料有储酱箱流入活塞内，活塞杆也同时在凸轮作用下下移，进行下一次灌装。
