1、1回转式灌装机及活塞阀在酱料定量灌装上的开发应用摘要：黄豆酱、辣椒酱等酱类，由于其含有较大的颗粒、流动性差，一般的厂家都采用直线式的灌装方式，产量低，效率低；同时，灌装时滴漏严重，造成物料浪费，增加清洁难度。2011 年底，广州达意隆包装机械股份有限公司按照客户订购意向，在达意隆现有技术基础上，自主开发了第一台回转式酱料“洗瓶、定量灌装、旋盖”三合一机，灌装机的全新设计大大提高了灌装效率，使带颗粒酱料灌装的产量大幅提升，30 头灌装机小时产量可达 12000 瓶；同时，基本没有滴漏，定量准确。此种机型的成功开发，为公司打开新的销售领域提供了坚实的技术基础。关键词：回转式灌装机 灌装原理 开发应
2、用 1 灌装原理灌装机整机采用回转式结构，在回转的过程中，采用灌装阀活塞杆运行控制机构、芯轴手柄转动装置等设计实现灌装阀的吸料、压料、无瓶不灌装等功能。灌装阀采用活塞式定量灌装阀，利用活塞阀的活塞杆运动时产生的真空，将酱料吸进活塞缸中；然后打开阀门，将活塞中的酱料压注入瓶子中，从而完成灌装过程。由于采用的是活塞真空吸附的原理，故灌装过程中，可以按照客户需要调整、设定活塞轴运动的行程，从而较为准确地控制酱料吸进的体积，实现定量灌装。2 技术特点 2.1 活塞式灌装阀灌装阀是整台灌装机中最重要的部件之一，灌装阀的设计直接影响了灌装效果。达意隆公司的活塞式灌装阀，结构简单，定量准确，无滴漏，阀芯装拆
3、方便。其结构如下图 1、图 2 所示，活塞阀主要由活塞杆、活塞缸、阀芯、定位螺钉组成，活塞杆下端设有密封圈，阀芯加工有两个互不相通、成290 度的通道。安装时，阀芯的吸料口与料缸出料口相通。吸料时，如图1 所示，进料通道打开，吸料口与定量吸料腔相通，活塞杆上行，定量吸料腔内形成真空，从而将物料从料缸经吸料口吸入定量吸料腔中，在密封良好的情况下，定量吸料腔中每次吸入的物料的体积应是一个定值；下料时，如图 2 所示，阀芯手柄在设备控制装置的作用下转动 90 度，下料通道打开，进料通道关闭，下料口与定量吸料腔相通，当活塞杆下行时，物料从定量吸料腔中经下料口流入放置在下料口下的瓶子中。当需清洗阀芯时，
4、只需将定位螺钉拆下，即可以将阀芯拉出。本灌装阀设计简单巧妙，定料准确，装拆方便，相对电子流量计式或称重式的定量灌装，成本大幅降低；同时应用范围广，对于黏稠度大、流动性差、大颗粒的酱料，甚至粉状颗粒的物料，都能适用。2.2 灌装阀活塞杆运行控制机构在一个回转周期里，灌装阀必须完成进料、下料的工序，也即活塞杆必须完成一个上升下降的往复运动。按照工艺要求，我们设计了一个导轨环，让活塞杆的手柄在导轨环中按导轨环的轨迹运动，从而实现活塞杆的上升下降。具体如下：导轨环由两层互相平行的倾斜环体组成（如图 3 所示） ，用固定支架安装在灌装机外周。导轨环一端固定，另一端可以升降。工作原理如下（见图 4）：灌装
5、阀随灌装机回转时，其上的活塞杆手柄滚轮在两层导轨之间、沿固定的环形导轨轨迹上下运动。当处在两层导轨中间的活塞杆滚轮上升至导轨最高点时，灌装阀吸料；当活塞杆滚轮下降至导轨最低点时，灌装阀下料灌装；由此控制、实现阀的吸料、下料。对于不同的灌装体积需要，可以通过调整导轨的高点来实现。如图 4 所示：导轨的最低点固定，导轨的最高点可以按照活塞3杆上升的行程需要调整，调整可以设计为电动的，也可以设计为手动的。当对导轨环的最高点进行调整时，由于活塞杆上的滚轮外形设计为球状，故即便导轨环倾斜角度变化了，活塞杆滚轮还是可以在其中按照调整后的导轨轨迹运动自如。本设计的重点在于：利用导轨环的升降高度可调整，以适应
6、不同的灌装体积。导轨环的升降高度可以用灌装体积的变化计算得知，升降控制直观、快捷、方便。利用活塞轴的手柄滚轮外表面设计成球形，来适应导轨环的倾斜角度。2.3 无瓶不灌装的实现灌装过程中，如果某个工位缺瓶，灌装阀必须具备无瓶不灌装功能，以杜绝物料的浪费和保证灌装环境的卫生。我们利用活塞阀阀芯旋转 90 度，下料通道才能打开的结构，用下面的阀芯转动控制装置来保证无瓶不灌装：如图 5、图 6 所示，此机构包括固定的上升上导轨、上升下导轨、下降导轨、与上升下导轨固连的气缸，与气缸铰连的摆动块，与摆动块固连的摆动导轨等。此阀芯转动控制装置圆周方向固定安装（不随灌装机做圆周运动）在灌装机外周合适的方位上。
7、如 2.2 所述，灌装阀随机器回转运动一周为一个灌装周期，灌装阀活塞杆的手柄在回转的过程中沿固定的轨道轨迹上升下降。当该灌装阀处于轨道的最低点处时，灌装阀的活塞杆被下压到底，进料通道连通进料口和物料腔之间；接着，灌装阀随物料缸转动，活塞杆手柄沿轨道从最低点往最高点运动，使得活塞杆慢慢上升，从而将物料缸内的物料吸入灌装阀的物料腔中；当灌装阀到达轨道的最高点时，该物料腔充满了物料；接着，分以下两种情况：第一种情况：机器进瓶通道上的感应器检测到有瓶子进入灌装机某个灌装阀正下方，当此瓶子回转运行至阀芯转动控制装置所处区域时，如4图 5 所示：气缸工作，气缸轴顶出，带动摆动块摆动，摆动导轨随摆动块向下摆
8、动而打开上升通道。接着，在摆动导轨的导引下，回转至此的灌装阀的阀芯手柄进入上升通道，从而带动阀芯向上翻转，当手柄到达上导轨的轨道顶方时，阀芯正好翻转 90 度，使得定量吸料腔和灌装阀下料口的灌装通道连通，吸料口与定量吸料腔的通道关闭。然后，手柄沿上水平导轨轨道水平前行，保持灌装通道连通；与此同时，灌装阀活塞杆按预定的轨道开始从最高点往最低点运动，从而使得物料腔内的物料慢慢灌入位于灌装阀下方的瓶子中；当灌装阀活塞杆运行至最低点时，定量吸料腔内的物料被完全压出并灌入瓶子中。接着，阀芯手柄进入下降轨道，带动阀芯向下转动直至 90 度，使得定量吸料腔和灌装阀下料口的灌装通道关闭，吸料口与定量吸料腔的进
9、料通道打开；此时完成了对一个瓶子的灌装。最后，手柄进入下水平轨道，保持进料通道开通，重复前述动作即可进入下一个循环对另一瓶子进行物料灌装。第二种情况：当感应器检测到某个灌装阀的正下方没有瓶子进入，当该灌装阀回转至阀芯转动控制装置所处区域时，如图 6 所示：气缸不动作，气缸轴不顶出，摆动块不摆动，摆动导轨维持原始的水平状态，使得上升通道关闭；阀芯手柄保持在下水平轨道水平前行，灌装阀进料通道得以保持开通，而下料通道则保持关闭。与此同时，灌装阀活塞杆按预定的轨道运行，当其开始从最高点往最低点运动时，由于进料通道一直保持开通，物料腔中的物料得以从定量吸料腔中压回至物料缸内，接着，便可进入下一个进料循环
10、中。本无瓶不灌装设计的重点在于：通过利用传感器控制驱动机构气缸的工作，使得摆杆可以根据灌装阀5下方是否有瓶子而打开或者关闭上升通道，从而使得进料通道连通或者下料通道连通，严格控制了物料的输出，杜绝了误灌装现象的出现，减少停机频率，有效提高灌装效率。本设计结构简单、操控方便，控制准确。回转式大颗粒酱料灌装设备为广州达意隆公司完全独立自主开发的新产品，主要针对于黄豆酱的包装，同时也适用于其他产品，包括辣椒酱、番茄酱等含颗粒或无颗粒、有一定粘稠度的酱类，同一机器可实现多种物料的灌装，应用广泛。此设备的开发成功，填补了公司在含大颗粒黏稠酱料灌装技术上的盲点，为公司拓展了新的领域，带来了更多的潜在新客户。首台带颗粒酱料灌装机在天津利民调料公司成功使用，运行良好，获得了客户的好评。以上的灌装机及灌装阀、灌装控制装置、阀芯转动控制装置等，均已申请了专利保护。 参考文献： 1陈港殿.基于 PLC 的无菌灌装系统设计研究D.华北电力大学（河北） ，2009.2袁志权.灌装机同步带动力特性分析及结构优化D.武汉理工大学，2010.3陈卫.自动化生产线中的饮料灌装技术D.北方工业大学， 2010.
