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直線型液體自動(dòng)灌裝機(jī)設(shè)計(jì)
XXXX 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書(shū)
題目 直線型液體自動(dòng)灌裝機(jī)設(shè)計(jì)
院(系) XXXX學(xué)院
專業(yè) 機(jī)電
姓名 孫華偉
指導(dǎo)老師 黃文兵
20XX年 4 月 26 日
摘 要
本文主要介紹了一種為液體飲料生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)的自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線。分析了定量常壓式灌裝設(shè)備的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，探討了產(chǎn)品的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)背景，對(duì)設(shè)備的基本原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及各個(gè)子系統(tǒng)，如供送系統(tǒng)、灌裝系統(tǒng)、控制控制系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)的主要功能都作了詳細(xì)介紹，論述了設(shè)備開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用的一些關(guān)鍵技術(shù)；采用單片機(jī)控制，系統(tǒng)控制方便準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠；執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性高、穩(wěn)定性好；傳感器的應(yīng)用更是提高了設(shè)備的可靠性；抗干擾設(shè)計(jì)和一體化的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了重量，節(jié)省了成本。
本文研究成果及主要工作包括:首先，通過(guò)對(duì)比和分析完成了對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)環(huán)節(jié)的選擇與設(shè)計(jì)的基本思想和開(kāi)發(fā)思路，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和軟件編程；其次，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了準(zhǔn)確度等級(jí)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和商品實(shí)例分析;最后，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)組成機(jī)構(gòu)進(jìn)行了整體一致性地分析和控制。設(shè)備具有精度高、速度快、穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，配以自動(dòng)式封蓋機(jī)能適用于自動(dòng)化生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于食品，醫(yī)藥，輕工，化工，紡織，電子，儀表等行業(yè)，提高了企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率和計(jì)量保證能力，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和良好的市場(chǎng)前景。
關(guān)鍵詞：灌裝；直線型；控制；單片機(jī)
目 錄
第1章 緒論
1.1包裝機(jī)械化的重要意義.........................................1
1.2包裝機(jī)械的主要特點(diǎn)及發(fā)展動(dòng)向.................................2
1.3包裝機(jī)械工業(yè)的概況及展望.....................................3
1.4包裝機(jī)械的組成...............................................4
第2章 灌裝機(jī)械
2.1概述.........................................................6
2.1.1國(guó)內(nèi)外飲料灌裝機(jī)械的發(fā)展概況............................6
2.1.2我國(guó)飲料灌裝機(jī)械制造業(yè)概況..............................7
2.1.3液體灌裝機(jī)械的分類......................................7
2.1.4國(guó)內(nèi)外液體灌裝機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)............................9
2.2總體方案設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容.......................................9
2.2.1確定功能與應(yīng)用范圍......................................9
2.2.2工藝分析...............................................10
2.2.3總體布局...............................................10
2.2.4擬訂主要的工作參數(shù).....................................11
2.3方案的提出..................................................11
第3章 總體方案的設(shè)計(jì)分析和方案的比較與選擇
3.1設(shè)計(jì)分析....................................................12
3.1.1功能與應(yīng)用范圍.........................................12
3.1.2工藝分析...............................................12
3.1.3對(duì)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)要求...................................13
3.1.4機(jī)構(gòu)選型...............................................13
3.2灌裝機(jī)的總體結(jié)構(gòu)............................................15
第4章 液料供送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和選用
4.1輸送管路的設(shè)計(jì)..............................................16
4.2輸送液泵的確定..............................................17
4.3閥端孔口流量的計(jì)算..........................................20
4.4灌裝時(shí)間的計(jì)算: .............................................22
4.5供液系統(tǒng)原理圖..............................................23
4.6供液系統(tǒng)所選元件的參數(shù)與一些重要參數(shù)........................24
第5章 供瓶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和選用
5.1輸送線方案的選用............................................25
5.2電機(jī)到減速器的傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算................................25
5.2.1軸轉(zhuǎn)速功率扭矩的計(jì)算....................................25
5.2.2直齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)....................................27
5.2.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)............................................33
5.3鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算..............................................35
5.4輸送線部分的計(jì)算............................................40
5.5軸系部件的設(shè)計(jì)計(jì)算..........................................41
5.5.1軸的設(shè)計(jì)計(jì)算............................................42
5.5.2軸承的選用和計(jì)算........................................48
5.5.3鍵的校核計(jì)算............................................49
第6章 灌裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選用
6.1灌裝機(jī)儲(chǔ)液箱的尺寸確定......................................51
6.1.1儲(chǔ)液箱容量的計(jì)算........................................51
6.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................51
6.2儲(chǔ)液箱上的一些輔件的說(shuō)明....................................51
6.3罐裝方法與定量方法的選用....................................52
6.3.1灌裝方法...............................................52
6.3.2定量方法...............................................53
第7章 執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和選用
7.1動(dòng)作分析與執(zhí)行件的選用......................................55
7.1.1動(dòng)作分析................................................55
7.1.2執(zhí)行件的選用............................................55
7.2設(shè)計(jì)分析與方案設(shè)計(jì)..........................................55
7.3機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算......................................56
7.4液壓系統(tǒng)回路方案設(shè)計(jì)........................................60
7.5選擇液壓元件................................................61
7.6液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算............................................62
第8章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選用
8.1水箱液位控制................................................64
8.2執(zhí)行系統(tǒng)的控制..............................................67
參考文獻(xiàn).......................................................69
翻譯
中文譯文.......................................................77
致謝............................................................81
第1章 緒論
1．1包裝機(jī)械化的重要意義
近半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，隨著生產(chǎn)與流通日益社會(huì)化，現(xiàn)代化，產(chǎn)品包裝正以嶄新的面貌崛起，受到人們的普遍重視。
現(xiàn)在包裝的基本定義是：對(duì)不同批量的產(chǎn)品，選擇某種有保護(hù)性，裝飾性的材料或包裝容器，并借助適當(dāng)?shù)陌b方法實(shí)現(xiàn)包裝作業(yè)，以達(dá)到規(guī)定的數(shù)量和質(zhì)量，同時(shí)設(shè)法改善外部結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本，從而在流通到消費(fèi)的過(guò)程中使之容易儲(chǔ)存搬運(yùn)，防止產(chǎn)品破損變質(zhì)，便于識(shí)別回收和利用，有吸影力，廣開(kāi)銷路，不斷促進(jìn)擴(kuò)大再生產(chǎn)。
無(wú)論在國(guó)外或國(guó)內(nèi)，包裝工程已經(jīng)涉及到各行各業(yè)，面廣量大，對(duì)人民生活，國(guó)際貿(mào)易和國(guó)防建設(shè)到帶來(lái)了深刻的影響，甚至在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)了過(guò)去難以想象的新情況：未經(jīng)包裝出售的商品越來(lái)越少，而且包裝上的失敗往往會(huì)使好的產(chǎn)品得不到好的銷售。因而不妨這樣說(shuō)，在將來(lái)，沒(méi)有現(xiàn)代化的包裝就沒(méi)有商品的生產(chǎn)和銷售。可是如果沒(méi)有先進(jìn)的工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的綜合發(fā)展，也不可能出現(xiàn)現(xiàn)代化的包裝工程。
迄今，一些科技發(fā)達(dá)的國(guó)家，在食品，醫(yī)藥，輕工，化工，紡織，電子，儀表和兵器等工業(yè)部門(mén)，已經(jīng)程度不同地形成了由原料處理，中間加工和產(chǎn)品包裝三大基本環(huán)節(jié)構(gòu)成的包裝連續(xù)化和自動(dòng)化的生產(chǎn)加工過(guò)程，有的還將包裝材料加工，包裝容器成型和包裝成品儲(chǔ)存系統(tǒng)都聯(lián)系起來(lái)組成高效率的流水作業(yè)線。再者，為使包裝產(chǎn)品更好地進(jìn)入流通領(lǐng)域，大都配有專門(mén)的自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)，并采用托盤(pán)集裝箱運(yùn)輸。
大量事實(shí)表明，實(shí)現(xiàn)包裝的機(jī)械化和自動(dòng)化，尤其是實(shí)現(xiàn)具有高靈敏度和高靈活性的自動(dòng)化包裝線，不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代化生產(chǎn)的方向，同時(shí)也可以獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。
一 能增加各種品種，改善產(chǎn)品質(zhì)量，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
現(xiàn)代包裝機(jī)械所能完成的工作已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)了簡(jiǎn)單地模仿人的動(dòng)作，甚至可以說(shuō)在很多場(chǎng)合用巧妙的機(jī)械方法包裝出來(lái)的產(chǎn)品，不論在式樣，質(zhì)地或精度等方面，大多是手工無(wú)法勝任的。
二 能改善勞動(dòng)條件，避免污染危害環(huán)境。
對(duì)一些特殊的包裝物品，實(shí)現(xiàn)包裝的機(jī)械自動(dòng)化，便可以大大改善操作條件，避免污染危害環(huán)境。至于對(duì)需要進(jìn)行長(zhǎng)期，頻繁，重復(fù)的以及其他笨重的包裝工作，如果能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，則可以大大減輕體力勞動(dòng)，增加工人健康和提高生產(chǎn)效率。
三 能節(jié)約原材料，減少浪費(fèi)，降低成本。
有一些粉末，液體在手工包裝過(guò)程中容易發(fā)生起泡，飛濺，外泄等現(xiàn)象，如果改為機(jī)械包裝則會(huì)大大減少損失。
四 能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新。
機(jī)械包裝反對(duì)生產(chǎn)能力往往比手工包裝提高幾十倍，甚至是幾百倍，這樣將會(huì)更好地適應(yīng)市場(chǎng)的實(shí)際需要，合理地安排勞動(dòng)力，為社會(huì)創(chuàng)造更多的財(cái)富。
由此可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械化和建立現(xiàn)代化包裝工業(yè)，是關(guān)系到國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃的一件大事，也是搞好社會(huì)主義現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
1.2包裝機(jī)械的主要特點(diǎn)及發(fā)展動(dòng)向
包裝機(jī)械的作用是給有關(guān)行業(yè)提供必要的技術(shù)裝備，以完成所需要的產(chǎn)品包裝工藝過(guò)程。為了對(duì)包裝機(jī)的發(fā)生和發(fā)展找出規(guī)律性認(rèn)識(shí)并制定出適當(dāng)?shù)膶?duì)策，有必要深入地了解它的一些特點(diǎn)：
一 包裝機(jī)械是特殊的專業(yè)機(jī)械。
包裝機(jī)械是特殊的專業(yè)機(jī)械，種類很多。包裝物品不僅花色品種多，而且多數(shù)是可以變化的。而且人們對(duì)包裝還提出更高的要求，從而使得包裝機(jī)械不斷地提高和改進(jìn)。
包裝不單作為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)部門(mén)已經(jīng)取得的驚人的發(fā)展，同時(shí)也逐漸地成為一門(mén)嶄新的綜合科學(xué)。
二 在發(fā)展專用機(jī)械的同時(shí)，積極開(kāi)發(fā)通用包裝機(jī)械。
包裝機(jī)械在發(fā)展專用機(jī)械的同時(shí)，為滿足現(xiàn)代包裝的實(shí)際需要正在不斷擴(kuò)大其通用能力，積極開(kāi)發(fā)新型的通用包裝機(jī)。
研制通用包裝機(jī)的目的，一是適應(yīng)被包裝物品，材料和包裝形式的多樣化，二是要照顧制造使用單位的技術(shù)力量，設(shè)備配置和生產(chǎn)成本。所以人們?cè)絹?lái)越重視包裝機(jī)的通用性。
三 包裝機(jī)械日趨聯(lián)動(dòng)化，高速化，自動(dòng)化
包裝機(jī)械日趨聯(lián)動(dòng)化，高速化，自動(dòng)化，并相應(yīng)提高自動(dòng)化水平，使設(shè)備功能逐步完善。
實(shí)踐表明，搞好包裝機(jī)械自動(dòng)化不單脫離不開(kāi)機(jī)電液氣等常規(guī)技術(shù)手段的相互配合，同時(shí)還必須了解和掌握有關(guān)尖端技術(shù)，盡量吸收和改進(jìn)包裝機(jī)械確有的價(jià)值，使之保持一定的生命力。
1.3包裝機(jī)械工業(yè)的概況及展望
在世界范圍內(nèi)，包裝工業(yè)的發(fā)展比較短?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的歐美各國(guó)大體上是從本世紀(jì)開(kāi)始初葉起步的，及至50年代才有大的發(fā)展。由于社會(huì)上的各方面的積極推動(dòng)和有利配合，終于逐步建立起包裝材料，包裝印刷，包裝機(jī)械等生產(chǎn)部門(mén)和與之相適應(yīng)的科研，設(shè)計(jì)，教育，學(xué)術(shù)，管理等機(jī)構(gòu)，進(jìn)而形成了獨(dú)立完整的包裝工業(yè)體系，而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。
據(jù)有關(guān)專家預(yù)計(jì)，2005年我國(guó)包裝機(jī)械產(chǎn)量將增加到67萬(wàn)臺(tái)(套)，到2010年將增至93萬(wàn)臺(tái)。
快速發(fā)展的食品加工業(yè)，需要大量高品質(zhì)的包裝機(jī)械和食品加工機(jī)械，也給包裝機(jī)械制造行業(yè)帶來(lái)了商機(jī)。目前我國(guó)食品加工能力還遠(yuǎn)不能滿足需要，因此在提高農(nóng)副產(chǎn)品深加工能力的同時(shí)，食品機(jī)械和包裝設(shè)備的需求就必然加大。
據(jù)有關(guān)方面預(yù)計(jì)，到2005年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)食品機(jī)械和包裝設(shè)備的總需求應(yīng)為650億元左右，即每年保持12％以上的增長(zhǎng)率才能滿足市場(chǎng)需求。同時(shí)，這兩個(gè)行業(yè)將淘汰部分低產(chǎn)量高能耗的生產(chǎn)設(shè)備，爭(zhēng)取使新型高效設(shè)備所占比例達(dá)到60％。由于中國(guó)國(guó)產(chǎn)機(jī)械的技術(shù)和質(zhì)量還無(wú)法滿足要求，對(duì)國(guó)外此類設(shè)備的進(jìn)口需求將增加。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)持續(xù)高速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們對(duì)醫(yī)療健康的需求越來(lái)越高，因此帶動(dòng)了醫(yī)藥行業(yè)的快速發(fā)展，并由此推動(dòng)了對(duì)制藥機(jī)械需求的增長(zhǎng)，促進(jìn)了制藥裝備工業(yè)的繁榮。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年前3個(gè)季度，我國(guó)制藥機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)品銷售收入達(dá)到了l4．15億元，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)達(dá)到25．73％。
今后要運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，進(jìn)一步統(tǒng)籌規(guī)劃，分工發(fā)展食品，農(nóng)副產(chǎn)品，醫(yī)藥，輕工，兵器等部門(mén)急需的包裝機(jī)械以及相關(guān)的包裝配套設(shè)備，還須抓好包裝材料加工和成型機(jī)械，包裝檢測(cè)裝置以及包裝基礎(chǔ)件的生產(chǎn)，并且充分利用現(xiàn)有條件全面開(kāi)展產(chǎn)品的系列化，零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化等工作，以加快包裝機(jī)械更新?lián)Q代的步伐。
1.4包裝機(jī)械的組成
包裝機(jī)械由動(dòng)力機(jī)，傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分等構(gòu)成。為便于掌握和研究包裝機(jī)械的工作原理與結(jié)構(gòu)性能，通常又將包裝機(jī)械分成以下9個(gè)組成要素。
一 被包裝物品的計(jì)量與供送系統(tǒng)
被包裝物品的計(jì)量與供送系統(tǒng)是指將被包裝物品進(jìn)行計(jì)量，整理，排列，運(yùn)輸?shù)筋A(yù)定的工位的裝置系統(tǒng)。有的還完成被包裝物品的成型和分割。
二 被包裝材料的整理與供送系統(tǒng)
包裝材料的整理與供送系統(tǒng)是指將包裝材料進(jìn)行定長(zhǎng)切斷或整理排列，并逐個(gè)輸送到預(yù)定的工位的裝置系統(tǒng)。有的在供送過(guò)程中還完成制袋或包裝容器的豎立，定型，定位。
三 主傳動(dòng)系統(tǒng)
住傳動(dòng)系統(tǒng)是指將包裝物品和包裝材料由一個(gè)包裝共位傳送到下一個(gè)工位的裝置系統(tǒng)。單工位包裝機(jī)則沒(méi)有主傳動(dòng)系統(tǒng)。
四 包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)
包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指直接進(jìn)行裹包，填充，封口，貼標(biāo)，捆扎和容器成型等包裝操作的機(jī)構(gòu)。
五 成品輸出機(jī)構(gòu)
成品輸出機(jī)構(gòu)是指將包裝品從包裝機(jī)上卸下，定向排列并輸出的機(jī)構(gòu)。有的機(jī)械的成品輸出由主傳動(dòng)系統(tǒng)完成或靠重力卸下。
六 動(dòng)力機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)
動(dòng)力機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)是指將動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制元件，使之實(shí)現(xiàn)的預(yù)定動(dòng)作的裝置系統(tǒng)。
七 控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)由各種自動(dòng)和手動(dòng)控制裝置等組成，是現(xiàn)在包裝機(jī)的重要組成部分，包括包裝過(guò)程及其參數(shù)的控制，包裝質(zhì)量，故障與安全的控制等。
八 機(jī)身
機(jī)身用于支撐和固定有關(guān)零部件，保持其工作時(shí)要求的相對(duì)位置，并起一定的保護(hù)，美化外觀等作用。
九 包裝機(jī)械的輔助件和設(shè)備
輔助機(jī)械包括包裝材料，包裝件和相關(guān)機(jī)械和設(shè)備。
第2章 灌裝機(jī)械
2.1概述
液體灌裝是包裝的重要組成部分,主要包括在食品領(lǐng)域中對(duì)啤酒、飲料、白酒葡萄酒、植物油和調(diào)味品的包裝，還包括洗滌類日化、礦物油和農(nóng)藥等化工類液體產(chǎn)品的包裝。液體灌裝機(jī)械大部分用于食品行業(yè)，尤其是飲料制造業(yè)。
將液體灌裝到包裝容器內(nèi)的裝置稱為灌裝機(jī)械或灌裝設(shè)備。
液體依據(jù)自身黏度的不同，有的借助于自重即能灌入包裝容器，對(duì)于低黏度的液體，根據(jù)是否含有二氧化碳?xì)怏w分為含氣和不含氣體兩類。
液體包裝容器主要有玻璃，金屬罐，以及用塑料或任性復(fù)合材料制成的各種杯，管，瓶，袋等。在我國(guó)目前廣泛采用玻璃瓶和塑料瓶。其主要缺點(diǎn)是較重，成本低，化學(xué)穩(wěn)定性好，可以長(zhǎng)時(shí)間保存，無(wú)毒，可清洗，可以回收?，F(xiàn)在正在進(jìn)行研制新型包裝材料。
采用機(jī)械化的灌裝方法不僅可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，減少產(chǎn)品損失，保證包裝質(zhì)量，而且可以減少生產(chǎn)環(huán)境與被灌裝液體的相互污染。
2.1.1國(guó)內(nèi)外飲料灌裝機(jī)械的發(fā)展概況
飲料灌裝機(jī)械是伴隨飲料工業(yè)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，并追隨飲料工業(yè)的發(fā)展而進(jìn)步的。1890年，美國(guó)研制出玻璃灌裝機(jī)械，1902年市場(chǎng)上出現(xiàn)灌裝番茄醬的壓力灌裝機(jī)械，1912年發(fā)明了封口機(jī)械，不久灌裝機(jī)械和封口機(jī)械合為一體。在20世紀(jì)末，德國(guó)制造出手動(dòng)灌裝機(jī)。
含氣體飲料的灌裝工藝難度較大，灌裝設(shè)備的發(fā)展大約經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段是1952年---1957年之間，完成了含氣體飲料的灌裝機(jī)械由差壓灌裝向等壓灌裝發(fā)展，采用的是機(jī)械閥。第二階段是1957年---1759年，這期間先是德國(guó)H￡K公司，之后是法國(guó)和前蘇聯(lián)，發(fā)明研制了等壓彈簧閥，彈簧在等壓狀態(tài)下，借助彈簧力將沖液閥打開(kāi)，破瓶后沖液閥可以自動(dòng)關(guān)閉，這樣不僅使灌裝機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單了，而且延長(zhǎng)了灌裝閥的有效工作時(shí)間，為灌裝機(jī)械的高速化創(chuàng)造了條件。等壓彈簧閥的出現(xiàn)是灌裝發(fā)展史上的一個(gè)重要階段，至今等壓灌裝機(jī)還廣泛使用，只是功能更完善，結(jié)構(gòu)更合理。第三階段是一德國(guó)SEN公司發(fā)明的電動(dòng)閥為標(biāo)志，電動(dòng)閥中氣閥和水閥的開(kāi)啟和關(guān)閉由可控編程器控制，對(duì)灌裝時(shí)間，灌裝速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制和可靠的界定。
2.1.2我國(guó)飲料灌裝機(jī)械制造業(yè)概況
我國(guó)飲料灌裝機(jī)械制造業(yè)起步晚，20世界60年代前基本是空白，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的啤酒廠和汽水廠都是使用美國(guó)和日本20世紀(jì)30---40年代的設(shè)備，工藝落后，機(jī)械陳舊，嚴(yán)重影響了我國(guó)啤酒和汽水飲料工業(yè)的發(fā)展，1967年我國(guó)才開(kāi)始研制和生產(chǎn)灌裝機(jī)械。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，我國(guó)先后引進(jìn)了一些國(guó)外灌轉(zhuǎn)生產(chǎn)線，在裝備一些設(shè)備的同時(shí)，也促進(jìn)了我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。機(jī)械，輕工，軍工等領(lǐng)域的一些企業(yè)開(kāi)始在仿制和消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，又開(kāi)發(fā)和研制出了各種中小型的灌裝機(jī)械，提供給國(guó)內(nèi)的一些飲料生產(chǎn)廠，促進(jìn)了我國(guó)飲料業(yè)的發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，我國(guó)采用技術(shù)貿(mào)易結(jié)合的方式，引進(jìn)德國(guó)SEN公司的20000瓶/小時(shí)的啤酒灌裝生產(chǎn)線和日本三菱公司18000瓶/小時(shí)的含氣飲料灌裝生產(chǎn)線的制造技術(shù)，到1991年又引進(jìn)了德國(guó)KHS公司30000瓶/小時(shí)的啤酒灌裝生產(chǎn)線及生產(chǎn)技術(shù)。這樣我國(guó)不僅能夠生產(chǎn)中小型的灌裝機(jī)，而且能夠生產(chǎn)大型灌裝機(jī)，技術(shù)水平上了一個(gè)新的臺(tái)階，將我國(guó)的液體灌裝設(shè)備制造業(yè)的整體水平提高到了一個(gè)新的水平。
2.1.3液體灌裝機(jī)械的分類
日常生活中，需要商品包裝的液體涉及到很多領(lǐng)域，范圍廣泛。包裝容器各式各樣，包裝容量從幾十毫升到上百升。下面就食品行業(yè)（包括部分化工行業(yè)）常見(jiàn)的，灌裝容量在150—2000的各式灌裝設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的分類：
在我國(guó)，玻璃瓶包裝飲料總產(chǎn)量的24.3%（1997），達(dá)260萬(wàn)噸；在啤酒行業(yè)，主流的包裝容器也是玻璃瓶。玻璃瓶雖有運(yùn)輸成本高，易破碎等缺點(diǎn)，但其氣密性好，理化指標(biāo)穩(wěn)定，沒(méi)有影響飲料品質(zhì)的不良?xì)馕叮壳耙朗且后w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(lái)易拉罐的包裝成本大幅度下降，灌裝飲料的產(chǎn)量逐漸上升。
除上述的幾類灌裝機(jī)械外，制造商還可以根據(jù)客戶的要求設(shè)計(jì)出各色各樣的灌裝機(jī)。多數(shù)情況下，一種液體的包裝，可以有幾種灌裝機(jī)械供選用。
2.1.4國(guó)內(nèi)外液體灌裝機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)
一 灌裝機(jī)械制造水平的發(fā)展體現(xiàn)在灌裝閥核心的發(fā)展上：從機(jī)械閥到等壓閥，再到電子閥。這些都體現(xiàn)了技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。
二 灌裝機(jī)械向大型化發(fā)展。為適合食品飲料工業(yè)的大生產(chǎn)，以獲取規(guī)模經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)，灌裝機(jī)械向高速化，高生產(chǎn)能力化發(fā)展。
三 灌裝機(jī)械結(jié)構(gòu)趨向于簡(jiǎn)單合理。灌裝機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來(lái)越簡(jiǎn)單，零部件在減少，設(shè)備可靠性在提高，成本降低，操作簡(jiǎn)單，維修方便。
四 灌裝機(jī)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(yīng)封口形式的變化，產(chǎn)品的適應(yīng)性提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力加強(qiáng)。
五 灌裝機(jī)械的光機(jī)電的一體化。先進(jìn)的控制系統(tǒng)用于灌裝機(jī)械中，人機(jī)界面，故障自我診斷，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行的智能化。
六 灌裝機(jī)械技術(shù)的精確，高效，自動(dòng)化。精確的灌裝量，灌裝過(guò)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(shí)際應(yīng)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(shì)。目前國(guó)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(jì)的電子閥，配置定量筒的電子閥。我國(guó)的一些灌裝設(shè)備廠也在研制設(shè)計(jì)一些符合我國(guó)國(guó)情的電子灌裝閥，但是電子灌裝閥在我國(guó)的推廣使用受到了國(guó)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。
2.2總體方案設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容
2.2.1確定功能與應(yīng)用范圍
早期的灌裝機(jī)械功能單一的居多數(shù)，這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并且比較容易成功。若將多臺(tái)機(jī)械和多道工序合成由一臺(tái)包裝來(lái)完成，可以取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
確定灌裝機(jī)的功能與應(yīng)用范圍，需要注意兩個(gè)問(wèn)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(yīng)增大。因此，只有在單功能灌裝的操作都相當(dāng)穩(wěn)定可靠的情況下，才能考慮將它們組成多功能的多功能灌裝機(jī)。
（2）適應(yīng)性。任何灌裝機(jī)的應(yīng)用范圍都是有限的，機(jī)器的功能越多，結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。因此，常將多功能灌裝機(jī)設(shè)計(jì)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。
2.2.2二工藝分析
工藝分析是研究，分析和確定所設(shè)計(jì)的包裝機(jī)械完成預(yù)計(jì)包裝工序的工藝方法。
需要考慮的幾個(gè)問(wèn)題：
1包裝方法
（1）把保證灌裝質(zhì)量放在首要位置。不論選用何種灌裝方法，都要保證灌裝質(zhì)量。
（2）當(dāng)有多種方法可以選擇時(shí)，應(yīng)選用容易實(shí)現(xiàn)的方案。
2機(jī)器類型
（1）根據(jù)灌裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的多少選擇機(jī)械類型。
（2）根據(jù)生產(chǎn)率的高低選擇機(jī)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?cè)诎b過(guò)程中的傳送路線，包裝成品的輸出線。
4運(yùn)動(dòng)要求和機(jī)構(gòu)選型
根據(jù)已定的功能，應(yīng)用條件和范圍，工藝方法，分析和確定對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求，進(jìn)而完成機(jī)構(gòu)的選型及其綜合。
2.2.3總體布局
總體布局是指灌裝機(jī)的有關(guān)組件，部件在整機(jī)中相對(duì)空間位置的合理配置。
（1）布置執(zhí)行機(jī)構(gòu)
（2）布置傳動(dòng)系統(tǒng)
（3）布置操作條件
（4）選擇支承形式
（5）繪制總體布局圖
2.2.4擬訂主要的工作參數(shù)
灌裝機(jī)械的主要技術(shù)參數(shù)：
（1）機(jī)構(gòu)參數(shù)
（2）運(yùn)動(dòng)參數(shù)
（3）動(dòng)力參數(shù)
（4）工藝參數(shù)
2.3方案的提出
本設(shè)計(jì)由灌裝水廠提出.設(shè)計(jì)要求:對(duì)現(xiàn)有的直線型液體灌裝機(jī)做一些技術(shù)上的改進(jìn),使直線型灌裝生產(chǎn)線性能有大的提高.
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。灌裝瓶是規(guī)格為：灌裝體積為600ml,直徑60mm。
包裝材料：塑料瓶
灌裝能力：10，0000瓶/天
灌裝時(shí)間:＜12s/次
設(shè)計(jì)要求：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，工作穩(wěn)定性較好，方便控制
灌裝機(jī)械的主要技術(shù)指標(biāo)
（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20mm---200mm,截面直徑〈70mm
（4）系統(tǒng)壓力：0.5---3MPa.
第3章 總體方案的設(shè)計(jì)分析和方案的比較與選擇
3.1設(shè)計(jì)分析
3.1.1功能與應(yīng)用范圍
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：10，0000瓶/天。
設(shè)計(jì)要求：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，工作穩(wěn)定性較好，方便控制。
灌裝機(jī)械的主要技術(shù)指標(biāo)：
（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20mm---200mm,截面直徑〈70mm
（4）系統(tǒng)壓力：0.5---3MPa.
3.1.2工藝分析
1確定機(jī)器類型
（1）工位
所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線批量不是較大，而且整條生產(chǎn)線的灌裝動(dòng)作也不是較多，所以用單工位的灌裝機(jī)。因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可以控制成本。
（2）運(yùn)動(dòng)形式
液體包裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)有間歇式和連續(xù)式兩種運(yùn)動(dòng)類型。連續(xù)性的生產(chǎn)量較大，但其結(jié)構(gòu)復(fù)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(jiǎn)單，成本低。所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用間歇式。
2確定包裝程序，工藝路線和工位數(shù)
（1）包裝程序
灌裝瓶運(yùn)動(dòng)到位后，由推動(dòng)液壓缸將其頂起，進(jìn)行灌裝，灌裝完成后再將其推到下一個(gè)生產(chǎn)工位。
（2）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)⑸a(chǎn)線布置成直線，也可以將其分布成立體型等等。設(shè)計(jì)要求中指出要降低生產(chǎn)成本，要求控制方便，所以選用直線型的工藝路線。
（3）工位數(shù)
因?yàn)樯a(chǎn)批量不是很大，所以選用單工位。這樣就可以省去主傳動(dòng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。
3.1.3對(duì)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)要求
（1）輸送系統(tǒng)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，工作噪聲較小，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將灌裝瓶輸送到指定的灌裝平臺(tái)上。
（2）頂起部件的運(yùn)動(dòng)要求可以將灌裝平臺(tái)和其上部的灌裝瓶頂起，并起支撐的作用。輸送部件運(yùn)動(dòng)要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將物體推到規(guī)定的位置。
（3）液體灌裝要求灌裝動(dòng)作要穩(wěn)定，而且對(duì)灌裝精度有較高的要求。
（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(jī)構(gòu)將其輸出。
3.1.4機(jī)構(gòu)選型
一 供送液體系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)
因?yàn)楣嘌b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(shí)，灌裝速度是變量，而且對(duì)灌裝的精度有較大的影響，同時(shí)對(duì)灌裝的穩(wěn)定性也不利。所以選用一套液壓供送裝置進(jìn)行供送。
二 供送灌裝瓶系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)
參考現(xiàn)有的的輸送機(jī)械，選用板式輸送機(jī)。
三 執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的選型
根據(jù)工藝分析和設(shè)計(jì)要求，可以選用液壓缸、氣壓缸做執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也可以選用機(jī)械傳動(dòng)。
液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：
1）布置不受嚴(yán)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(fù)雜的系統(tǒng)。
2）可以在運(yùn)用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。
3）運(yùn)動(dòng)均勻平穩(wěn)。
4）操作控制方便，省力，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
5）液壓元件是工業(yè)基礎(chǔ)件，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和通用化。
6）單位質(zhì)量輸出功率大，動(dòng)態(tài)性能好。
氣壓執(zhí)行也具有上面的優(yōu)點(diǎn)，但氣壓傳動(dòng)有沖擊，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。
所以選用液壓傳動(dòng)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
四 傳動(dòng)系統(tǒng)
各種傳動(dòng)形式的特點(diǎn)比較:
1帶傳動(dòng)：帶傳動(dòng)的功率不大（可以用于中小功率），結(jié)構(gòu)尺寸比其它傳動(dòng)形式大，但傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖 吸收沖擊震動(dòng)，常用于高速傳動(dòng)中。中心距變化范圍大，可以用于較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)，噪音小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，安裝要求不高。
2鏈傳動(dòng)：鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的，而且有沖擊震動(dòng)，所以不適合于高速傳動(dòng)及傳動(dòng)比要求準(zhǔn)確的場(chǎng)合，一般多用于底速傳動(dòng)及傳動(dòng)要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合。中心距變化范圍大，可以用于較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)，在高溫，油，酸等惡劣條件下工作，軸承和軸的作用力小。
3齒輪齒輪傳動(dòng)：齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)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(jì)加工容易，但速度高時(shí)有噪音。
斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)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(duì)軸承不產(chǎn)生軸向力。
錐齒輪加工困難，開(kāi)式齒輪傳動(dòng)磨損大。
4蝸桿傳動(dòng)：蝸桿傳動(dòng)速度比大，傳遞運(yùn)動(dòng)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(dòng)比大，傳動(dòng)比不變，無(wú)噪聲，可以做成自瑣機(jī)構(gòu)。
5摩擦輪傳動(dòng)：傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，有過(guò)載保護(hù)作用，可以在運(yùn)行中平穩(wěn)地調(diào)整傳動(dòng)比，廣泛地應(yīng)用于無(wú)級(jí)調(diào)速。
6高副傳動(dòng)：可以實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的要求的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
7螺旋傳動(dòng)：能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，并能夠以較小的轉(zhuǎn)距得到較大的軸向力，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲，無(wú)噪聲比大，可以用于微調(diào)，可以做成自瑣機(jī)構(gòu)。
8平面連桿機(jī)構(gòu)，空間連桿機(jī)構(gòu)：可以由連續(xù)勻速運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成軌跡較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)，有一定位置度或相對(duì)位置的運(yùn)動(dòng)，低副運(yùn)動(dòng)，有利于潤(rùn)滑，可傳遞較大動(dòng)力。
所以，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求選用鏈傳動(dòng)。
五 自動(dòng)控制系統(tǒng)
為實(shí)現(xiàn)灌裝生產(chǎn)的有序化和嚴(yán)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(dòng)控制裝置，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的有序化和自動(dòng)化，所以選用單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制。
六 機(jī)身
為適應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并考慮生產(chǎn)的批量，底座與箱機(jī)架都采用了槽鋼。
3.2灌裝機(jī)的總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)包裝容器的傳送形式，灌裝機(jī)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(dòng)，在停歇時(shí)完成灌裝。后者，包裝容器繞圓周作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行灌裝。
直線型灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但工作穩(wěn)定性不如旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)。
第4章 液料供送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和選用
4.1輸送管路的設(shè)計(jì)
輸液管尺寸的確定
從儲(chǔ)液槽到灌裝機(jī)儲(chǔ)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:
故得:
可見(jiàn),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(jī)最大的生成能力（pcs/h）
逐寫(xiě)出:
所以：
在流量保持定值的條件下,雖然提高流速會(huì)使管徑和設(shè)備投資費(fèi)用都相應(yīng)減少,但往往要增加輸送液料所需的動(dòng)力和操作費(fèi)用.因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況參考表10-1適當(dāng)選取流速,根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,取u=3m/s
所以：
(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(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選用,選:t=5mm.
4.2輸送液泵的確定:
要在單位時(shí)間內(nèi)給灌裝機(jī)儲(chǔ)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(dòng)力源.因?yàn)楦呶徊鄄环奖憧刂埔后w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(shí)會(huì)影響供液的壓力,所以用輸送泵作動(dòng)力源給灌裝機(jī)儲(chǔ)液箱供液.
為合理確定輸液泵的功率,應(yīng)運(yùn)用能量守恒定律,亦即流體力學(xué)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)
其中：
由于,可知液體在管內(nèi)是紊流的,動(dòng)能修正系數(shù)可取=1.另外,若取管子絕對(duì)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:
又查表得標(biāo)準(zhǔn)彎頭阻力系數(shù)=0.75,球心閥全開(kāi)時(shí)阻力系數(shù)=6.4,進(jìn)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:
設(shè)灌裝機(jī)儲(chǔ)液箱的自由液面,而儲(chǔ)液槽液面為2----2,取=0,=3,管路上多了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭,故損失壓頭:
代入有關(guān)數(shù)值,可得泵的壓頭
則輸液泵所需的軸功率：
4.3閥端孔口流量的計(jì)算
液料經(jīng)灌裝閥孔口的體積流量用通式表示為
式中-------孔口的流通面積（）
-------孔口的流速（m/s）
液料流速可由灌裝閥端孔口截面0---0與儲(chǔ)液槽液面2----2之間所建立的柏努力方程式得求:
設(shè)儲(chǔ)液箱液面的表面積為,其速度折算系數(shù)為,按流體連續(xù)性原理得相應(yīng)的流速
同樣，設(shè)某段的截面面積為，其速度折算系數(shù)為=，按流體力學(xué)的連續(xù)性原理得相應(yīng)的流速：
顯然：
將以上的，帶入，經(jīng)整理得：
解出
為簡(jiǎn)化分析計(jì)算：
令，
并取灌裝閥的孔口截面壓頭和流速系數(shù)
代入可得:
由此可見(jiàn)，液料體積流量V主要取決于三個(gè)參數(shù)：通道流速系數(shù)C,孔口流通面積，孔口截面壓頭H。
1）通道流速系數(shù)C
液料經(jīng)灌裝閥通道所受到的阻力越小，C值就越大，但它小于1。
通常，C值用實(shí)驗(yàn)的方法確定，也可以通過(guò)計(jì)算的方法算出。若已知灌裝閥的結(jié)構(gòu)及操作條件，通過(guò)查表可以確定出各段的阻力系數(shù)和。不過(guò)閥中各部位的阻力系數(shù)不僅難以求出，而且相互之間又有影響，結(jié)果使得流速系數(shù)降低，要行修正。一般建議取修正系數(shù)=0.77----0.87之間。這樣修正后的流速系數(shù)
對(duì)灌裝低粘度的液體，一般取c=0.5。
查參考表，集合設(shè)計(jì)要求，取c=0.5。
2）孔口流通面積
在瓶口尺寸允許的條件下應(yīng)盡可能地取較大的，并且盡量增加該截面的浸潤(rùn)周邊長(zhǎng)度，以將少雷諾系數(shù)，從而使得液體流動(dòng)更加穩(wěn)定。
3）孔口截面壓頭H
它包括兩項(xiàng)：
一是，孔口截面的靜壓頭，它除受自由出流或淹沒(méi)出流的影響外，更重要的是取決于儲(chǔ)液箱和灌裝瓶?jī)?nèi)的氣壓差。另一個(gè)是孔口截面位壓差，它除受定量方法的影響外，更重要的是取決于儲(chǔ)液箱內(nèi)自由液面對(duì)灌裝閥端面孔口截面的高度。
綜合上面的計(jì)算，得出：
參考表10---2，取用V=3m/s。
4.4灌裝時(shí)間的計(jì)算:
根據(jù)定量方法的和灌裝閥管口伸至瓶?jī)?nèi)位置的不同對(duì)灌裝時(shí)間影響也不同。
如圖所示，若管口伸至瓶頸部分，隨定量杯內(nèi)的液位逐漸降低，液體流速也會(huì)相應(yīng)降慢，故此灌裝過(guò)程屬于不穩(wěn)定的管口自由流出出液，即液料體積流量V為變量，它是孔口截面位壓頭的函數(shù)。
設(shè)定量杯的截面積為定值，當(dāng)內(nèi)存液料距離管口的高度為Z時(shí)，其瞬時(shí)流量
將上式轉(zhuǎn)換為
則定量杯所存的液料全部注入瓶?jī)?nèi)所需的灌裝時(shí)間
-------定量杯沖滿液料時(shí)距離管口的高度（m）
-------定量杯流完液料時(shí)距離管口的高度（m）
帶入有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得：
根據(jù)設(shè)計(jì)要求分析可得，可以滿足使用要求。
4.5供液系統(tǒng)原理圖
4.6供液系統(tǒng)所選元件的參數(shù)與一些重要參數(shù)
1液壓泵 型號(hào)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(dòng)功率 6.5kw
表面尺寸 174*120*185mm
2節(jié)流閥 型號(hào)規(guī)格 LF-B32H
公稱壓力 31.5mpa
公稱流量 200L/min
質(zhì)量 15kg
3溢流閥 型號(hào)規(guī)格 YF3-10B-*
通經(jīng) 10mm
額定流量 63ml/s
調(diào)壓范圍 0.5---16mpa
卸荷壓力 0.45mpa
質(zhì)量 1.9kg
4電磁換向閥 型號(hào)規(guī)格 CE系列
通徑 10
額定壓力 16mpa
通過(guò)流量 60
5閥端口流量 110ml/s
6灌裝時(shí)間 6s
7管路直徑 100mm
8管路壁厚 5mm
第5章 供瓶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算和選用
5.1輸送線方案的選用
板式輸送機(jī)在工業(yè)部門(mén)中應(yīng)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)境下輸送物快.
一 板式輸送機(jī)的優(yōu)點(diǎn):
1使用范圍廣泛.
2輸送能力大.
3牽引鏈的強(qiáng)度高,可以作長(zhǎng)距離的輸送.
4輸送線路布置靈活.
5在輸送過(guò)程中可以進(jìn)行各種工藝的加工.
6運(yùn)行平穩(wěn)可靠.
二 布置形式:
為滿足灌裝工藝要求,簡(jiǎn)單布置形式,采用水平布置形式.
三 板式輸送機(jī)的主要部件:
1牽引鏈:
2底板:
3驅(qū)動(dòng)部分:
4張緊部分:
5機(jī)架:
5.2電機(jī)到減速器的傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算:
設(shè)計(jì)一級(jí)減速器，具體設(shè)計(jì)計(jì)算如下。
參考現(xiàn)有的生產(chǎn)線上的電機(jī)，選用電機(jī)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)0.87
5.2.1軸轉(zhuǎn)速、功率、扭矩的計(jì)算
第一根軸的轉(zhuǎn)速為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，=2700（軸1通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)相聯(lián)）
第二根軸的轉(zhuǎn)速為與鏈輪相聯(lián)的軸的轉(zhuǎn)速。從上面輸送線的計(jì)算可以得知
=700
傳動(dòng)比為
各軸功率的計(jì)算：
第一根軸
第二根軸
=2.88kw
軸的扭矩計(jì)算：
從上可以得出如下表格的數(shù)據(jù)
軸號(hào)
轉(zhuǎn)速
輸出功率
輸出轉(zhuǎn)矩
傳動(dòng)比
效率
電機(jī)軸
2700
3
1
1
軸
2700
2.97
10505
3．86
0．99
軸
700
2.88
39291
0.97
5.2.2直齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
1 選擇齒輪材料
查表 大小齒輪均用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)
2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度來(lái)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)
按
估取圓周速度為=
查表選取
公差等級(jí)為8級(jí)
小輪分度圓直徑，由公式可得
齒寬系數(shù)查表，按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，
可取=
小輪齒數(shù)，在推薦值17~20中選則。
=17
大輪齒數(shù)=
=
圓整，取
齒數(shù)比
傳動(dòng)比誤差 =
誤差范圍在的范圍內(nèi)，所以合適。
小輪轉(zhuǎn)矩
由前面的計(jì)算可知
載荷系數(shù)K
使用系數(shù)，查表得 =1
動(dòng)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
查表并插值
則載荷系數(shù)K的初值
彈性系數(shù) 查表得 =
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) ，查表（） 得=
重合度系數(shù) ，查表得
許用接觸應(yīng)力
接觸疲勞極限應(yīng)力，，查表得
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
=
則查圖得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)，（不允許有點(diǎn)蝕）
==1
硬化強(qiáng)度 =1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)，按一般可靠度
=，取
=
故由上面的一系列參數(shù)可以得出
齒輪模數(shù)
查表取
小齒輪分度圓直徑的參數(shù)值圓整
=
=25.5
圓周速度V
與估取值誤差不大，對(duì)取值影響不大，不必修正
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距a
齒寬b
大輪齒寬
小輪齒寬
3 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算：
齒形系數(shù) 查圖8—67
小輪 =2.9
大輪 =2.8
應(yīng)力修正系數(shù) 查圖8—68
小輪 =1.54
大輪 =1.73
重合度系數(shù)
許用彎曲應(yīng)力[由式（8—71）得
彎曲疲勞極限 查圖8—72
=
=
彎曲壽命系數(shù) 查圖8—73
=1
=1
尺寸系數(shù) 查圖8—74
=1
安全系數(shù) 查圖8—27
=1.3
則
故
5.2.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
第一根軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分配
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1．?dāng)M定軸上零件的裝配方案
2．根據(jù)軸向定位要求確定直徑和長(zhǎng)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(zhǎng)為
軸段2 ：根據(jù)端蓋的定位及，，確定軸段2的長(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)與分配
一 根據(jù)軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)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(zhǎng)度和直徑為
軸段 3 ：根據(jù)所選的軸承型號(hào)6407直徑為35mm，寬為25mm，以及擋圈。可定軸段3的直徑及長(zhǎng)度為
軸段 4 ：長(zhǎng)度比軸一的長(zhǎng)度略短些。可取
軸段 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=40mm
軸的強(qiáng)度校核和受力將在5.5.1中進(jìn)行分析和計(jì)算
5.3鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算：
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和各種傳動(dòng)形式的特點(diǎn)，選用鏈傳動(dòng)。
根據(jù)減速器的輸出軸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。輸送鏈水平布置，按低速設(shè)計(jì)。
1 鏈輪齒數(shù)Z1，Z2：
(1)按表8---6選z1。取。
(2)
(3)速比i
1通常
2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(jì)算功率
式中p------額定功率
-----工作情況系數(shù)
因?yàn)楣ぷ髌椒€(wěn)，所以從表8----8中得：=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
小鏈輪齒數(shù)系數(shù)。查表8----9，取=1.12
傳動(dòng)比系數(shù)。查表8----10，取=1.09
中心距系數(shù)。查表8----11，取=1.0
多排鏈系數(shù)。查表8----12，取=1.0
（3）由P0,n,在圖8-----12中查出節(jié)距P和鏈號(hào)：
鏈號(hào)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/m
3 確定中心距a和鏈條節(jié)數(shù)Lp
（1）若a過(guò)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(guò)大，可以減少鏈磨損，延長(zhǎng)壽命，但可能有抖動(dòng)，而且尺寸加大。
（3）一般取a0=30p---50p。amax=80p。
取=40p=40*7.5=300mm。
（4）則鏈條長(zhǎng)度為：
（5）Lp圓整，取偶數(shù)L=196。
（6）計(jì)算實(shí)際中心距：
（7）a的差值為1.7mm<2mm----5mm。所以可以選用。
3驗(yàn)算鏈速
在范圍內(nèi)（2m/s----8m/s），所以安全，可以選用。
4計(jì)算壓軸承力Q
有效拉力
軸承力系數(shù)=1.0----1.3,因?yàn)闊o(wú)沖擊，所以取=1.0
所以Q=4076.1*1.0=4076.1N
3鏈輪的主要尺寸
（1）選材：45鋼，沾火處