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新式灌装机的设计与工程分析
2.2 灌装机的总体方案
灌装机广泛应用于食品工业中的汽水、啤酒和果汁饮料等产品的装填灌注。其型号规格繁多，但大部分灌装机的主体结构主要由供料装置、灌装阀、托瓶机构、供瓶装置和瓶高调节装置五部分组成。
本次设计的灌装机主体结构如图2.4。液体经供料装置进入液箱，再进入灌装阀内，灌装阀经瓶高调节机构上下升降，从而将液体输入灌装瓶内；瓶子由供瓶机构输送进灌装机的托瓶机构上经行灌装。
图2.4 灌装机的主题结构图
2.3 灌装机的供料装置
灌装液料由贮液箱经泵(或直接由高位箱)及输液管将液体产品输入液箱中, 再由液箱经灌装阀输入待灌容器中，这就形成了整个灌装液料的供送系统。对于等压法、真空法有时还需对贮液箱充气或抽气。由此可见,不同的灌装方法就应有不同的供料系统，供料机构的设计对灌装速度和精度的影响起着至关重要的作用。
供料机构的正确选择，除考虑液体本身的工艺性能如粘度、重度、含气性、挥发性外，还必须考虑产品的工艺要求、灌装机的机械结构等综合因素。对于一般不含气的食用液料如瓶装牛奶、瓶装果汁类等，可以采用常压法，亦可采用真空法，为了减少灌装时液料中的含氧气量，以便延长产品的保质期，采用较大的真空度的真空法更有利。另外，采用真空法其灌装阀的结构较简单，液漏损失小。
应当指出，对于某种液料的灌装不一定选择单一的方法，也可以综合选择几种方法，例如为了减少啤酒中的含氧量，避免保存期失光变质，一种方法是灌装前对瓶内抽取真空，
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然后再充入二氧化碳进行等压灌装，即采用真空--等压法，另一种方法是用二氧化碳充气等压，瓶内被替代的空气被引入单独设置的回气箱，并不排至贮液箱。灌装前阶段在等压下进行，灌装后阶段可加快回气速度，形成与贮液箱的压差，从而提高灌装速度，即采用等压--压力(差压)法。
本毕业设计是针对无气粘度小的液体的灌装，故只需采用在常压法灌装。液体由于自身重力作用，由灌装阀流入灌装瓶中完成供料操作。此外，采用此供料装置，本机的结构因而比较简单，也容易清洗贮液箱。
2.4 灌装机的供瓶装置
在包装工业领域内，现已广泛应用的限位装置的类型就是螺旋限位装置以及星形拨瓶轮装置，它可按某种工艺要求将一定规则或不规则的容器、物件以确定的速度、方向和间距分批逐个地供送到给定的工位。特别是为了适应包装容器日新月异的变化和提高设备生产能力的实际需要，螺旋限位装置正朝着多样化、通用化和高速化方向发展，并不断扩大它在灌装、充填、封口、贴标、计量、检测以及自动包装线上的应用，如分流、合流、升降、起伏、转向和翻身等等[6]。 2.4.1 螺旋限位装置
如图2.5中，部件2为螺旋限位器。在自动灌装机中，根据灌装的工艺性要求，准确地将由传送带送来的瓶子送入回转台上，它是保证灌装机能够正常有序工作的关键。一般供瓶装置的关键就是瓶的连续输送和瓶的定时供给问题。
常用的连续输送装置有链带传送，一般采用不锈钢或尼龙坦克链带，为了减少链带与瓶底间的摩擦，有时需要在链带上涂些肥皂水，以起到良好的润滑作用。
由洗瓶机洗出来的空瓶子由输送带传送过来以后，为了防止它们之间相互挤压或者堵塞以及准确地送入灌装机的回转台上，必须设法使瓶子单个地保持适当的间距送进 ，而螺旋限位装置正是起到这种作用。如图2.5，空瓶经限位器后，由原来的紧密挨着到以一定的间距传送到下一个组件1上。
螺旋限位器在结构上是一种空间高副机构,它的结构形式受供送瓶的大小、形状等的制约。从外观形式看，前端应设计呈截锥台形，有助于将玻璃瓶顺畅地导入螺杆的工作区段， 而另一端应具有与玻璃瓶同半径的圆弧过渡角，以便和星形拔轮同步衔接，为了使刚进入螺杆工作区段的玻璃瓶运动平稳，最好采用等螺距，使它暂不产生加速度；鉴于星形拔轮的节距通常都大于两只玻璃瓶原来在链带上紧相接触时运动的中心距，显然，最后一段螺旋线一定要变螺距，为改善瓶的惯性运动，它应该制约玻璃瓶以等加速度规律逐渐增大其间距[6]。实践证明，对于中、小型自动灌装机(一般为250瓶/分以内)，只需将螺杆设计呈等螺距段即可，虽然其加速度曲线不连续，有阶跃突变，但在加速度值不很大时，仍不致发生明显的柔性冲击。设计供送螺杆的关键在于，必须在满足被供送瓶的主体直径及有效高度、星形拔轮节距和生产能力等条件下，预选螺杆的内外径及长度，合理确定螺旋线的组合形式、 旋向及螺旋槽的基本参数。 2.4.2 星形拨瓶轮装置
如图2.5中的部件1星形拨瓶轮，此机构是将瓶的螺旋限位器送来的瓶子，准确地送入灌装机内瓶的回转台上或将已经灌满的瓶子从回转台上取下来送回传送带上。拔瓶轮一般
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采用酚醛层压板等材料，以免与玻璃瓶产生硬性碰撞，拔瓶轮一般具有一定的高度，这个高度是根据瓶子的高度来确定的，此外，拨瓶轮中轮片上圆槽的半径应根据输送瓶子的半径大小而定。为了保证拨轮与托瓶台的位置相对应，在轮片上应开有圆槽形孔,调好后再安装在转轴上。
1-星形拨瓶轮 2、5-挡板 3-螺旋限位器 4-瓶子
图2.5 供瓶装置示意图
此外，为了使瓶子稳定传送,在传送带旁边还需要安装护瓶挡板，即如图2.5中的部件2、5。在进出瓶拔轮外也需要安装挡板，护瓶杆离开传送中心线的距离要可调试，以适应不同规格的瓶子。另外，供瓶机构不仅要将瓶子分隔转弯，而且传递速度必须与洗瓶机的速度匹配，否则易出现倒瓶、缺瓶或阻塞现象，为了防止倒瓶时影响正常生产，某些灌装机在螺旋限位装置、拔轮的传动部分安装有离合器，一旦出现故障，可使其自动停转，有的还安装有微动开关，当离合器脱开的同时，压迫微动开关，使全机停转，有效得维持了灌装机生产的安全性。
2.5 灌装机的托瓶机构
对于旋转型灌装机，通常是借助分件供送螺杆装置将瓶子按所要求的状态、间距、速度逐个而连续地供送到灌装机的回转台上。并由托瓶机构将灌装阀的喇叭口下降与瓶口紧密接触而进行灌装。待灌装过程完成后上升复位。
托瓶机构可以分为机械式、气动式、机械与气动组合式等三种结构形式。
机械式托瓶机构是依靠弹簧力使托瓶台升降，无需密封。这种升降机构的结构简单，但是机械磨损大，压缩弹簧易失效，工作可靠性较差；同时对灌装瓶的质量要求高，它主要用于不含气液料的灌装机。
气动式托瓶机构以压缩空气作动力源，有良好的吸震缓冲能力，但活塞的运动速度受到气压变化的影响。若压力下降较小，不但使瓶子的上升速速度减慢，而且难于保持瓶口和灌装头的紧密接触。若压力上升较大，则瓶子的上升速度加快，以致不易与进液管对中，并使瓶子受到较强的冲击力。这种升降机构克服了机械式的缺点，当发生卡瓶时，压缩空气好比弹簧一样被压缩，使瓶子不再上升，故不会挤坏瓶子。但是，瓶子下降时的冲击力较大，要求气源压力稳定。该机构适用于灌装含气饮料的灌装机。
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机械与气动组合式托瓶机构，工作稳定可靠，压缩空气在环管中循环使用，只需补充漏损量，应用广泛。但凸轮导轨也会增加额外的润滑、磨损和运转阻力。该机构的工作稳定性好，目前得到广泛的应用。
在本设计中，我们采用的是机械式的升降机构。如图2.6，其工作原理如下：灌装阀中的量杯桶由拉杆和滚轮连接，滚轮在升降导轨上，沿着导轨的上下而上下滑动，从而带动量杯桶上下运动。由上下滑动的量杯桶带动阀上喇叭口的上下移动，从而完成喇叭口和瓶口的密封与分离，这样不仅保证了灌装时瓶口的密封，同时对瓶子的高度误差亦有较好的适应能力。凸轮导轨安置在上方出液口，和上方出液口管道固定连接。因此，瓶子所在的回转台上不再需要导轨，灌装瓶自身也不需要上下运动，结构有明显改善。
图2.6 托瓶升降机构示意图
2.6 灌装机的灌装阀
2.6.1灌装阀的定量方法
准确的定量灌装不但关系着产品的成本，同时也关系着产品在消费者心中的信誉。目前，常用的液料定量法有控制液位定量法、定量杯定量法、定量泵定量法、电子液位定量法。因液料的性质不同，所选的定量方法和定量机构也不相同。 （1）控制液位定量法
这种方法采用控制灌装容器内液位的高度来达到预定的灌装量，其工作原理如图2.7，开始灌装时，瓶子上升顶开橡皮垫5，使滑套6和灌装头7之间出现间隙，液体流入瓶内，瓶内气体经排气管1排至贮液箱9中。当瓶内液面达到排气管口时，气体不再排出，液料继续流入瓶内，瓶内气体被压缩，根据连通器的原理，瓶内液料沿排气管一直上升到与贮液箱9液面水平，则停止进液。当瓶子下降脱离橡皮垫5时，弹簧4使灌装头7与滑套6封闭，排气管内液料流入瓶内，完成一次灌装。只要调节排气管1伸入瓶内的高度，就可以改变
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