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編號(hào)
無(wú)錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 稠厚物料灌裝機(jī)構(gòu)
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè)
學(xué) 號(hào)： 0923836
學(xué)生姓名： 范 瑜
指導(dǎo)教師： 唐正寧 （職稱(chēng)：副教授 ）
（職稱(chēng)： ）
2013年5月25日
無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠(chéng) 信 承 諾 書(shū)
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 稠厚物料灌裝機(jī)構(gòu) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。
班 級(jí)： 機(jī)械97
學(xué) 號(hào)： 0923836
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無(wú)錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書(shū)
一、題目及專(zhuān)題：
1、題目 稠厚物料灌裝機(jī)構(gòu)
2、專(zhuān)題
二、課題來(lái)源及選題依據(jù)
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，包裝工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占的比重和作用越來(lái)越大，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，改善生產(chǎn)環(huán)境，提高商品檔次，從而增強(qiáng)商品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，而有了這個(gè)課題。 21世紀(jì)末，隨著生產(chǎn)流通日益現(xiàn)代化，產(chǎn)品包裝正以嶄新的面貌崛起，受到人們普遍重視在食品、輕工、紡織、化工、醫(yī)藥，電子，儀表和兵器等工業(yè)部門(mén)，已經(jīng)不同程度地形成了包裝連續(xù)化，自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程。。這也是檢驗(yàn)自己四年專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)也提高了自己的學(xué)習(xí)能力。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
① 閱讀外文資料翻譯與所學(xué)專(zhuān)業(yè)或課題相關(guān)的文獻(xiàn)3000字左右，語(yǔ)句通順，流暢，精確；
② 了解稠厚物料灌裝機(jī)構(gòu)裝置的工作原理。
③ 根據(jù)加工產(chǎn)品和加工要求，擬定分析設(shè)備裝置設(shè)計(jì)方案。
④ 繪制整套三維模型圖，零件圖，裝配圖。
⑤ 用UG進(jìn)行造型與裝配。
⑥ 撰寫(xiě)論文，要求符合本科論文的格式要求，語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，流暢，層次分明，上機(jī)時(shí)數(shù)不少于200小時(shí)，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的技術(shù)工作嚴(yán)謹(jǐn)，靈活，工作要有主動(dòng)性，計(jì)算方法，計(jì)算的程序，計(jì)算結(jié)果，論文要正確。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械97 班 姓名 范 瑜
五、開(kāi)始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
I
III
摘 要
液料物料（簡(jiǎn)稱(chēng)液料）灌入包裝容器的裝置叫做灌裝機(jī)或灌裝設(shè)備。液料依自重即能灌入包裝容器如油、酒、果汁、牛奶、醬油、墨水、糖漿、農(nóng)藥等；也有的需要借助外界壓力才能灌入包裝容器，如番茄醬、肉糜、牙膏、香脂等。對(duì)于低粘度液料，根據(jù)是否溶解有二氧化碳?xì)怏w而分為含氣和不含氣兩類(lèi)。對(duì)于含氣液料，習(xí)慣上將不含酒精成分的，如汽水，可口可樂(lè)、礦泉水等，稱(chēng)為軟飲料，而將含有酒精成分的分為如啤酒，汽酒、香檳酒等稱(chēng)為硬飲料。液料包裝容器主要有玻璃瓶、金屬灌，以及用塑料或柔性復(fù)合材料制成的各種杯、管、瓶、袋等。在我國(guó)目前仍廣泛采用玻璃瓶裝各類(lèi)液料。這是因?yàn)?，玻璃原料資源豐富、成本低、化學(xué)穩(wěn)定性好、貯存期長(zhǎng)，無(wú)毒、易清洗，可回收使用，尤其適合包裝高檔商品。而其主要缺點(diǎn)則是較重、破碎率高、搬運(yùn)不便。因此，今后宜大力發(fā)展輕量瓶及液料軟包裝。采用鋁質(zhì)二片罐和鋁質(zhì)瓶雖能較好地克服玻璃瓶所在的缺點(diǎn)，但是它制造工藝復(fù)雜，成本高，在國(guó)內(nèi)暫時(shí)難以迅速推廣。至于塑料容器，如聚氯乙烯瓶，因含有毒性的氯乙烯單體，不宜用作食品包裝容器，而聚乙烯或聚丙烯容器因其阻氣性較差，也不宜灌裝含氣的和易氧化液料。現(xiàn)今，正致力于研制新型包裝材料，如聚酯瓶、共擠復(fù)合瓶、復(fù)合包裝盒等。
采用機(jī)械化的灌裝方法不僅可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少產(chǎn)品損失，保證包裝質(zhì)量而且還可減少生產(chǎn)環(huán)境和被灌裝液料的相互污染。
關(guān)鍵字： 灌裝；番茄；機(jī)械化
Abstract
Liquid material (or liquid) device into containers called filling machine and filling equipment. The liquid material according to the weight can be poured into containers such as oil, wine, fruit juice, milk, soy sauce, ink, syrup, pesticide; others need the help of outside pressure can be poured into containers, such as tomato sauce, minced meat, toothpaste, balsam. For low viscosity liquid material, according to whether the dissolved carbon dioxide gas into gas and free gas two. With the gas liquid, habits, non-alcoholic ingredients, such as Coca Cola, soft drinks, mineral water, known as soft drinks, and alcohol component is divided into such as beer, champagne, sparkling wine, called hard drinks. Liquid packaging container glass bottles, metal irrigation, and a variety of cup, made of plastic or flexible composite tubes, bottles, bags etc.. In China is still widely used in glass bottles of various liquid materials. This is because, glass raw materials rich in resources, low cost, good chemical stability, long storage period, non-toxic, easy to clean, recyclable use, especially suitable for luxury goods packaging. But its main drawback is heavy, high crushing rate, inconvenient transportation. Therefore, in the future to develop light weight and liquid soft package. The use of aluminium two cans and aluminum bottle can effectively overcome the shortcomings of glass bottles, but its complicated manufacturing process, high cost, the temporarily difficult to spread quickly. As for the plastic containers, such as bottles for PVC, vinyl chloride monomer containing toxic, should not be used for food packaging containers, and polyethylene or polypropylene containers for its gas resistance is poor, not filling gas and easy oxidation liquid. Today, is committed to the development of new packaging materials, such as polyester bottle, bottle, co-extrusion composite packaging box.
The filling mechanical method not only can improve labor productivity, reduce product loss, ensure mutual pollution packing quality but also reduce the production environment and is filling the liquid material.
Keywords: tomato； paste ；machine
I
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1本課題研究的內(nèi)容和意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 2
1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 3
2 總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1 主要組成結(jié)構(gòu) 4
2.2 主要技術(shù)參數(shù) 5
2.3 工作原理與工作過(guò)程概述 5
2.3.1 稠厚物料灌裝機(jī)的工作原理 5
2.3.2 稠厚物料灌裝機(jī)的主要工作過(guò)程 8
3 灌裝和基本參數(shù)計(jì)算 11
3.1 灌裝 11
3.2 灌裝機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 11
3.1.1 灌裝方法 11
3.1.2 定量方法 13
3.1.3 灌裝機(jī)基本參數(shù)計(jì)算 13
3.1.4閥端孔口流量計(jì)算 16
4 關(guān)鍵零部件 18
4.1閥門(mén)的啟閉形式 18
4.2 活塞行程調(diào)節(jié)裝置 22
5、灌裝機(jī)密封、清洗、潤(rùn)滑 24
5.1灌裝機(jī)的密封 24
5.2關(guān)鍵零部件的密封 24
5.3灌裝機(jī)的清洗 24
5.4 灌裝機(jī)的潤(rùn)滑 25
6 結(jié)論與展望 27
6.1 結(jié)論 27
6.2 不足之處及未來(lái)展望 27
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
附錄 31
V
稠厚物料灌裝機(jī)構(gòu)
1 緒論
1.1本課題研究的內(nèi)容和意義
近50幾年來(lái)，隨著生不斷促進(jìn)擴(kuò)大再生產(chǎn)化、世界化，包裝機(jī)械正在以非常新的面孔口崛起，得到廣大老百姓極大的片偏愛(ài)。
現(xiàn)在包裝機(jī)械的基本含義：對(duì)不一樣產(chǎn)量的物品，選用某一樣有安全性、裝飾性的機(jī)械包裝物料或容器的包裝，而且要運(yùn)用合理的科技手段進(jìn)行包裝工作，以滿(mǎn)足應(yīng)該達(dá)到的產(chǎn)量量和質(zhì)量，另外想法改善外部的工作結(jié)構(gòu)，降低機(jī)械的包裝成本，從而在流通領(lǐng)域零售領(lǐng)域的一段過(guò)程可以非常輕松儲(chǔ)存搬運(yùn)，以防物品品破損變壞，不破壞環(huán)境，不斷促進(jìn)擴(kuò)大再生產(chǎn)促進(jìn)增加再生產(chǎn)便于應(yīng)用和回收廢料，有大市場(chǎng)，廣開(kāi)市場(chǎng)，不斷促進(jìn)擴(kuò)大再生產(chǎn)促進(jìn)擴(kuò)大再生產(chǎn)。
無(wú)論國(guó)內(nèi)國(guó)外，包裝機(jī)械工作已經(jīng)涉及到世界各種行業(yè)，面廣量大，對(duì)老百姓的生活、國(guó)家貿(mào)易國(guó)家建設(shè)都帶來(lái)特別大的影響，甚至在現(xiàn)在老百姓生活中出現(xiàn)了過(guò)去特別難以想象的新情況:沒(méi)有經(jīng)包裝機(jī)械銷(xiāo)售的商品變的越來(lái)越少，并且機(jī)械包裝上的不好往往會(huì)使好的產(chǎn)品得不到好的銷(xiāo)售。所以這樣說(shuō)，在未來(lái)，要是沒(méi)有特別世界化的機(jī)械包裝就沒(méi)有商品的生產(chǎn)和銷(xiāo)售，可是要是沒(méi)有先進(jìn)工科的和科學(xué)先進(jìn)技術(shù)的快發(fā)展，也不可能出現(xiàn)特別高質(zhì)量現(xiàn)代化機(jī)械包裝。
迄今，一些技術(shù)特別發(fā)達(dá)的國(guó)家，在食品，醫(yī)藥，輕工，化工，紡織，電子，儀表，和兵器工業(yè)部門(mén)，已經(jīng)在很大程度不同的構(gòu)成了由物料加工處理，中間生產(chǎn)加工和產(chǎn)品機(jī)械包裝三大重大基本所構(gòu)成的包裝連續(xù)不斷化和自動(dòng)生產(chǎn)化生產(chǎn)的過(guò)程，有的還將包裝材料加工，包裝的容器成型以及包裝機(jī)械成品儲(chǔ)存都連接起來(lái)構(gòu)成特別高的流水作業(yè)生產(chǎn)線，另外，為使包裝機(jī)械成品更好地融進(jìn)市場(chǎng)，大多數(shù)配有自動(dòng)化的倉(cāng)庫(kù)，并采用了集裝箱的運(yùn)輸。
特別的事實(shí)顯示，能讓包裝機(jī)械的生產(chǎn)化和電動(dòng)化，尤其實(shí)現(xiàn)具有高度靈活性（或稱(chēng)柔性）的自動(dòng)化包裝線，不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展動(dòng)向，同時(shí)也獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
1、能增加花色品種，改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
現(xiàn)代機(jī)械包裝所能完成的勞動(dòng)動(dòng)已經(jīng)特別大遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡(jiǎn)單地仿照老百姓的動(dòng)作，甚至可以說(shuō)在許多場(chǎng)所用巧和的機(jī)械老大方法包裝出來(lái)的產(chǎn)品，不論在樣式，質(zhì)地精度等方面，大部分是是人工操作沒(méi)有辦法取勝和相當(dāng)?shù)?。隨著產(chǎn)品的不一樣化，這各方面越來(lái)越受到了老百姓的看中。另一方面，用機(jī)械手代替人手，就足以最大限度地避免操作人員同產(chǎn)品直接接觸時(shí)可能產(chǎn)生的感染，從而保證食品、藥物的清潔衛(wèi)生和金屬制品防銹防蝕。
2、能改善勞動(dòng)條件，避免污染危害環(huán)境。
對(duì)有劇毒、刺激性的、低溫、潮濕性的、爆炸、發(fā)射性的，以及必須放置在暗室中的物品，實(shí)現(xiàn)了包裝的機(jī)械化和自動(dòng)化，便可大大改善操作條件，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，如能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化，則能大大減輕體力勞動(dòng)強(qiáng)度，增進(jìn)工人健康和提高生產(chǎn)效率。
3、能節(jié)約原材料、減少浪費(fèi)、降低成本。
有些粉末、液體物料在手工包裝過(guò)程中容易發(fā)生逸散，起泡，飛濺現(xiàn)象，若改為機(jī)械包裝則會(huì)大大減少損失。
4、能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新
機(jī)械包裝的生產(chǎn)能力往往比手工包裝提高幾倍，幾十倍，無(wú)疑將是更好的適應(yīng)市場(chǎng)的實(shí)
1
際需要，合理安排勞動(dòng)力，為社會(huì)創(chuàng)造更多財(cái)富。
由此可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械化和建立現(xiàn)代包裝工業(yè)，乃是關(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)主義四個(gè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
包裝機(jī)械的主要特點(diǎn)及發(fā)展方向：包裝機(jī)械給有關(guān)行業(yè)提供必備的技術(shù)裝備，以完成所要求的產(chǎn)品包裝工藝過(guò)程，為了對(duì)包裝機(jī)械的產(chǎn)生和發(fā)展找出規(guī)律性認(rèn)識(shí)并制定適當(dāng)?shù)恼?，有必要深入了解它的一些特點(diǎn)。大學(xué)時(shí)光，悄然逝去。在這幾年年中，我不僅學(xué)到了自己需要的知識(shí)，同時(shí)也提高了自己的能力。但是，學(xué)到的很多東西畢竟僅僅都是書(shū)本上的理論知識(shí)，顯然和實(shí)際有很大的差距。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我可以將自己所學(xué)到的理論知識(shí)更好的與實(shí)際相結(jié)合起來(lái)，從中能夠鍛煉我的思維能力，同時(shí)也是對(duì)這些年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)綜合的運(yùn)用，同時(shí)也為將來(lái)要從事的職業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)同樣也是大學(xué)四年最關(guān)鍵的一個(gè)教育環(huán)節(jié)，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我要能夠靈活、系統(tǒng)地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提高自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)作風(fēng)和吃苦耐勞、一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。同時(shí)，也使自己更加熟練的掌握如何查閱國(guó)內(nèi)為有關(guān)的技術(shù)資料和文獻(xiàn)，從中學(xué)會(huì)調(diào)查、收集、整理比較有價(jià)值的資料，在保留同類(lèi)產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，運(yùn)用新技術(shù)、新工藝、新資料、新材料、大膽創(chuàng)新，以彌補(bǔ)同類(lèi)產(chǎn)品的不足之處，使產(chǎn)品趨于更合理、更先進(jìn)、更優(yōu)化、更具有使用價(jià)值和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況
包裝機(jī)械工業(yè)的展望：在世界范圍內(nèi)包裝機(jī)械工業(yè)發(fā)展的歷史相對(duì)比較短些，科學(xué)技術(shù)相對(duì)發(fā)達(dá)的歐美各國(guó)大體上是本世紀(jì)初葉起步的，及至50年代發(fā)展的更快。由于社會(huì)上積極推動(dòng)和有力配合，終于逐步地建立起包裝材料、包裝印刷、包裝機(jī)械等生產(chǎn)部門(mén)與之相適應(yīng)的科研，設(shè)計(jì)、情報(bào)、教育、學(xué)術(shù)，管理等組織架構(gòu)，從而形成了獨(dú)立完整的包裝工業(yè)體系，且在整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)中占重要地位。
根據(jù)近幾年統(tǒng)計(jì)資料得知，這些國(guó)家包裝工業(yè)的總產(chǎn)值大約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2%左右；其中包裝機(jī)械占比不大，但是它的發(fā)展迅猛。
美國(guó)的包裝工業(yè)發(fā)展比較早，門(mén)類(lèi)齊全，基礎(chǔ)扎實(shí)，水平很高，僅就包裝機(jī)械制造業(yè)而論，實(shí)力相當(dāng)雄厚，其品種與總產(chǎn)值均據(jù)世界首位。由于國(guó)內(nèi)以實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化，自選市場(chǎng)蓬勃興起，客觀上要求包裝機(jī)械沿著自動(dòng)化發(fā)展，并將電子及其他技術(shù)廣泛應(yīng)用。
日本的包裝工業(yè)大體上是從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后才開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的。因善于引進(jìn)、模仿、創(chuàng)新、經(jīng)營(yíng)，僅用十余年時(shí)間就奠定了初步基礎(chǔ)。如今，日本以建立起獨(dú)立的包裝工業(yè)體系 德國(guó)的包裝機(jī)械工業(yè)也非常的發(fā)達(dá)，現(xiàn)擁有幾家堪稱(chēng)世界在最大規(guī)模的包裝機(jī)械制造廠，其包裝機(jī)械工業(yè)僅次于美國(guó)，但每年出口總額卻比其他國(guó)家搖搖領(lǐng)先。還值得強(qiáng)調(diào)的是，它同意大利、法國(guó)、瑞典、瑞士等國(guó)一樣，能夠密切結(jié)合本國(guó)的具體條件實(shí)現(xiàn)按機(jī)種的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，以利于充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)研制高效能的新型包裝機(jī)來(lái)加強(qiáng)實(shí)力競(jìng)爭(zhēng)。例如德國(guó)藥品、酒類(lèi)、日用化品包裝機(jī)都受到國(guó)際青睞。
中國(guó)也有著悠久的包裝歷史。我國(guó)勞動(dòng)人民對(duì)包裝的發(fā)展曾做出許多杰出的貢獻(xiàn)特別是防腐包裝，防震包裝和禮品包裝更帶有民族傳統(tǒng)特色，一直延續(xù)至今?？墒侵袊?guó)包裝起步較晚，解放前只有少數(shù)啤酒廠、汽水廠、罐頭廠、卷煙廠才配備一些包裝機(jī)械，到了五十年代開(kāi)始引進(jìn)仿照，形成小規(guī)模的生產(chǎn)能力。進(jìn)入70年代，主要由于對(duì)外貿(mào)易的促進(jìn)帶動(dòng)了整個(gè)行業(yè)向自成體系方向的發(fā)展。
1980年中國(guó)技術(shù)協(xié)會(huì)成立，不就包裝總公司也誕生。此后，在國(guó)內(nèi)舉辦了包裝展覽會(huì)，學(xué)術(shù)研討會(huì)，還出版了我國(guó)有史以來(lái)第一步包裝年鑒，及其他包裝書(shū)刊，這一切標(biāo)志著中國(guó)開(kāi)創(chuàng)一個(gè)嶄新的包裝歷史時(shí)期。
近很多年來(lái)中國(guó)政府采用一系列特別好的政策，以前有很好計(jì)劃的再造以前遺留下來(lái)的特別舊的機(jī)械設(shè)備，并且采用引來(lái)研發(fā)相陪合的方法，慢慢提高中國(guó)機(jī)械包裝的生產(chǎn)質(zhì)量，使廣大老百姓人幸福的是通過(guò)整個(gè)機(jī)械行業(yè)大整合，以獲得非常好的成績(jī)，至今全國(guó)已出現(xiàn)一大批機(jī)械包裝制造研發(fā)企業(yè)和科教、設(shè)計(jì)院、生產(chǎn)單位。新研發(fā)出來(lái)的有一些機(jī)器有的開(kāi)始面向國(guó)外出口。
并且的國(guó)家教育部已經(jīng)明確說(shuō)了，將機(jī)械包裝工程專(zhuān)業(yè)列入全國(guó)高等教育教科書(shū)，為正規(guī)培養(yǎng)本科包裝專(zhuān)業(yè)專(zhuān)門(mén)人才創(chuàng)造特別好的條件。
今后運(yùn)用的系統(tǒng)工程觀點(diǎn)，進(jìn)一步統(tǒng)籌規(guī)劃，分工發(fā)展食品、農(nóng)副產(chǎn)品、還須抓好包裝材料加工與成型機(jī)械、包裝檢測(cè)裝置以及包裝機(jī)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)化工作，以加速包裝機(jī)械跟新?lián)Q代的步伐。
然而從全局看，我的包裝工業(yè)同國(guó)際的先進(jìn)水平相比依然存在著明顯的差距，而且是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中較為薄落的環(huán)節(jié)。為盡快改變這種面貌。
1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求
堅(jiān)持從細(xì)節(jié)出發(fā)，在不斷糾錯(cuò)中前進(jìn)，本課題中主要解決的問(wèn)題是對(duì)灌裝閥材料的選擇，對(duì)數(shù)據(jù)的整合，對(duì)所需零件的選擇，對(duì)圖紙的設(shè)計(jì)，三維圖的整理，一步一步做，不怕出錯(cuò)，在老師指導(dǎo)下一定可以順利完成，不僅使加工的零件尺寸精度達(dá)到圖紙要求，這個(gè)課題不僅僅是一次畢業(yè)設(shè)計(jì)，更是人生的一段寶貴財(cái)富，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，在對(duì)自己四年專(zhuān)業(yè)知識(shí)檢驗(yàn)的同時(shí)也對(duì)自己未來(lái)的人生發(fā)展有重要的意義，做到獨(dú)立思考，勤奮努力，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，更要做好總結(jié)，對(duì)未來(lái)的發(fā)展起到了很重要的借鑒作用，最后希望自己通過(guò)這次設(shè)計(jì)能順利畢業(yè)，拿到學(xué)位，對(duì)自己學(xué)生時(shí)代畫(huà)上一個(gè)圓滿(mǎn)的句號(hào)確定設(shè)計(jì)方案，確定灌裝閥的技術(shù)參數(shù)，電機(jī)參數(shù)的確定，灌裝速度，灌裝精度，活塞行程調(diào)節(jié)裝置如何調(diào)整長(zhǎng)度，在選擇灌裝閥口徑方面，為了防止滴料，提高灌裝精度，合理地設(shè)計(jì)了灌裝閥口徑，輸液管尺寸的確定從儲(chǔ)液槽到到灌裝機(jī)貯液箱的的輸液管路一般均用圓管敷設(shè)。設(shè)計(jì)時(shí)，首先要合理選擇它的內(nèi)徑和壁厚，圓管壁厚一般根據(jù)它的耐壓和耐腐蝕等條件，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選定，其次還有灌裝閥的設(shè)計(jì)，自由度的計(jì)算，平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇，以及運(yùn)用，另外設(shè)計(jì)的重要任務(wù)是使得灌裝閥口徑能夠優(yōu)化，不要影響灌裝的精度。定量的方法有3種定量的方法，其他相關(guān)的說(shuō)明，用二維完成裝配圖，用UG三維完成部分零件圖，相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化。
2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 主要組成結(jié)構(gòu)
圖2.1（稠厚物料灌裝機(jī)構(gòu)）
稠厚物料灌裝機(jī)構(gòu)用于軟質(zhì)稠厚物料（如肉糜等）的壓力定力灌裝。物料由供料泵通過(guò)管道送來(lái)，經(jīng)穩(wěn)壓裝置恒壓控制后通過(guò)管道送來(lái)，經(jīng)穩(wěn)壓裝置恒壓控制后通過(guò)灌裝旋塞的定量和通道變換，由充填閥灌入包裝容器。灌裝量可通過(guò)活塞行程裝置調(diào)整。
灌裝精度：+—-0.30%
灌裝速度：100灌/分
灌裝量：0-500克
液體物料灌入包裝容器內(nèi)的裝置稱(chēng)為灌裝機(jī)或灌裝設(shè)備。
液料以自身的粘度的不同，有的借助自重既能灌入包裝容器，如油、酒、果汁、牛奶、醬油、墨水、糖漿、農(nóng)藥等，也有的需要借助外界壓力才能灌入包裝容器，如番茄醬，肉糜，牙膏，香脂等等。對(duì)于低粘度液料，根據(jù)是否溶解有二氧化碳?xì)怏w分為含氣和不含氣兩類(lèi)。對(duì)于含氣液料習(xí)慣上將不含酒精成分的，如汽水，礦產(chǎn)水、可口可樂(lè)等，稱(chēng)為飲料而將含有酒精成分的，如啤酒、汽酒、香檳酒等，稱(chēng)為硬飲料。
液體包裝容器主要有玻璃瓶、金屬灌，以及用塑料或柔性復(fù)合材料制成的各種環(huán)、管、瓶、袋等。我國(guó)目前仍廣泛應(yīng)用玻璃灌裝各類(lèi)液料。這是因?yàn)?，玻璃原料資源豐富，成本低，化學(xué)穩(wěn)定性好，儲(chǔ)藏期長(zhǎng)，無(wú)毒、易清洗，可回收使用，尤其適合儲(chǔ)藏高檔商品。而主要缺點(diǎn)就是則較重破碎率高，搬運(yùn)不便。因此，今后宜大力發(fā)展輕量瓶及液料軟包裝。采用鋁制二片灌和鋁制瓶雖能較好的克服玻璃所存在的缺點(diǎn)，但是它制造工藝復(fù)雜，成本高，在國(guó)內(nèi)暫時(shí)還難以迅速推廣。
采用機(jī)械化灌裝的方法不僅可以提高生產(chǎn)效率，減少產(chǎn)品損失，保證包裝質(zhì)量，而且還可減少生產(chǎn)環(huán)境與被灌裝液料的相互污染。
它整體上有活塞行程調(diào)節(jié)裝置，定量灌裝閥、充填閥。
2.2 主要技術(shù)參數(shù)
表2-1主要參數(shù)表
項(xiàng)目
參數(shù)
生產(chǎn)率（kg/h）
4～20
灌裝的容積（ ）
1.75
灌裝的產(chǎn)量（kg）
24
物料的粘度（Pa ）
機(jī)器的大小(mm)
圓管內(nèi)徑(mm)
30
閥端口流量（m/s）
10
電機(jī)（W）
1.75
物料的密度(KG/ )
2.3 工作原理與工作過(guò)程概述
2.3.1 稠厚物料灌裝機(jī)的工作原理
稠厚物料灌裝機(jī)用于軟質(zhì)稠厚物料（如肉糜等）的壓力定量灌裝。物料由供料泵通過(guò)管道送來(lái)，經(jīng)穩(wěn)壓裝置恒壓控制后通過(guò)管道送來(lái)，經(jīng)穩(wěn)壓裝置恒壓控制后通過(guò)灌裝旋塞的定量和通道來(lái)變換，由充填閥灌入包裝容器。灌裝量可通過(guò)活塞行程調(diào)節(jié)裝置調(diào)整。第一幅圖是搖桿機(jī)構(gòu)，圖中由液壓缸帶動(dòng)桿的移動(dòng)導(dǎo)致?lián)u桿擺動(dòng)致使滑塊進(jìn)行滑動(dòng)，滑塊就在圖中相當(dāng)于齒條，再由齒條帶動(dòng)齒輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，在看第二幅圖中由于通過(guò)活塞5往復(fù)移動(dòng)和旋塞8的下部通道送出。其進(jìn)出過(guò)程是交替進(jìn)行的。灌裝量受活塞往復(fù)進(jìn)行控制，旋塞8的下部通道送出。其進(jìn)出過(guò)程是交替進(jìn)行的。灌裝量受活塞往復(fù)控制的，旋塞8的轉(zhuǎn)動(dòng)則受齒條2控制。由于旋塞是豎著的，所以側(cè)隙均勻，操作穩(wěn)定。物料由上部閥進(jìn)來(lái)，
圖2.2(定量灌裝圖1)
上部的閥口與這個(gè)活塞缸對(duì)接，此時(shí)那個(gè)下部閥是被旋塞套給封住，物料不能從下面的閥出來(lái)，這個(gè)整個(gè)過(guò)程就如同下圖所示，這個(gè)過(guò)程就收相當(dāng)于物料從上部閥進(jìn)來(lái)，正好旋轉(zhuǎn)到上部閥與活塞缸對(duì)口，物料進(jìn)去，而正好旋塞套轉(zhuǎn)到下部閥口，套住了，物料不能下去，然后擠壓把活塞缸的物料擠出來(lái)，此時(shí)再轉(zhuǎn)動(dòng)活塞缸與下部閥口對(duì)接，而旋塞套把上部閥口關(guān)閉，如此依次循環(huán)下去。
圖2.3(閥相似)圖
圖2.4（定量灌裝圖2）
這個(gè)是個(gè)搖桿機(jī)構(gòu)，由氣缸帶動(dòng)搖桿擺動(dòng)從而帶動(dòng)連桿，使那個(gè)滑塊即齒條進(jìn)行移動(dòng)，從而帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.3.2 稠厚物料灌裝機(jī)的主要工作過(guò)程
活塞行程調(diào)節(jié)裝置是一種具有可移支點(diǎn)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)帶有心軸的螺帽3被錐齒輪1通過(guò)螺桿2帶動(dòng)向下移動(dòng)時(shí)，活塞軸6的軸向位移量逐漸加大，即活塞行程增加；反之，則位移量逐漸加大，即活塞行程增加；反之，則位移量逐漸減小，即活塞行程減少。在曲柄帶動(dòng)搖桿7擺動(dòng)時(shí)，由于活塞軸6的軸心線只能軸向來(lái)回移動(dòng)，所以搖桿7除了繞螺帽3上心軸回轉(zhuǎn)外，搖桿7的兩側(cè)還沿滑塊4的兩側(cè)作上下滑動(dòng)。
圖2.5（活塞行程調(diào)節(jié)裝置1）
圖2.6(活塞行程調(diào)節(jié)裝置2)
1、錐齒輪2、螺桿3、螺帽4、滑塊5、軸套6、活塞軸7、搖桿8、連桿
由曲柄帶動(dòng)連桿，這個(gè)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺桿向下移動(dòng)，調(diào)整活塞桿的行程大小來(lái)改變灌裝的多，完成整個(gè)過(guò)程。
3 灌裝和基本參數(shù)計(jì)算
3.1 灌裝
將液料灌入包裝容器內(nèi)的裝置稱(chēng)為灌裝機(jī)或灌裝設(shè)備。
液料依自身粘度的不同，有的借助自身的重力既能灌入機(jī)械包裝容器內(nèi)，如油，酒、果汁、醬油、墨水、糖漿、農(nóng)藥等；也有的需借助外界壓力才能灌入包裝容器，如番茄醬，肉糜，牙膏，香脂等。對(duì)于低粘度液料，根據(jù)是否溶解有二氧化碳?xì)怏w而分為含氣和不含氣兩類(lèi)。對(duì)于含氣液料，習(xí)慣上將不含酒精成分的，如汽水、礦泉水、可口可樂(lè)等，稱(chēng)為軟飲料，而將含有酒精成分的，如啤酒、汽酒、香檳酒等，稱(chēng)為硬飲料。
液料包裝容器主要有玻璃瓶、金屬灌，以及用塑料或柔性復(fù)合材料制成的各種杯、管、瓶、袋等。在我國(guó)目前還是廣泛采用玻璃瓶灌裝各類(lèi)飲料。這是因?yàn)?，玻璃原料資源豐富、成本低、化學(xué)穩(wěn)定性好、貯藏期長(zhǎng)，無(wú)毒，易清洗，可回收使用，尤其適合包裝高檔商品。而其主要缺點(diǎn)則是是較重，破碎率高，搬運(yùn)不便。因此，今后宜大力發(fā)展輕量瓶及液料軟包裝。采用鋁質(zhì)瓶雖能較好的克服玻璃瓶所存在的缺點(diǎn)，但是它的制造工藝復(fù)雜，成本高，，在國(guó)內(nèi)暫時(shí)難以迅速推廣。至于塑料容器，如聚氯乙烯，因含有聚氯乙烯單體，不宜用作食品包裝容器，而聚乙烯或聚丙烯容器因其阻氣性差，也不宜灌裝含氣的和易氧化的液料?，F(xiàn)今，正致力于研制新型的包裝材料，如聚酯瓶、共擠復(fù)合瓶、復(fù)合包裝盒等。
采用機(jī)械化的灌裝方法不僅可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少產(chǎn)品損失，保證包裝質(zhì)量，而且還可減少生產(chǎn)環(huán)境與被灌裝液料的相互污染。
同時(shí)灌裝機(jī)屬于包裝機(jī)械范疇，它的種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。但通過(guò)對(duì)其工作原理和結(jié)構(gòu)性能的分析，基本都由八個(gè)部分組成的，又稱(chēng)為包裝機(jī)械的八大組要素。它們是機(jī)身、控制系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)和傳動(dòng)、成品輸送機(jī)、主傳送系統(tǒng)、被包裝物品的計(jì)量、包裝材料的整理與供、包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
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)可分為“直線型”，和“旋轉(zhuǎn)型”兩種。前者，包裝容器沿直線做周期性的間歇移動(dòng)，在停歇時(shí)完成灌裝，而后者，包裝容器繞圓周做等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行灌裝。
3.1.1 灌裝方法
由于液料的物理化學(xué)性質(zhì)各有差異，在灌裝時(shí)，有著不同的灌裝要求。液料由貯液裝置（通常稱(chēng)為貯液箱）灌入包裝容器常采用如下幾種方法。
1、常壓法灌裝
常壓法灌裝是在大氣壓力下，直接依靠被灌裝液料的自重流入包裝容器內(nèi)。常壓灌裝工藝過(guò)程為：1）進(jìn)液排氣，即液料進(jìn)入容器，同時(shí)容器內(nèi)的空氣被排出；2）停止進(jìn)液，即容器內(nèi)液料達(dá)到定量要求時(shí)，進(jìn)液自動(dòng)停止；3）排出余液，即排出器管中的殘液，該過(guò)程對(duì)排氣至貯液箱上部氣室的那些結(jié)構(gòu)是必需的。
常壓法主要用于灌裝低不含氣的液料，如奶、白顏色的酒、醬油、藥水等。
2、等壓的方法法灌裝
等壓的方法灌裝利用貯液的箱體上部氣室的壓縮了空氣，給容器內(nèi)充氣，使它們兩個(gè)內(nèi)部的壓力幾乎相等，然后正在被灌裝的液料靠自己重力流入這個(gè)包裝容器內(nèi)部。等壓法灌裝的工藝為：1)充氣的等壓；2）進(jìn)液的回氣3）停止了進(jìn)液4）釋放里面壓力；即釋放瓶頸內(nèi)殘留的壓縮的氣體至大氣體內(nèi)，以免瓶?jī)?nèi)突然降壓引起大量冒泡，影響包裝質(zhì)量和定量精度。
等壓法適用于含氣體飲料，如啤酒、汽水等的灌裝，以利于其中所含氣體CO2的損失。
3、真空法灌裝
真空法灌裝是在低于大氣壓力條件下進(jìn)行灌裝。它有兩種基本方式：一種是差壓真空式，讓貯液箱內(nèi)部處于常壓狀態(tài)，而只對(duì)包裝容器內(nèi)部抽氣，使其形成一定的真空度，液料依靠容器內(nèi)的壓力差，流入包裝容器并完成灌裝；另一種是重力真空室，讓貯液箱和包裝容器都接近相等的真空狀態(tài)，液料靠自重流入該容器內(nèi)。目前，國(guó)內(nèi)常用差壓真空式，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。
真空法灌裝的工藝過(guò)程為：1）瓶抽真空；2）進(jìn)液排氣；3）停止進(jìn)液；4）余液回流，即排氣管中的殘液經(jīng)真空回流至貯液箱內(nèi)。
真空法適用于灌裝黏度稍大些的液料（如油類(lèi)、糖漿等），含維生素的液料如蔬菜汁、果子汁和等有毒的液料（如農(nóng)藥等）。此法不但能提高灌裝速度而且能減少液料和容器內(nèi)殘存空氣的接觸和作用，故有利于延長(zhǎng)某些產(chǎn)品的保存期，此外，還能限制毒性氣體和液體的逸散，從而改善操作條件，但對(duì)灌裝含有芳香性氣體的酒類(lèi)卻是不適宜的，因?yàn)闀?huì)增加酒香的損失。
4、虹吸法灌裝
虹吸法灌裝時(shí)應(yīng)用虹吸原理使液料經(jīng)虹吸管由貯液箱被吸入容器，直至兩者液位相等為止。此法適合灌裝黏度不含氣的液料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但灌裝速度較低。
5、壓力法灌裝
壓力法灌裝是借助機(jī)械或氣液壓等裝置控制活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將黏度較大的液料從貯料缸吸入活塞缸內(nèi)，然后再?gòu)?qiáng)制壓入待灌容器中。這種方法有時(shí)也用于汽水之類(lèi)的軟飲料的灌裝，由于其中不含膠體物質(zhì)，形成泡沫易于消失，故可依靠本身所具有的氣力直接灌入未經(jīng)預(yù)先充氣的瓶?jī)?nèi)，從而大大提高了灌裝速度。
在選擇灌裝方法時(shí)除應(yīng)考慮液料本身的特性（粘度，密度、含氣性、揮發(fā)性）以外，還必須認(rèn)真分析產(chǎn)品的工藝要求以及灌裝機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
以啤酒為例，它的主要灌裝工藝要求，一是保證足夠的二氧化碳含量，二是降低含氧量，為了避免在殺害毒菌和儲(chǔ)藏的期間與酒杯中某些還原性物質(zhì)相湊合而能改變酒的味道，嚴(yán)重的導(dǎo)致變質(zhì)。
所以，在灌裝液體過(guò)程當(dāng)中，按規(guī)定維持特別穩(wěn)定的壓力及溫度，為了防止引發(fā)沖擊而形成了大的渦流。理論知識(shí)以及現(xiàn)實(shí)表明，在酒中所含有又經(jīng)過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)的二氧化碳的數(shù)量是跟著大的壓力變小或溫度上升而變小。
同時(shí)，在灌裝過(guò)程中，還要求設(shè)法減少液料與空氣的接觸，并盡量消除瓶頸殘留空氣的影響（為減少加熱殺菌時(shí)的爆瓶率，通常規(guī)定瓶頸所留空隙的容積最好不少于3%）。為此，有時(shí)在灌裝結(jié)束后，還一道用二氧化碳或其他惰性氣體置換瓶頸空氣的工序，或者在灌裝剛一結(jié)束時(shí)用敲擊法或高壓無(wú)菌水沖擊法致使產(chǎn)生泡沫，以驅(qū)逐瓶頸空氣，緊接著即進(jìn)行壓蓋封口。另外，鑒于在灌裝過(guò)程中，啤酒與空氣的接觸主要來(lái)自瓶?jī)?nèi)以及貯液箱內(nèi)留存的空氣故也可通過(guò)改進(jìn)灌裝工藝和機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)降低酒中的含氧量。例如，在灌裝前先抽去瓶?jī)?nèi)空氣的90%左右，然后充入二氧化碳使其等壓，此法稱(chēng)為真空等壓法，但這勢(shì)必會(huì)增加動(dòng)力和二氧化碳的消耗?；蛘邔①A液箱與氣室分開(kāi)，另設(shè)充氣室和排氣室，即有單室改變?yōu)槿摇＿@樣，貯液箱內(nèi)充滿(mǎn)液料，與空氣脫離接觸，瓶?jī)?nèi)排出的空氣也不混入貯液箱，而被引入單獨(dú)設(shè)置的低壓氣箱內(nèi)，從而可適當(dāng)提高排氣和灌裝速度，即減少酒與空氣的接觸作用時(shí)間。此法稱(chēng)為等壓-差壓法。根據(jù)實(shí)際情況測(cè)定，對(duì)于原氧含量為0.25到0.3ppm的啤酒。采用單室結(jié)構(gòu)進(jìn)行灌裝，含氧量大約增加1ppm,而采用預(yù)抽真空或三室結(jié)構(gòu)進(jìn)行灌裝，則大約增加0.2ppm。
3.1.2 定量方法
液料定量多用容積式定量法，大體上有如下三種。
1、控制液位定量法：
此法是通過(guò)灌裝時(shí)控制被灌容器（如瓶子）的液位來(lái)達(dá)到定量值得。習(xí)慣上稱(chēng)為“以
定量法”。
2、定量杯定量法
此法是將液料先注入定量杯中，然后再進(jìn)行灌裝。若不考慮滴液等損失則每次灌裝的液料容積應(yīng)與定量杯的相應(yīng)容積相等。
3、 定量泵定量法
此法是采用機(jī)械壓力灌裝的一種定量方法。每次灌裝物料的容積與活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程成正比。
比較上述三種定量方法，不難了解，第一種方法由于直接受到瓶子容積精度以及瓶口密封程度的影響，其定量精度差，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，至今乃被廣泛采用。
實(shí)際上，選擇定量方法首先應(yīng)考慮產(chǎn)品所要求的定量精度。而定量精度與產(chǎn)品有關(guān)，越是名貴的產(chǎn)品，其計(jì)量誤差應(yīng)取得越小。我國(guó)對(duì)番茄醬等灌頭食品，要求其重量誤差不超過(guò)+-3%；對(duì)640ml啤酒要求其容量誤差不超過(guò)+-10ml（有的國(guó)家為+-3ml左右）；對(duì)高檔的瓶裝酒類(lèi)，要求其液位誤差不超過(guò)+-1.5mm.
此外，選擇定量方法還要考慮液料本身的工藝性。例如，對(duì)于含氣飲料的灌裝，若采用定量杯定量法，貯液箱內(nèi)的泡沫反倒有可能降低定量精度。因此，在這種情況下，一般以采用控制液位的定量法較為適宜。
3.1.3 灌裝機(jī)基本參數(shù)計(jì)算
3.1.3.1 輸送管路的的計(jì)算
1、輸液管尺寸的確定
從儲(chǔ)液槽到到灌裝機(jī)貯液箱的的輸液管路一般均用圓管敷設(shè)。設(shè)計(jì)時(shí)，首先要合理選擇它的內(nèi)徑和壁厚。
2、圓管內(nèi)徑
設(shè)輸液管的內(nèi)徑為d(m),截面積為A（m），液料在管內(nèi)的流速為u（m）,體積流量為V（），由于
A= （3.1）
u= （3.2）
由上面兩個(gè)式子可得
d=(m)= =0.05m
其中該管的內(nèi)徑為0.05米
可見(jiàn)，欲求d必先V及u。為此，又設(shè)：
W—管內(nèi)質(zhì)量流量（kg/s）
P——液料密度（kg/）
—每瓶灌裝液料的質(zhì)量（kg/pc.）
—灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力（pcs/h）
逐寫(xiě)出
V= （3.3）
則算出=10 kg/pc.， =459.2016pcs/h
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)因根據(jù)具體情況參考表適當(dāng)取流速，這個(gè)表查書(shū)包裝機(jī)械原理與設(shè)計(jì),根據(jù)流量流速代入式算出管徑，必須參照現(xiàn)有的圓管規(guī)格圓整至標(biāo)準(zhǔn)值。
3.圓管壁厚
圓管壁厚一般根據(jù)它的耐壓和耐腐蝕等條件，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選定。
1.儲(chǔ)液槽安裝高度或輸液泵功率的確定
要在單位時(shí)間內(nèi)給灌裝機(jī)貯液箱輸送一定數(shù)量的液料，必須借助高位槽或輸液泵作動(dòng)力源。為合理確定儲(chǔ)液槽的安裝高度或輸液泵的功率，應(yīng)運(yùn)用能量守恒定律，亦即流體力學(xué)的伯努利方程式求解。為此，取輸液管路的始端及兩個(gè)截面作為基準(zhǔn)，，令儲(chǔ)液槽的自由液面和貯液箱的輸液管出口，進(jìn)而列出統(tǒng)一的伯努利方程式。
（3.4）
式中，Z為位壓頭； 為靜壓頭（P為流體壓強(qiáng)）；為動(dòng)壓頭（層流時(shí)取動(dòng)能修正系數(shù)a=2,紊流時(shí)取a=1）；HE=為泵壓頭（即單位質(zhì)量的液料通過(guò)泵所獲得的能量）；為損失壓頭（包括直管阻力損失與局部阻力損失之和），此算法可查有關(guān)資料。
4.求高位槽的安裝高度
(3.5)
高位槽液面與大氣接觸，按表壓計(jì)算，=0，故=0
高位槽液面較大，流速甚小，可以不計(jì)，故=0
取一段截面作為計(jì)算基準(zhǔn)，故=0
根據(jù)其他條件，依次可求得
為求管子損失壓頭，需先計(jì)算出雷偌準(zhǔn)數(shù)
由于》2320，可知液料在管內(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=0.2，則直管損失壓頭為 (3.6)
若各安裝兩個(gè)彎頭和球心閥，則局部阻力損失壓頭
==7.1m (3.7)
代入有關(guān)值
(3.8)
可見(jiàn)，本例所需高位槽的液位太高，不便應(yīng)用。
2\求所需泵的的軸功率N
設(shè)儲(chǔ)液池自由液面，管路上又多了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭，故損失壓頭
(3.9)
代入可得泵壓頭
m (3.10)
則輸液泵所需軸功率
N=== (3.11)
3.1.4閥端孔口流量計(jì)算
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)Q,\孔口流通面積A0,及孔口截面壓頭H,，現(xiàn)分別討論如下;
1） 通道流速系數(shù)Q
液料經(jīng)灌裝閥通道所受阻力越小，Q值越大，但它恒小于1.
通常，q值用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定，也可用計(jì)算法近似確定。若已知灌裝閥的結(jié)構(gòu)及操作條件。
通過(guò)查表便能一一找出各段阻力系數(shù)。不過(guò)，閥中各部位的局部阻力不僅難以準(zhǔn)確求出，而且相互之間又容易產(chǎn)生干擾，結(jié)果使系數(shù)有所降低，應(yīng)予修正。一般建議取修正系數(shù)0。77-0.87。這樣，經(jīng)修正后的流速系數(shù)
為便于應(yīng)用起見(jiàn)，在表中列出了在20度時(shí)幾種代表性食用油的主要特性參數(shù)，供參考。
此外，也可用實(shí)驗(yàn)方法確定流速系數(shù)。具體做法是：先參照現(xiàn)有同類(lèi)型灌裝機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，測(cè)定A0\H\V各值（V最好由測(cè)定的灌裝時(shí)間間接計(jì)算）。然后再按式求出Q值。根據(jù)多臺(tái)灌裝機(jī)的測(cè)定，對(duì)灌裝低粘度的酒類(lèi)，一般可取Q=0.5左右。
（2）孔口流通面積A0
在瓶口尺寸允許的條件下應(yīng)盡量取較大的A0值，并應(yīng)盡量增大該截面的浸潤(rùn)周邊長(zhǎng)度，以減小雷偌準(zhǔn)數(shù)，從而使液料流動(dòng)更加穩(wěn)定。
（3）孔口截面壓頭H
它包括兩項(xiàng)，一個(gè)是孔口截面靜壓頭，它除受自由出流或淹沒(méi)出流的影響外，更重要的是取決于貯液箱和待灌瓶?jī)?nèi)的氣壓差。另一個(gè)是孔口截面的位壓頭，它除受定量方法的影響外，更重要的是取決于貯液箱內(nèi)自由液面對(duì)閥端的口截面的向上高度h。
4 關(guān)鍵零部件
灌裝閥是貯液的箱體、氣體室內(nèi)（有充氣的室、有排氣的室、有真空的室等等）和灌裝的容器三個(gè)它們之間的流動(dòng)液體通路的開(kāi)關(guān)，看到灌裝液體的工藝的規(guī)定，且按照順序?qū)τ嘘P(guān)的通路開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。為了方便討論，現(xiàn)在灌裝閥大致劃分成三個(gè)大的部分：一個(gè)是有許多個(gè)流道的開(kāi)關(guān)（或者稱(chēng)為閥門(mén)）元器件所組成的閥的體；二個(gè)是通過(guò)與灌裝的容器直接開(kāi)始靠到的閥的端口；三個(gè)是受到外面控制用來(lái)啟閉閥門(mén)關(guān)閉后防止了漏液、密封結(jié)構(gòu)。
4.1閥門(mén)的啟閉形式
為實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的啟閉，閥體中每一個(gè)閥門(mén)都由不動(dòng)部分（如閥座）與可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于不動(dòng)部分（如閥座）與可動(dòng)部分（如閥芯、旋塞、閥蓋等）組成。根據(jù)可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于不動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式，大體上可將閥體歸為以下幾種主要類(lèi)型：
1、單移閥
閥體中含有可動(dòng)構(gòu)件，啟閉時(shí)它相對(duì)于不動(dòng)構(gòu)件只作一次往復(fù)軸向移動(dòng)。顯然，這種閥屬于單閥型，根據(jù)可動(dòng)構(gòu)件啟閉流體通路的方式可分為端面式和柱面式兩種：
2、 旋轉(zhuǎn)閥
在閥門(mén)啟閉時(shí)，閥體的可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)不動(dòng)構(gòu)件作旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)，按其流道孔眼的對(duì)合
和錯(cuò)開(kāi)來(lái)達(dá)到通道的的切換。作為相對(duì)旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)的配合面大致有以下幾種形式。
（1）圓柱或圓錐式將旋柄轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，就能通過(guò)旋塞交替地啟閉閥座上的液路和氣路。由于旋塞與閥座的配合表面易磨損產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象，故多呈圓錐狀，并用壓簧壓緊予以補(bǔ)償。彈簧壓力可調(diào)，以利于控制旋柄的工作阻力。
為減少泄漏損失和污染環(huán)境，不論是圓柱式或圓錐式旋轉(zhuǎn)閥，多適用于粘度較高液料的灌裝。
下面結(jié)合圖所示的牙膏灌裝機(jī)采用圓柱式旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)行討論。
圖4.1(圓柱式旋轉(zhuǎn)閥)
1- 凸輪，2-齒條齒輪機(jī)構(gòu)，3-活塞筒，4-料槽，5-下料管，6-牙膏管，7-活塞，8-套圈，9-杠桿，10-搖桿，11-凸輪機(jī)構(gòu)
活塞筒3的擺動(dòng)由凸輪1控制的齒條齒輪機(jī)構(gòu)2驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；钊采祥_(kāi)有呈一定夾角的A,B兩個(gè)圓孔。當(dāng)空A順時(shí)針擺動(dòng)到與料槽4相通時(shí)，下料管與B孔隔斷，活塞7在凸輪導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)11的作用下后退，將牙膏引入活塞筒內(nèi)。接著活塞筒逆時(shí)針擺回，將料槽的底口與A孔隔斷，下料管5與B孔相通。其時(shí)，活塞向前推進(jìn)，將牙膏壓入牙膏管6內(nèi)。倘若牙膏管出現(xiàn)空缺，則因未頂起下料管的套圈8，從而不能迫使杠桿9與搖桿10互相鉤合，以致桿桿及其所連接的活塞暫時(shí)處于停歇狀態(tài)，牙膏也就不會(huì)外流。
灌裝閥的設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的
確定灌裝閥體的結(jié)構(gòu)的分布
按照閥門(mén)的啟閉種類(lèi)（有單移、多移或者旋轉(zhuǎn)），從而指導(dǎo)閥體的可運(yùn)動(dòng)的部分和不運(yùn)動(dòng)動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)的分布，并且相對(duì)的物體運(yùn)動(dòng)面上之間的密封種類(lèi)。相比可以說(shuō)，移動(dòng)的閥特別是端面上的結(jié)構(gòu)上較易出現(xiàn)彈簧的壓緊的密封情況，流道的截面積越大，彎路就會(huì)越少，各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)也會(huì)變的比較不復(fù)雜，非常有助于提升灌裝的速度并且非常方便清潔。但如果零件數(shù)量特別多，并且密封的彈簧如果沒(méi)有效果，灌裝液體就非常難進(jìn)行灌裝了。而旋轉(zhuǎn)閥，通常是用固定的擋塊（或控制氣缸）來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的啟閉，零件的數(shù)目越少，有一定的可靠性，但是很難保證破瓶不灌液體，外部局部也變的非常復(fù)雜，所以應(yīng)用的不夠廣泛。
3、 根據(jù)閥端的結(jié)構(gòu)布局。
根據(jù)灌裝液料的工藝要求來(lái)確定長(zhǎng)管和短管的閥端結(jié)構(gòu)，欲保證定量精度及穩(wěn)定出流等，必須合理布置閥端的某些結(jié)構(gòu)要素。
4、 確定啟閉閥門(mén)的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)閥門(mén)在閥體中所處的位置及其啟閉形式，適當(dāng)選擇閥門(mén)啟閉結(jié)構(gòu)。
5、繪制結(jié)構(gòu)草圖
考慮到設(shè)備生產(chǎn)能力、容器尺寸、貯液箱內(nèi)液位高度以及防止液道出現(xiàn)空穴、液料不穩(wěn)定出流等不正常現(xiàn)象，要妥善選擇液道、液門(mén)的出流截面尺寸和出流速度，以及出液門(mén)至貯液箱自由液面的大致高度。修正閥的總體尺寸為繪制草圖創(chuàng)造必要條件。
6、計(jì)算流道基本參數(shù)
由初定的結(jié)構(gòu)尺寸，再準(zhǔn)確計(jì)算灌裝閥出流截面的流速，使其形成穩(wěn)定的層流。據(jù)此求得所需的灌裝時(shí)間，進(jìn)而考慮灌裝機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速及灌裝區(qū)所占角度，校核并且修正所設(shè)計(jì)的閥是否符合給定的生產(chǎn)能力，只有滿(mǎn)足了這些要求才能最后灌裝閥的結(jié)構(gòu)尺寸，繪制圖紙。我們來(lái)研究這個(gè)閥結(jié)構(gòu)圖根據(jù)B,C所示，通過(guò)活塞5往復(fù)移動(dòng)和旋塞8來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)的密切配合，物料間歇地從旋塞8的上部通道進(jìn)入活塞缸4，又經(jīng)旋塞8的下部通道送出。其進(jìn)出過(guò)程是交替進(jìn)行的。灌裝量受活塞往復(fù)進(jìn)行控制，旋塞8的轉(zhuǎn)動(dòng)受齒條2控制。
由于旋塞是豎著的，所以側(cè)隙均勻，操作穩(wěn)定。其中圖b是由稠厚物料如番茄醬進(jìn)入上端閥口，此時(shí)正好旋轉(zhuǎn)到上端閥口與活塞缸對(duì)接物料進(jìn)入活塞缸內(nèi)，而此時(shí)旋轉(zhuǎn)使得下部閥口關(guān)閉，然后再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)上部閥口關(guān)閉，活塞缸與下部閥口對(duì)接，通過(guò)擠壓進(jìn)入下部閥口，物料流出下部閥口。依次循環(huán)，其中上部閥口的直徑通過(guò)設(shè)計(jì)可以知道是70mm,下部閥口的直徑是40mm,活塞缸的直徑是70厘米。首先這個(gè)灌裝閥口徑是特別好的，粘度特別高的的液體在流動(dòng)的過(guò)程中所發(fā)生的摩擦力。其它的大小由物體的種類(lèi)、所在溫度、所在的濃度等因素所決定的。要是灌裝閥的口徑特別的小，將會(huì)發(fā)生生塞的情況，而且影響了灌裝的速度，要是選擇了灌裝口徑如果很大的話，如果灌裝了完畢之后閥端口處出現(xiàn)滴的情況，所以它會(huì)影響灌裝的精度，而且會(huì)破壞環(huán)境，所以灌裝閥的口徑變的更加好，選好。液料的灌裝將是將物料從貯存缸中拿出來(lái)，通過(guò)管道內(nèi)，按照一定的流速或流量流入包裝容器的過(guò)程，管道中的流體運(yùn)動(dòng)是依靠流入端與流出端壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即流入端壓力必須大于流出端壓力，而且它的灌裝壓力是由氣缸提供的。其次灌裝閥的材料選擇是，要考慮所灌裝物料的性質(zhì)（如粘度），灌裝工藝（如壓力，溫度），通常閥內(nèi)件（閥芯、閥座和閥桿）材料的選擇如下：
（1） 一般要是選用不銹鋼（1Cr18Ni9,SUS302）；要求較高時(shí)選用鑄奧氏體不銹鋼（SUS321）或其他不銹鋼。
（2） 腐蝕性流體應(yīng)根據(jù)種類(lèi)，溫度和壓力，流體所含氧化劑、流速等選擇合適的耐腐蝕的材料。
（3） 流速大，沖刷嚴(yán)重時(shí)選擇耐磨材料，如經(jīng)熱處理的9Cr18,17-4ph、具有緊固氧化層、韌質(zhì)和疲勞強(qiáng)度大的鉻鉬鋼，G6X等。
灌裝閥是各類(lèi)灌裝機(jī)中的關(guān)鍵裝置，它是輸送管道、活塞泵和灌裝容器三者之間的流體通路開(kāi)關(guān)。根據(jù)灌裝工藝的要求，能依次對(duì)有關(guān)通路進(jìn)行切換，它的結(jié)構(gòu)及工作原理是否合理將直接影響灌裝精度的高低。在進(jìn)行物料灌裝時(shí)，物料含有氣體，或溶解有氣體，就容易產(chǎn)生氣泡。
由上面的ａ圖可知該機(jī)構(gòu)其實(shí)是搖桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化的圖如下面，由氣缸帶動(dòng)搖桿的擺動(dòng)，進(jìn)而使連桿移動(dòng)導(dǎo)致滑塊在機(jī)構(gòu)上移動(dòng)，通過(guò)平面自由度計(jì)算，由于在平面機(jī)構(gòu)中，各構(gòu)件只做平面運(yùn)動(dòng)，所以每個(gè)自由構(gòu)件具有３個(gè)自由度。而每個(gè)平面低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）各提供兩個(gè)約束，每個(gè)平面高副只提供一個(gè)約束。設(shè)平面機(jī)構(gòu)中共有ｎ個(gè)活動(dòng)構(gòu)件（機(jī)架不是活動(dòng)構(gòu)件），在各構(gòu)建尚未用運(yùn)動(dòng)副連接時(shí)，它們共有３ｎ個(gè)自由度。而當(dāng)各構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副連接后，設(shè)共有個(gè)低副和個(gè)高副，則它們將提供（）個(gè)約束，故機(jī)構(gòu)自由度為
?。剑ǎ? (4.1)
通過(guò)自由度計(jì)算是
。
圖4.2（機(jī)構(gòu)圖1）
如圖C所示當(dāng)擺動(dòng)角度為８０度時(shí)則齒條行走的距離是８１.６３５６ｍ，即它的齒輪轉(zhuǎn)過(guò)８１.６３５６ｍ．這個(gè)是通過(guò)設(shè)計(jì)而得到的，其中連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題是根據(jù)給定的要求選定機(jī)構(gòu)的型式，確定各構(gòu)件的尺寸，同時(shí)還要滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)條件（如要求存在曲柄，桿長(zhǎng)比恰當(dāng)?shù)龋瑒?dòng)力條件（如適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)角等）和運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件等。
滿(mǎn)足預(yù)定的連桿位置要求，即要求連桿能占據(jù)一有序系列的預(yù)定位置。故這類(lèi)設(shè)計(jì)問(wèn)題要求機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)連桿按一定方位通過(guò)預(yù)定位置，因而又稱(chēng)為剛體引導(dǎo)問(wèn)題。
滿(mǎn)足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求如要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角能夠滿(mǎn)足預(yù)定的對(duì)應(yīng)位移關(guān)系，或要求在原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定的條件下，從動(dòng)件能準(zhǔn)確或近似地滿(mǎn)足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求（又稱(chēng)函數(shù)生成問(wèn)題）。
滿(mǎn)足預(yù)定的軌跡要求即要求在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，連桿上的某些點(diǎn)的軌跡能符合預(yù)定的軌跡要求（簡(jiǎn)稱(chēng)軌跡生成問(wèn)題）。另外可以通過(guò)解析法來(lái)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。
這個(gè)是簡(jiǎn)化的圖，可以簡(jiǎn)單的看出它由氣缸帶動(dòng)曲柄擺動(dòng)，由于曲柄擺動(dòng)帶動(dòng)連桿滑動(dòng)移動(dòng)，滑塊向當(dāng)于齒條，然后齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣齒輪帶動(dòng)旋塞進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.2 活塞行程調(diào)節(jié)裝置
如圖D所示，活塞行程調(diào)節(jié)裝置是一種具有可移支點(diǎn)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)帶有心軸的螺帽３被錐齒輪１通過(guò)螺桿２帶動(dòng)向下移動(dòng)時(shí)，活塞軸６的軸向位移量逐漸加大，即活塞行程增加；反之，則位移量逐漸減少，即活塞行程減少。在曲柄帶動(dòng)搖桿７擺動(dòng)時(shí)，由于活塞軸６的軸心線只能軸向來(lái)回移動(dòng)，所以搖桿７除了繞螺帽３上心軸回轉(zhuǎn)外，搖桿７的兩側(cè)還沿滑塊４的兩側(cè)作上下滑動(dòng)。
圖4.3（機(jī)構(gòu)圖2）
這個(gè)機(jī)構(gòu)圖簡(jiǎn)化如下，通過(guò)平面自由度計(jì)算，由于在平面機(jī)構(gòu)中，各構(gòu)件只做平面運(yùn)動(dòng)，所以每個(gè)自由構(gòu)件具有３個(gè)自由度。而每個(gè)平面低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）各提供兩個(gè)約束，每個(gè)平面高副只提供一個(gè)約束。設(shè)平面機(jī)構(gòu)中共有ｎ個(gè)活動(dòng)構(gòu)件（機(jī)架不是活動(dòng)構(gòu)件），在各構(gòu)建尚未用運(yùn)動(dòng)副連接時(shí)，它們共有３ｎ個(gè)自由度。而當(dāng)各構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副連接后，