包裝真空機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計
包裝真空機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
系部名稱： 機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)班級： 機(jī)械設(shè)計制造及自動化 08-1班
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
職 稱：
二○一二年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
The infusing liquid system of the product line of acid vegetable automatic packing Line
Candidate：Li Ying
Specialty： Mechanical Design
Manufacture & Automation
Class： 08-1
Supervisor：Lecturer. Ma Wuxue
Heilongjiang Institute of Technology
2012-06·Harbin
摘 要
近半個多世紀(jì)以來，隨著生產(chǎn)與流通日益社會化、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。
本設(shè)計主要目的是實(shí)現(xiàn)酸菜加工的自動化。其間介紹了灌裝機(jī)的概念、種類。主要是針對酸菜自動包裝生產(chǎn)線注液系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計主要通過對機(jī)械設(shè)計的學(xué)習(xí)、了解和掌握，來確定酸菜自動包裝生產(chǎn)線注液系統(tǒng)的各個組成零件并最后組裝。通過計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，決定采用氣泵為動力源，以氣缸的往復(fù)運(yùn)動及兩個單向閥的反向安裝來實(shí)現(xiàn)酸菜自動包裝生產(chǎn)線注液系統(tǒng)的吸液和注液，從而實(shí)現(xiàn)由比較簡單的結(jié)構(gòu)完成要求的目的。
設(shè)計后的酸菜自動包裝生產(chǎn)線注液系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造和維修容易、操作簡單，成本低。廣泛用于中小型食品生產(chǎn)企業(yè)。
關(guān)鍵詞：氣泵；氣缸；單向閥；電池?fù)Q向閥；行程開關(guān)；貯液缸；自動控制
ABSTRACT
With the socialization and modernization of the production and circulation since more than half a century，products packing is flourishing with a completely new feature and attached importance widely.
The main purpose of this design is to realize the automatization of acid vegetable processing. It introduces the conception and category of the filling machine. The design aims at the infusing liquid system of the product line of acid vegetable automatic packing. We confirm every part of the system and install it according to the study of machinical design. We decide to use the air pump as the power fountain and realize sucking liquid and infusing liquid by the reciprocating of air urn and the reversed setting of two mon-return valves after calculating.Consequently,we achieve the purpose with a more simple configuration.
The infusing liquid system of the product line of acid vegetable automatic packing have simple configuration,. It is tighten and easy to produce, mend and handle .Also it cost low .It is widely used in small and middle food manufactories.
Key word: air pump；air urn；mon-return valve；eleceromagnetism cross valve；limit switch；stores the fluid cylinder；auto control
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1 課題背景 1
1.2 課題目的與意義 1
1.3 我國食品和包裝機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.3.1 食品和包裝機(jī)械工業(yè)初具規(guī)模 3
1.3.2 基本形成了為食品加工業(yè)提供成套裝備的能力 3
1.3.3 在部分領(lǐng)域形成了大型關(guān)鍵單機(jī)生產(chǎn)制造能力 3
1.3.4 我國食品和包裝機(jī)械工業(yè)與發(fā)達(dá)國家還有較大差距 3
1.4 食品和包裝機(jī)械近期發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域和方向 4
第2章 灌裝機(jī) 6
2.1 灌裝機(jī)概述 6
2.2 國內(nèi)飲料灌裝機(jī)械的發(fā)展概況 6
2.3 液體灌裝設(shè)備的分類 7
2.4本章小結(jié) 8
第3章 注液系統(tǒng)的總體方案 9
3.1 注液系統(tǒng)的工藝方案 9
3.2 注液總體原理示意圖 9
3.2 動力源的選擇 9
3.4 注液系統(tǒng)的傳動方案 10
3.5 本章小結(jié). 10
第4章 系統(tǒng)各部分組件的計算及選用 11
4.1 貯液缸的選用 11
4.2 單向閥的選用 11
4.3 雙作用雙活塞桿氣缸計算及選用 12
4.4 耗氣量計算 15
4.5 活塞桿直徑校核 16
4.6 氣缸的運(yùn)行速度 17
4.7 換向閥的選用 18
4.8 行程開關(guān)的選用 19
4.9 管道的選擇 19
4.10 方向控制裝置 20
4.11 氣動控制部分 20
4.12 本章小結(jié) 21
第5章 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計 22
5.1 固定板的設(shè)計 22
5.2 外框架的設(shè)計 22
5.3 儲液箱的設(shè)計 22
5.4 本章小結(jié) 23
結(jié) 論 24
參考文獻(xiàn) 25
致 謝 26
附 錄A 27
附 錄B 35
第1章 緒 論
1.1 課題背景
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國食品工業(yè)得到快速發(fā)展，已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。2002年食品工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到10554億元，占全國工業(yè)總產(chǎn)值10%左右，食品工業(yè)的利稅總額占全國工業(yè)部門利稅總額的20%左右。居全國各產(chǎn)業(yè)部門之首。
食品和包裝機(jī)械行業(yè)作為食品工業(yè)提供裝備的工業(yè)，形成于20世紀(jì)七十年代末與八十年代初，經(jīng)過八十年代的快速發(fā)展，九十年代的高速增長，目前已進(jìn)入結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)品質(zhì)量升級、提高創(chuàng)新能力的關(guān)鍵時期。2002年食品和包裝機(jī)械全行業(yè)總產(chǎn)值近400億元，已成為機(jī)械工業(yè)系統(tǒng)十四大行業(yè)之一，初步滿足了我國食品工業(yè)的需要。
包裝機(jī)械化的重意義
現(xiàn)代包裝的基本含義是：對不同批量的產(chǎn)品，選用某種有保護(hù)性、裝飾性的包裝材料或包裝容器，并借助適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段實(shí)施包裝作業(yè)，以達(dá)到規(guī)定的數(shù)量和質(zhì)量，同時設(shè)法改善外部結(jié)構(gòu)，降低包裝成本，從而在流通直至消費(fèi)的整個過程中使之容易儲存搬運(yùn)，防止產(chǎn)品破損變質(zhì)，不污染環(huán)境，便于識別應(yīng)用和回收廢料，有吸引力，廣開銷路，不斷促進(jìn)擴(kuò)大再生產(chǎn)。
本文研究的是自動包裝機(jī)生產(chǎn)線的注液系統(tǒng)。大量事實(shí)表明，實(shí)現(xiàn)包裝的機(jī)械化和自動化，尤其是實(shí)現(xiàn)具有高度靈活性(或稱柔性)的自動包裝線，不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向，同時也可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 課題目的與意義
無論在國內(nèi)或國外，包裝工作已涉及到各行各業(yè)，面廣量大，對人民生活、國際貿(mào)易和國防建設(shè)都帶來深刻的影響，甚至在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)了過去準(zhǔn)以想象的新情況：未經(jīng)包裝出售的商品變得越來越少了，而且包裝上的失敗往往會使很好的產(chǎn)品得不到成功的銷售。因而不妨這樣說，在將來，如果沒有現(xiàn)代化的包裝就沒有商品的生產(chǎn)和銷售；可是如果沒有先進(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)高水平的現(xiàn)代化包裝。
迄今，一些科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的國家，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，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)所組成的包裝連續(xù)化和自動化的生產(chǎn)過程，有的還將包裝材料加工、包裝容器成型及包裝成品儲存系統(tǒng)都聯(lián)系起來組成高效率的流水作業(yè)線。再者，為使包裝成品更好地進(jìn)入流通領(lǐng)域，大都配有專用的自動化倉庫，并采用托盤集裝箱運(yùn)輸。（如圖1.1所示的現(xiàn)代化酒廠自動包裝線的工藝流程簡圖就是一個頗有代表役的例子。）
圖 1.1 現(xiàn)代化酒廠自動包裝線的工藝流程簡圖
(1)能增加花色品種，改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)市場競爭能力。
現(xiàn)代包裝機(jī)械所能完成的工作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡單地模仿人的動作，甚至可以說在很多場合用巧妙的機(jī)械方法包裝出來的成品，不論在式樣、質(zhì)地或精度等方面，大都是手工操作無法勝任和媲美的。隨著商品的多樣化，這一點(diǎn)越來越引起了人們的重視。另外，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)生和金屬制品的防銹防蝕。
(2)能改善勞動條件，避免污染危害環(huán)境。
對有劇毒、刺激性的、低溫、潮濕性的、爆炸、放射性的，以及必須放置在暗室中的物品，實(shí)現(xiàn)了包裝的機(jī)械化和自動化便可大大改善操作條件，避免污染危害環(huán)境。至于對需要進(jìn)行長期、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)械化和自動化，則能大大減輕體力勞動強(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、被體物料在手工包裝過程中容易發(fā)生逸散、氣泡、飛濺現(xiàn)象，若改為機(jī)械包裝則會大大減少損失。
(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、十幾倍甚至幾十倍，無疑這格會更好地適應(yīng)市場的實(shí)際需要，合理安排勞動力，為社會多創(chuàng)造助富。
由此可見，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)系到國家長遠(yuǎn)規(guī)劃的一件大事，也是搞好社會主義四個現(xiàn)代化的一項重要內(nèi)容。
1.3 我國食品和包裝機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1食品和包裝機(jī)械工業(yè)初具規(guī)模
目前我國食品和包裝機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)達(dá)6000余家，其數(shù)量在世界各國中居第一位，產(chǎn)品品種3000多種。2002年全行業(yè)總產(chǎn)值395.36億元。其中年產(chǎn)值500萬元以上生產(chǎn)企業(yè)1133家，2002年產(chǎn)品銷售收入345.16億元，其余4000多家為小型企業(yè)，其中近一半為兼營企業(yè)。2002年食品加工和包裝機(jī)械出口交貨值2.61億美元，其中包裝機(jī)械出口交貨值1.38億美元，開始走向世界。
1.3.2 基本形成了為食品加工業(yè)提供成套裝備的能力
食品工業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了食品加工和包裝機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。食品和包裝機(jī)械的發(fā)展又為食品工業(yè)的發(fā)展提供了重要的裝備保障。初步形成了以大學(xué)工藝基礎(chǔ)研究、院所技術(shù)創(chuàng)新和工程轉(zhuǎn)化應(yīng)用技術(shù)開發(fā)、企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造的分工協(xié)作產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系，在一批產(chǎn)品加工領(lǐng)域形成了企業(yè)為主體的關(guān)鍵單機(jī)生產(chǎn)制造能力和以院所為主體的工程成套裝備能力。
1.3.3在部分領(lǐng)域形成了大型關(guān)鍵單機(jī)生產(chǎn)制造能力
近10年有幾百項較高技術(shù)水平加工設(shè)備相繼問世并投入生產(chǎn)，達(dá)到國外20世紀(jì)80年代末90年代初水平，個別機(jī)型達(dá)到世界先進(jìn)水平。微波技術(shù)、速凍技術(shù)、真空技術(shù)、膨化技術(shù)、超微粉碎技術(shù)、微膠囊技術(shù)、二氧化碳超臨界萃取技術(shù)等高新技術(shù)已逐步應(yīng)用到食品加工裝備中。
1.3.4我國食品和包裝機(jī)械工業(yè)與發(fā)達(dá)國家還有較大差距
我國食品與包裝機(jī)械工業(yè)起步晚、基礎(chǔ)差，目前達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平的加工裝備僅占全部的5%～10%；整個行業(yè)落后20～25年。每年還需要進(jìn)口大量的食品和包裝機(jī)械，以滿足我國食品工業(yè)之需要。技術(shù)創(chuàng)新和工程轉(zhuǎn)化能力十分薄弱
我國絕大多數(shù)食品加工和包裝機(jī)械制造企業(yè)屬于中小企業(yè)，基本上不具備自主研發(fā)能力；由于科研投入不足，研究院所和高等院校的實(shí)驗條件不完善，造成我國市場上的產(chǎn)品主要還是仿制、測繪或稍加改造的國產(chǎn)化，產(chǎn)業(yè)主體技術(shù)依靠國外，有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品少，與世界上食品和包裝機(jī)械工業(yè)強(qiáng)國相比相差甚遠(yuǎn)，整體技術(shù)水平落后20～25年。
在工程轉(zhuǎn)化和技術(shù)集成方面還沒有形成有效的產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合機(jī)制，在低水平上各自為戰(zhàn)、重復(fù)引進(jìn)、重復(fù)研發(fā)的現(xiàn)象相當(dāng)普遍；工藝研究、裝備開發(fā)、生產(chǎn)制造相互脫節(jié)，工程成套及工程轉(zhuǎn)化能力弱。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與質(zhì)量、性能有待改善
我國食品和包裝機(jī)械行業(yè)目前存在的主要問題可歸結(jié)為五多五少，即：單機(jī)多，成套少；主機(jī)多，輔機(jī)少；技術(shù)含量低的產(chǎn)品多，高技術(shù)、高附加值、高生產(chǎn)率的產(chǎn)品少；初加工設(shè)備多，深加工設(shè)備少；通用機(jī)型多，特殊要求、特殊物料加工的機(jī)型少。產(chǎn)品性能與國外同類產(chǎn)品相比，生產(chǎn)能力低、能耗高。較好的產(chǎn)品小時生產(chǎn)能力僅是國外先進(jìn)水平的1/2，能耗成倍地高于國外先進(jìn)產(chǎn)品水平，尤其是大型設(shè)備性能差距更大，致使國內(nèi)大型生產(chǎn)線基本都從國外引進(jìn)。
產(chǎn)品質(zhì)量方面，存在著工作穩(wěn)定性、可靠性差，造型落伍，外觀粗糙，基礎(chǔ)件和配套件壽命短等問題。只有少數(shù)產(chǎn)品制定了可靠性標(biāo)準(zhǔn)，無故障時間比國外先進(jìn)水平的同類產(chǎn)品低得多，僅是它們的1/2～1/3。
企業(yè)規(guī)模小、布局不合理
在企業(yè)規(guī)模方面，一是集中度不高，二是人均勞動生產(chǎn)率低。我國食品和包裝機(jī)械工業(yè)，從企業(yè)數(shù)量看還不少，有6000余家,比食品和包裝機(jī)械工業(yè)強(qiáng)國都多，其中有近2000多家不夠穩(wěn)定，每年有近15%的企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)或倒閉，但又有15%的企業(yè)加入這個行業(yè)。產(chǎn)值及銷售額超過億元的企業(yè)僅有十幾家，最好的企業(yè)產(chǎn)值和銷售額剛過10億元，上市企業(yè)僅有一家；年銷售額過3000萬元的企業(yè)僅有50家，這50家企業(yè)的總銷售額僅有80億元，集中度僅達(dá)到20.66%。多數(shù)企業(yè)年產(chǎn)值在幾百萬到一千萬之間，低于100萬的企業(yè)為數(shù)還不少。人均勞動生產(chǎn)率多數(shù)企業(yè)在10萬人民幣以下。
布局上，我國食品和包裝機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)主要集中在浙江、江蘇、上海、山東、廣東、遼寧、北京和河南等省市,上述8省市生產(chǎn)企業(yè)占全國食品和包裝機(jī)械工業(yè)總數(shù)的64%，而西北地區(qū)的甘肅、寧夏、青海和新疆4個省區(qū)生產(chǎn)企業(yè)只占總數(shù)的0.8%，分布極不均衡。
1.4 食品和包裝機(jī)械近期發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域和方向
加快發(fā)展食品和包裝機(jī)械的技術(shù)創(chuàng)新速度，推動產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、企業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。選擇食品工業(yè)中主要行業(yè)的技術(shù)裝備，如大豆加工設(shè)備、玉米加工設(shè)備、馬鈴薯加工設(shè)備、油料加工設(shè)備、乳品加工設(shè)備、肉類加工設(shè)備、果蔬保鮮與加工設(shè)備、飲料加工設(shè)備、方便食品和功能性食品加工設(shè)備、水產(chǎn)品深加工、食品包裝機(jī)械、 食品和包裝機(jī)械共性技術(shù)和設(shè)備等“重點(diǎn)突破”，依靠技術(shù)創(chuàng)新，結(jié)合技術(shù)改造和關(guān)鍵技術(shù)引進(jìn)與消化吸收，提高食品工業(yè)裝備的自動化水平，向多品種、成套化、大型化方向發(fā)展。
第2章 灌裝機(jī)
2.1 灌裝機(jī)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)域中對啤酒、飲料、乳品、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)械有相當(dāng)一大部分用于食品行業(yè)，尤其是飲料制造業(yè)。
2.2 國內(nèi)飲料灌裝機(jī)械的發(fā)展概況
飲料港裝機(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。1809年美國研制出玻璃瓶灌裝機(jī)；1902年市場上出現(xiàn)酒裝番茄醬的壓力灌裝機(jī)；1912年發(fā)明了皇冠蓋封口機(jī)；不久集灌裝和封口于一體的灌裝壓蓋機(jī)問世；在20世紀(jì)末，啤酒釀造業(yè)發(fā)達(dá)的德國制造出手動啤酒酒裝和壓蓋機(jī)。
含氣飲料的酒裝工藝難度大，酒裝設(shè)備的發(fā)展大約經(jīng)歷了三個階段。第一階段是1952-1957年間，完成了含氣飲料灌裝機(jī)由差壓灌裝向等壓灌裝的過渡，采用的是機(jī)械閥。第二階段是1957-1979年，這期間首先是德國H＆K公司，之后是法國和前蘇聯(lián)，發(fā)明研制了等壓彈簧閥。彈簧閥在等壓狀態(tài)下，借助彈簧力將充液閥打開，破瓶后充液閥可自動關(guān)閉，這樣不僅使滔裝機(jī)酌控制機(jī)構(gòu)簡化，而且延長了灌裝閥的有效工作時間，為灌裝機(jī)的高速化創(chuàng)造了條件。彈簧閥的出現(xiàn)是液體等壓灌裝發(fā)展史上的一個重要階段，至今等壓灌裝機(jī)仍普遍采用彈簧閥．只是功能更完善，結(jié)構(gòu)更加合理。第三階段是以德國SEN公司發(fā)明的電動閥為標(biāo)志，電動閥中氣閻和水閥的開啟和關(guān)閉由可編程控制器控制，對灌裝時間、灌裝速度進(jìn)行嚴(yán)格和可靠地界定。
我國飲料遞裝機(jī)械制造業(yè)起步晚，20世紀(jì)60年代前基本上是空白，當(dāng)時國內(nèi)啤酒廠和汽水廠都是使用美國和日本20世紀(jì)30—40年代的設(shè)備，工藝落后，機(jī)械陳舊，嚴(yán)重影響了我國啤酒和飲料工業(yè)的發(fā)展，1967年我國才開始研究和生產(chǎn)灌裝機(jī)械。進(jìn)入20世紀(jì)70年代．我國先后引進(jìn)了一些國外灌裝生產(chǎn)線，在裝備一些飲料生產(chǎn)企業(yè)的同時．也促進(jìn)了我國包裝機(jī)械行業(yè)進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。機(jī)械、輕工、軍工等領(lǐng)域的一些企業(yè)開始在仿制和消化吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了各種中小型的灌裝機(jī)械，提供給國內(nèi)一大批飲料廠，促進(jìn)了我國飲料業(yè)的發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，我國采用技術(shù)貿(mào)易結(jié)合的方式，引進(jìn)德國SEN公司20000瓶／h的啤酒灌裝線和日本三菱公司18000瓶／h的含氣飲料灌裝線的制造技術(shù)，到1991年又引進(jìn)了德國KHS公司36000瓶／h的啤酒灌裝線及生產(chǎn)技術(shù)。這樣，我國不僅能夠生產(chǎn)中小型的灌裝機(jī)，而且開始生產(chǎn)大型灌裝機(jī)，技術(shù)水平上了一個臺階，將我國液體灌裝設(shè)備制造業(yè)的整體水平提高到一個新的水平。
2.3 液體灌裝設(shè)備的分類
表2.1 液體灌裝設(shè)備分類表
分類方法
灌裝機(jī)機(jī)型
主要特點(diǎn)
按灌裝閥灌裝原理分類
等壓式灌裝機(jī)
用于啤酒，碳酸飲料及其他含氣飲料的包裝，也可以灌裝不含氣飲料
負(fù)壓式灌裝機(jī)
用于不含氣飲料，酒類灌裝灌裝閥很少有滴漏現(xiàn)象
常壓式灌裝機(jī)
容積定量，重力灌裝。用于酒類，乳品，調(diào)味品及礦物油，藥品，保健品等化工類產(chǎn)品灌裝，液損很小
壓力式灌裝機(jī)
用于不含氣飲料的液面灌裝，灌裝速度較快，無液損
容積式壓力灌裝機(jī)
背壓式灌裝，定量準(zhǔn)確并可調(diào)節(jié)，用于植物油，洗滌類日用化工產(chǎn)品等低粘稠液體灌裝
稱重式定量灌裝機(jī)
用于飲料原漿，酒類，藥品和植物油等要求定量準(zhǔn)確液體的灌裝，稱量方法有電子稱和機(jī)械稱兩種
按灌裝閥排列形式分類
直線式灌裝機(jī)
間歇式步進(jìn)輸送，適用于特殊形狀包裝容器，大容積的液體包裝，生產(chǎn)效率較低
回轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)
由直線式灌裝機(jī)發(fā)展而成的普通形式，高速連續(xù)工作，生產(chǎn)效率較高
按包裝容器分類
玻璃瓶灌裝機(jī)
包裝含氣或不含氣液體的等壓，負(fù)壓，常壓壓力灌裝機(jī)
聚酯瓶灌裝機(jī)
包裝含氣或不含氣飲料，乳品，植物油，調(diào)味品，洗滌類日用化學(xué)品等液體的等壓，負(fù)壓，常壓壓力灌裝機(jī)
金屬二片易拉罐灌裝機(jī)
包裝啤酒，碳酸飲料等含氣液體的等壓灌裝
金屬三片易拉罐灌裝機(jī)
包裝果汁，素菜汁，植物蛋白飲料等不含氣液體的常壓灌裝機(jī)
復(fù)合紙包裝灌裝機(jī)
無菌包裝，灌裝乳品，果汁，素菜汁等不含氣飲料
按包裝容器的封口形式分類
皇冠蓋壓封灌裝機(jī)
包裝含氣或不含氣飲料冠形瓶，玻璃瓶封口
塑料蓋壓封灌裝機(jī)
包裝不含氣飲料，瓶蓋為撕開式塑料防盜蓋
塑料蓋擰封灌裝機(jī)
包裝含氣或不含氣飲料，塑料防盜蓋為抓蓋擰封
鋁質(zhì)扭斷蓋壓紋封口灌裝機(jī)
玻璃瓶或塑料瓶螺旋口的鋁制蓋壓紋封口，用于含氣或不含氣飲料灌裝
易拉罐二重卷邊封口灌裝機(jī)
包裝啤酒，含氣飲料或果汁，植物蛋白飲料的易拉罐等壓，常壓灌裝
三（四）旋蓋旋封灌裝機(jī)
廣口玻璃瓶封口，用于包裝果汁，果醬類產(chǎn)品
錫箔熱封灌裝機(jī)
容積式灌裝，乳制品塑料包裝的封口
軟木塞壓封灌裝機(jī)
干葡萄酒軟木塞封口，負(fù)壓或常壓灌裝
壓塞-塑料蓋擰封灌裝機(jī)
洗滌類日化產(chǎn)品包裝，復(fù)合封口方式
錫箔熱封-塑料蓋擰封灌裝機(jī)
乳制品類飲料包裝，復(fù)合封口方式
2.4本章小結(jié)
灌裝機(jī)是針對液體包裝的，主要在食品領(lǐng)域中，所以灌裝機(jī)在包裝機(jī)械中占重要地位。我國的罐裝機(jī)械制造業(yè)起步晚，隨著我國科技的進(jìn)步，并吸收國外先進(jìn)的技術(shù)，我國的灌裝機(jī)有了整體的水平提高。
液體的罐裝設(shè)備可以根據(jù)不同的工作原理、排列形式、容器、封口形式分為各種罐裝設(shè)備。認(rèn)真了解、分析液體包裝生產(chǎn)設(shè)備的工作原理、方法，為進(jìn)一步設(shè)計酸菜自動包裝生產(chǎn)線注液系統(tǒng)提供模型。
第3章 注液系統(tǒng)的總體方案
3.1 注液系統(tǒng)的工藝方案
注液系統(tǒng)的工藝方案
該系統(tǒng)的工藝方案為：吸液—貯液—注液—注液完返回—吸液，其具體分析如下：首先該系統(tǒng)的工作方式為往復(fù)式的，即在吸液和注液之間使用行程開關(guān)來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程。完成吸液和注液過程，所需的液體通過進(jìn)給系統(tǒng)將液體輸入儲液箱，儲液箱的液位控制器自動控制液面的高度。但需要工作的時候液體在自重和大氣壓強(qiáng)的作用下進(jìn)入注液系統(tǒng)的管道，經(jīng)動力源作用將其注入食品包裝袋里，這樣往復(fù)運(yùn)動。注液和吸液這兩個動作分別進(jìn)行，不能互相干擾，即吸液只能從儲液箱中吸取，注液只能往包裝袋中注液，通過安裝兩個相反的單向閥來實(shí)現(xiàn)。
3.2 注液總體原理示意圖
圖4.1 注液原理圖
3.3 動力源的選擇
目前，市場上常見的動力源主要有：電動機(jī)、汽油機(jī)、柴油機(jī)、液壓馬達(dá)、氣輪機(jī)和氣動馬達(dá)。因為液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，汽油機(jī)的各項成本較高等因素，在農(nóng)用機(jī)械的應(yīng)用領(lǐng)域之中，較多使用電動機(jī)和柴油機(jī)作為動力源?？紤]到本設(shè)計要加工的物料基本上歸屬于食品行業(yè)的生產(chǎn)原料，為了減少污染的來源，所以選用電動或者氣動作為動力源。初步計劃選用低壓氣泵（0.4MPa）為動力源。
3.4 注液系統(tǒng)的傳動方案
傳動方案：該系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)為：電機(jī)帶動氣泵將氣壓能傳遞給減壓閥，調(diào)到0.4Mpa壓力進(jìn)入管道，在經(jīng)電磁換向閥進(jìn)入氣缸的左腔，推動活塞桿向右運(yùn)動，液體在大氣壓強(qiáng)和自重的作用下經(jīng)單向閥流入貯液缸中，貯液缸為液壓缸。由于安裝單向閥1，不能倒吸液體。但吸液動作完成后，活塞桿壓下行程開關(guān)a1，電磁換向閥換向，氣泵的氣壓作用與氣缸的右腔，與上一動作相同工作實(shí)現(xiàn)注液過程。
選用這樣的方案比機(jī)械式的傳動方案結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，性能優(yōu)越，能到達(dá)工作的要求。
3.4 本章小結(jié).
注液工作原理
(1)當(dāng)汽缸的活塞向右運(yùn)動時，上邊的單向閥關(guān)閉，下邊的單向閥開啟，從而實(shí)現(xiàn)汽缸的吸液過程。
(2)當(dāng)汽缸的活塞向左運(yùn)動時，上邊的單向閥開啟，下邊的單向閥關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)汽缸的注液過程。
預(yù)計結(jié)果
設(shè)計后的白菜包裝生產(chǎn)線具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造容易，成本低。廣泛用于中小型食品生產(chǎn)企業(yè)。
第4章 系統(tǒng)各部分組件的計算及選用
4.1 貯液缸的選用
由于系統(tǒng)要求每次注液量在20ml-30ml之間，所以貯液缸的容積應(yīng)大于30ml。
即
( 4.1)
(4.2)
根據(jù)上式確定貯液缸的體積和尺寸。采用不銹鋼筒，端蓋與缸筒之間鉚接緊固，軸向尺寸小，外型美觀，無給油潤滑，使用壽命長等特點(diǎn)。剛好符合抗酸性，體積小的設(shè)計要求。
具體參數(shù)如下：
表4.1貯液缸各項參數(shù)
內(nèi)徑（mm）
40
動作型式
復(fù)動型
固定型式
LB型
使用壓力范圍Kgf/cm2
0.05～1.0
保證耐壓力Kgf/cm2
13.5
使用溫度范圍 ℃
-25至80（不解凍條件下）
使用速度范圍 mm/s
50～700
緩沖型式
緩沖墊片
4.2 單向閥的選用
由于氣動系統(tǒng)的工作壓力較低，約為0.4 Mpa ，所以選用由廣東肇慶方大氣動有限公司生產(chǎn)的KA-L6單向閥，其具體參數(shù)如下表：
表4.2 KA-L6單向閥參數(shù)
公稱通徑（mm）
6
工作壓力范圍/MPa
0.05-0.8
環(huán)境/介質(zhì)溫度（）
5-50
有效截面積
10
開啟壓力/MPa
0.03
關(guān)閉壓力/MPa
0.015
換向時間/s
0.03
泄露量/
10
4.3 雙作用雙活塞桿氣缸計算及選用
下面來重點(diǎn)研究雙作用雙活塞桿氣缸。從氣源出來的壓縮空氣經(jīng)減壓閥減壓后，壓力穩(wěn)定在0.4MPa 。然后，壓縮空氣經(jīng)過電磁換向閥后和一個雙作用活塞式汽缸相連。如上圖所示。當(dāng)A氣缸左腔進(jìn)氣時，活塞桿右伸出，帶動貯液缸活塞向右運(yùn)動，即為吸液過程。當(dāng)運(yùn)動25mm后，A氣缸右端活塞桿上觸點(diǎn)壓下行程開關(guān)，此時，左腔氣體經(jīng)電磁換向閥與大氣相通，排氣。當(dāng)A氣缸右腔進(jìn)氣時，活塞桿向左運(yùn)動，即為注液過程。同樣運(yùn)動25mm后。A氣缸右端活塞桿上觸點(diǎn)壓下行程開關(guān)此時，右腔氣體經(jīng)電磁換向閥與大氣相通，排氣。由于所需推力小，屬于高速輕載情況，且氣缸安裝空間有限，所以決定選用鋁合金，不銹鋼迷你汽缸。因為汽缸動作時間短，活塞運(yùn)動速度大，所以活塞桿的直徑較粗，現(xiàn)選為d=18 mm，活塞直徑選為D=20 mm ，活塞行程根據(jù)要求定為 L=25 mm。則活塞腔面積為S1,活塞桿面積為S2 。從減壓閥出來的進(jìn)氣壓強(qiáng)為P1 。由以下公式可計算汽缸的輸出力
（4.3）
式中：
—?dú)飧椎睦碚撦敵隽Γ?
（4.4）
—大氣阻力，
（4.5）
—?dú)飧谆钊麠U的輸出推力，
—重力加速度10/
—活塞直徑,
— 活塞桿直徑，
—活塞桿面積，
—活塞有桿端面積，
—缸筒與密封件表面的摩擦阻力，視加工情況而定，
—摩擦阻力因子，工程上常取為0.2
—?dú)飧椎倪M(jìn)氣壓強(qiáng)，
—大氣壓強(qiáng)，
部分運(yùn)算結(jié)果如下
(4.6)
（4.7）
（4.8）
（4.9）
（4.10）
現(xiàn)來計算左腔進(jìn)氣的情況，此時右腔排氣，接大氣，壓強(qiáng)為大氣壓力。此階段為吸液過程，并可分為以下五個階段。
第一階段：在汽缸剛啟動時，由于氣體有壓縮性，且氣體經(jīng)過管路和各種閥體到達(dá)汽缸的進(jìn)氣腔后，還需要有一定的時間富集，才能克服各種阻力推動活塞向右伸出。此時，氣缸的右腔與大氣相連，氣缸左腔的壓力處于持續(xù)上升階段。同時，由于貯液缸活塞未移動，所以,還未達(dá)到最大值。
公式為：
（4.11）
第二階段：經(jīng)過一定的時間富集后，氣缸達(dá)到臨界狀態(tài)，氣缸活塞雖未移動，但有運(yùn)動的趨勢。此時，氣缸右腔與大氣相連，無桿腔的壓力仍處于持續(xù)上升階段。
(4.12)
代入數(shù)據(jù)為
(4.13)
第三階段：氣缸克服各種阻力作功，拉動貯液缸活塞向右運(yùn)動。此時，氣缸右腔與大氣相連，排氣，左腔壓力達(dá)到最大值。
公式為：
(4.14)
代入數(shù)據(jù)為：
(4.15)
第四階段：由于氣缸活塞向右伸出，左腔的體積持續(xù)增大，致使左腔的壓力下降，但活塞依舊向右運(yùn)動。及下降。
公式為:
(4.16)
第五階段：貯液缸活塞達(dá)到最大伸出量，A氣缸活塞右端觸點(diǎn)壓下行程開關(guān)，吸液過程結(jié)束。此時，為最大值，并一直保持住，直到電磁閥換向，氣缸進(jìn)入注液階段。
注液過程與吸液過程類似，此時電磁閥換向，右腔進(jìn)氣，左腔排氣，接大氣，壓強(qiáng)為大氣壓，過程現(xiàn)簡述如下：
第一階段：氣缸的左腔與大氣相連，右腔的壓力處于持續(xù)上升階段。貯液缸活塞未移動，所以為零, 還未達(dá)到最大值。
公式為：
(4.17)
第二階段：氣缸達(dá)到臨界狀態(tài)，氣缸活塞雖未移動，但有運(yùn)動的趨勢。此時，右腔的壓力仍處于持續(xù)上升階段。
公式為：
(4.18)
代入數(shù)據(jù)為：
(4.19)
第三階段：氣缸克服各種阻力作功，貯液缸活塞向左運(yùn)動，氣缸的左腔與大氣相連并排氣，右腔的壓力達(dá)到最大值。
公式為：
(4.20)
代入數(shù)據(jù)為：
(4.21)
第四階段：由于右腔的體積持續(xù)增大，致使右腔的壓力下降，但活塞依舊向左運(yùn)動。和下降。
公式為：
(4.22)
第五階段：A氣缸活塞右端觸點(diǎn)壓下，注液過程結(jié)束，氣缸完成一個往復(fù)運(yùn)動。此時，為最大值73.5，并一直保持住，直到電磁閥換向，氣缸進(jìn)入下一個循環(huán)。
以上是氣缸的一個往復(fù)運(yùn)動的全程分析，氣缸在規(guī)定時間內(nèi)究竟需要多少個往復(fù)運(yùn)動由實(shí)際生產(chǎn)要求決定，并由事先編好的程序控制。
4.4 耗氣量計算
下面要計算氣缸的耗氣量Q,并設(shè)n為氣缸每分鐘往復(fù)的次數(shù)。
由以下公式可計算氣缸的耗氣量。
(4.23)
式中 ：
代入數(shù)值計算得
(4.24)
在實(shí)際生產(chǎn)中，由于不需要經(jīng)常變換注液狀態(tài)，所以該氣缸往復(fù)的頻率很低， n 值不大，因而 Q值也很小。
4.5 活塞桿直徑校核
當(dāng)氣缸帶負(fù)載工作時，其活塞桿受壓縮載荷大，容易引起活塞桿彎曲，因此必須將活塞桿作受壓桿來處理，以決定活塞桿的直徑和長度?；钊麠U的材料為Q235—A，屈服極限為216—235Mpa，現(xiàn)取最小值216Mpa。當(dāng)活塞桿的長度H10d時，按強(qiáng)度條件計算，此時活塞桿直徑由載荷決定，而與長度無關(guān)，或者說活塞桿所受的應(yīng)力應(yīng)小于活塞桿材料的許用應(yīng)力，即
(4.25)
故
(4.26)
式中 ：
代入數(shù)值計算
(4.27)
d = 18mm ＞0.6mm ，所以滿足設(shè)計要求。
如活塞桿的長度H＞10d時,應(yīng)按縱向彎曲極限力計算,這時活塞桿直徑與長度需同時考慮,活塞桿直徑不僅和外載荷有關(guān),而且和長度及安裝形式及材料的性能有關(guān)。
4.6氣缸的運(yùn)行速度
由于氣體的壓縮性，且氣體需要有一定的時間富集才能推動氣缸，所以這段時間設(shè)為T1。此時氣缸壓力持續(xù)上升，活塞不運(yùn)動。在T1點(diǎn)，氣缸處于臨界狀態(tài)。當(dāng)活塞運(yùn)動后一段時間后，氣缸壓力上升至最大值，這段時間設(shè)為T2。過T2點(diǎn)后，由于進(jìn)氣腔的容積變大，使得進(jìn)氣腔的壓力降低，直至活塞達(dá)到最大行程，這段時間設(shè)為T3。所以，一個循環(huán)過程的總時間。T要求小于0.1秒，行程L為32mm，a為活塞缸的加速度。
(4.28)
對上式積分可反推出所需時間T。但由于在這三段時間內(nèi)進(jìn)氣腔的壓力一直處于變化中，至使活塞的加速度也處于變化中，如求時間和加速度的二重積分，則因積分曲線過于復(fù)雜，而難于計算。所以，現(xiàn)在根據(jù)經(jīng)驗公式來估算時間T。如推力取最大值23.7N，則加速度為
(4.29)
(4.30)
這是理想情況下（即氣缸的推力在瞬間就達(dá)到最大值并一直保持到活塞運(yùn)動停止，μ=1）算出的總時間。μ為效率因子（μ值的大小受管路的長度、汽缸的行程、活塞大端面積等因素影響）。μ值取為0.5—0.75，代入式（3.14）、（3.15）得T=0.067～0.1≤0.1秒，所以滿足設(shè)計要求。同理可得回程階段所需的總時間為：，但對回程時間不做要求。
根據(jù)以上參數(shù)要求，具體參數(shù)如下表所示：
表4.3氣缸參數(shù)
內(nèi)徑（mm）
40
動作型式
復(fù)動型
工作介質(zhì)
空? 氣
固定型式
LB型
使用壓力范圍Kgf/cm2
0.1～1.0
保證耐壓力Kgf/cm2
1.5
使用溫度范圍 ℃
0～70
使用速度范圍 mm/s
50～700
緩沖型式
緩沖墊片
4.7 換向閥的選用
因氣缸反映速度快，所以要求換向閥動作靈敏，所以決定選用廣東肇慶方大氣動有限公司生產(chǎn)的型號為Q25DC-6的二位五通電磁換向閥。具體參數(shù)如下表所示：
表4.4 Q25DC-6型電磁換向閥參數(shù)
型號
Q25DC-6
壓力范圍MPa
0.15-0.80
公稱通徑/mm
6
有效截面積/
10
工作介質(zhì)
過濾的壓縮空氣
使用溫度范圍
-5-50
換向時間/s
0.04
工作電壓/ V
DC：24
4.8 行程開關(guān)的選用
本系統(tǒng)采用觸點(diǎn)下壓的形式實(shí)現(xiàn)對換向閥的控制，所以選用由沈陽二一三電器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的LXW6-11DG型行程開關(guān)。具體參數(shù)如下表所示：
表4.5 LXW6-11DG型行程開關(guān)參數(shù)
型號
LXW6-11DG
動作力/N
3.92±1.96
復(fù)位力/N
0.49
動作行程/mm
0.5±0.2
誤差/mm
0.3
額定電壓/V
AC380
機(jī)械壽命/萬次
100
電氣壽命/萬次
100
4.9管道的選擇
包括管子和各種管接頭。它把氣動控制元件、氣動執(zhí)行元件以及輔助元件等連接成一個完整的氣動控制系統(tǒng)。在總氣管和支氣管等一些固定不動、不需要經(jīng)常裝拆的地方，由于注射液體呈弱酸性，具有一定的腐蝕性，故選用鋁塑復(fù)合管，該管內(nèi)外層均為特殊聚乙烯（PE）材料；中間鋁合金及膠接PE與鋁之間的膠合層組成。烯是一種無毒，無異味的塑料，具有良好的耐撞擊，耐腐蝕，抗天候性能。中間層縱焊鋁合金使管子不易彎曲不反彈，鋁塑復(fù)合管擁有金屬管堅固耐壓和塑料管抗酸耐腐的兩大特點(diǎn)。（公稱通徑為6mm）
4.10 方向控制裝置
由兩個單向閥組成，主要控制吸液和注液。如圖4-1所示，當(dāng)主動氣缸A向右運(yùn)動時，從動貯液缸也隨之向右運(yùn)動，左方單向閥關(guān)閉，上方單向閥開啟完成注液缸的吸液過程；當(dāng)主動氣缸A向左運(yùn)動時，從動注液缸也隨之向左運(yùn)動，左方單向閥開啟，上方單向閥關(guān)閉，完成貯液缸的注液過程。
4.11 氣動控制部分
利用電磁力的作用來實(shí)現(xiàn)閥的切換以控制氣流的流動方向。采用二位五通電磁換向閥及LXW6-11CL型行程開關(guān)來完成氣缸的連續(xù)自動往復(fù)工作。如圖4-2所示，當(dāng)按鈕a按下后，氣缸即不斷伸出和收縮回不停工作。當(dāng)a按下后，自保。在此狀態(tài)下，行程開關(guān)被壓下，處于自保使線圈DTA通電，A缸前進(jìn)伸出。當(dāng)撞塊壓下即解除了自保，使A缸縮回。如此往復(fù)不停直到停止按鈕b按下取消自保方停止工作。
圖4.6 方向控制裝置示意圖
圖4.7 控制原理及電路圖
4.12 本章小結(jié)
通過設(shè)計計算和校核，選用行程開關(guān)，電磁換向閥來控制整個系統(tǒng)的自動運(yùn)行，以氣缸和貯液缸為傳動部件，根據(jù)設(shè)計要求確定其參數(shù)和尺寸。先通過工作要求初步選定活塞尺寸和活塞桿的尺寸，然后進(jìn)行設(shè)計計算，并對其校核。
第5章 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計
5.1 固定板的設(shè)計
采用湯陽縣環(huán)球工程塑料有限公司生產(chǎn)的UHMW-PE超高分子量聚乙烯硬板。該板具有耐磨損、抗沖擊、耐低溫、自潤滑等優(yōu)異性能，可長期在110攝氏度至269攝氏度條件下工作，并且吸水率極低有特殊的不 ，對人體無害，是一種性能特別優(yōu)異的工程塑料材料。具體尺寸為1400×800×20（mm）
5.2 外框架的設(shè)計
采用建筑用鋁合金板。該板強(qiáng)度高、質(zhì)地輕、表面平整、抗疲勞、抗老化、抗冷熱性（溫差）能好、抗酸、易安裝等特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)示意圖如下：
圖5.1 框架結(jié)構(gòu)圖
5.3 儲液箱的設(shè)計
箱體材料采用鍍鋅鋼板。其具有抗酸、防銹、防蝕、使用年限長、材質(zhì)輕、外表美觀等特點(diǎn)，是本次設(shè)計的理想材料。箱體規(guī)格為800×400×50（mm）。
圖5.2 箱體結(jié)構(gòu)圖
5.4 本章小結(jié)
箱體和儲液箱要選用合金鋼板，特別是儲液箱要選用不銹鋼，材料要對人體沒有任何危害，不能發(fā)生任何污染情況，適應(yīng)要使連接件能固定牢靠。
箱體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)是緊密相連的結(jié)構(gòu)，設(shè)計后的酸菜自動包裝生產(chǎn)線注液系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、制造容易、操作簡單，成本低。
結(jié) 論
本次的研究題目為酸菜自動包裝生產(chǎn)線注液系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為自動輸入液體、吸液、注液，完成一個動作循環(huán)后自動重復(fù)運(yùn)動，可以用于很多包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)中，主要用于食品包裝機(jī)類。如飲料、啤酒、乳品、調(diào)味品等。這個系統(tǒng)具有速度快、無污染、方便快捷等特點(diǎn)。
本次設(shè)計主要完成了對注液系統(tǒng)的布局、進(jìn)給系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計計算，并對一些所需部件的運(yùn)動的選用。該系統(tǒng)選用直立式布局，即進(jìn)給系統(tǒng)在上、傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)在下，通過氣壓缸和液壓缸取代機(jī)械式結(jié)構(gòu)是本次設(shè)計的最大優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)節(jié)動作循環(huán)間的距離增加輸入液體量的體積，另一方面，本系統(tǒng)采用電器控制可以完全自動完成工作過程，無需人工過多參與，使得自動化程度更加明顯，但是同時，本系統(tǒng)的設(shè)計上還有缺陷：本系統(tǒng)的傳動采用氣壓和液壓，有泄漏的現(xiàn)象，不精確。解決的方法是提高配合精度，加強(qiáng)密封程度，本系統(tǒng)的發(fā)展方向是朝著規(guī)?；?、自動化、高生產(chǎn)率方向發(fā)展，即輸入液體－吸液－注液生產(chǎn)一條線；采用電器控制減少手工操作產(chǎn)生的誤差，提高機(jī)構(gòu)的零部件強(qiáng)度，從而提高生產(chǎn)率。
從總體上來看，本系統(tǒng)的設(shè)計較為合理，安全可靠無污染對人體無味為危害，生產(chǎn)率較高，自動化程度較高，但是，這個系統(tǒng)的細(xì)節(jié)之處還有未處理好的，這就需要針對本系統(tǒng)進(jìn)行修改，使其更完美。
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致 謝
本次設(shè)計的主要內(nèi)容是酸菜自動包裝機(jī)的注液機(jī)構(gòu)設(shè)計。在設(shè)計過程中，由于酸菜自動包裝機(jī)在我國的設(shè)備不多，所以資料不多，給設(shè)計工作帶來了不少的困難。再者，由于平時所學(xué)的書本知識與實(shí)際相脫節(jié)，使我們在設(shè)計中常常感到力不從心，找不到頭緒。為此我請教了指導(dǎo)老師馬武學(xué)老師，馬老師給予了我了莫大的幫助，帶我們?nèi)スS實(shí)習(xí)了很多次,現(xiàn)場解說，使我能有的放矢，找出問題的關(guān)鍵。如果沒有老師幫助就沒有本設(shè)計的完成。在此，我向各所有幫助過我的人真心地說一聲——謝謝你們。并向四年來教導(dǎo)過我，幫助過我的所有任課老師一并致謝，由衷的祝福你們一生幸福。相信在以后的工作學(xué)習(xí)中，你們的教誨將長伴我左右。我將以你們傳授的知識去為祖國的繁榮富強(qiáng)而奮斗。
附錄A
管材彎曲工藝研究新進(jìn)展
[摘要] 管材成形由于容易滿足塑性成形產(chǎn)品輕量化、強(qiáng)韌化和低耗高效、精確制造等方面的要求,在航空航天、汽車工業(yè)等許多行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。管材彎曲成形工藝的研究是其中備受關(guān)注并得到迅速發(fā)展的重要領(lǐng)域之一。介紹了幾種新的彎管工藝,闡述了國內(nèi)外彎管工藝的最新研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢。
[關(guān)鍵詞] 管材;彎曲;彎管工藝
管材塑性加工是以管材作毛坯,通過塑性加工手段,制造管材零件的加工技術(shù)[1]。管材塑性加工由于容易滿足塑性成形產(chǎn)品輕量化、強(qiáng)韌化和低耗高效、精確制造等方面的要求,已成為先進(jìn)塑性加工技術(shù)面向21世紀(jì)研究與發(fā)展的一個重要方向[2]。在航空航天、汽車、石油化工、輕工及交通運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門中,廣泛地采用管材制造零件。例如在汽車工業(yè)中,采用中空鋁型材作車身結(jié)構(gòu)和保險杠,在保持與鋼鐵制件具有同等的抗沖擊強(qiáng)度條件下,能減輕30%～40%車體質(zhì)量,對汽車的輕量化具有十分重要的意義;當(dāng)汽車發(fā)生碰撞等意外事故時,管材結(jié)構(gòu)還可以吸收因碰撞帶來的沖擊能,保護(hù)乘客的安全[3]。管塑性彎曲成形是管塑性成形技術(shù)的重要組成部分。用管材制造的彎曲零件,無論是平面彎曲件,還是空間彎曲件,除大量應(yīng)用于氣體、液體的輸送管路外,在金屬結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也十分廣泛。因此管材彎曲成形工藝是備受關(guān)注并得到迅速發(fā)展的重要領(lǐng)域,開展這方面的研究工作,具有十分重要的意義。文中介紹了管材彎曲的幾種新工藝,以及國內(nèi)外研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢。
1、基于成形方式的管材彎曲工藝分類
實(shí)踐中有許多不同的彎管工藝,從不同的角度出發(fā)可以有多種不同的分類。工程中通常按彎曲時加熱與否可分為冷彎和熱彎,根據(jù)彎曲時有無填充物可分為有芯彎管和無芯彎管。文獻(xiàn)[4]根據(jù)不同的成形方式。無模彎曲成形是指管材彎曲變形區(qū)不直接受到模具的作用,最終的形狀由工具和工件的相對運(yùn)動決定,屬于高度靈活的柔性加工手段。有模彎曲成形是指通過剛性模具直接作用于彎曲變形區(qū)而進(jìn)行的管材彎曲,要求此剛性模具作用部分尺寸可以補(bǔ)償制件卸載后發(fā)生的彎曲回彈,屬于可重復(fù)性高而且快速的加工手段。
2、管材彎曲的幾種新工藝
2.1熱應(yīng)力彎曲
熱應(yīng)力彎曲是一種利用工件內(nèi)部溫度分布不均勻所產(chǎn)生的熱應(yīng)力來驅(qū)動工件變形的成形方法。這種方法不需外力作用,因而也不需要專門加工模具,便于現(xiàn)場操作,是一種柔性加工手段,近年來對這種成形方法的研究逐漸增多。加熱熱源可采用火焰或激光,加熱方式包括局部加熱及加熱爐內(nèi)整體加熱;冷卻方式包括空冷、噴水冷卻及浸水冷卻。具體工藝取決于實(shí)際工況和工件特征。
激光成形是對局部材料采用激光加熱,通過不對稱的加熱和冷卻,一個楔形區(qū)域上產(chǎn)生了壓縮變形。通過在ｘ軸方向不同區(qū)域的反復(fù)激光照射加熱,可以最終確定管材的形狀。因為殘余應(yīng)力對制件質(zhì)量有影響,所以在工藝設(shè)計時需要考慮工件的殘余應(yīng)力分布。這種方法由于可以方便地控制激光功率大小和作用軌跡,因此易于成形空間彎曲件。它不僅可以適用于簡單的矩形截面管材,而且可以彎曲復(fù)雜截面的管材。但是在彎制多型腔型材時有一些限制,且加工時間長,生產(chǎn)效率低
文獻(xiàn)[5]提出的管的熱應(yīng)力彎曲方案是:先將管件在加熱爐中均勻加熱到某一溫度,然后以一定速度水平浸入水中,直至管件完全冷卻。管件最終凹向后入水一側(cè),其彎曲規(guī)律如下:內(nèi)外弧的彎曲程度無明顯差別;管件截面扁化,其中沿彎曲半徑方向的截面尺寸大于垂直彎曲平面方向的截面尺寸,即同壓彎法彎管所造成的截面變化趨勢相反;管件彎曲程度及截面變化程度隨加熱溫度的提高而增大;長度直徑比值較大的管件,其彎曲效果較好。
2.2 基于工具運(yùn)動控制的無模彎曲
如圖1所示可以通過控制管端夾具軌跡來實(shí)現(xiàn)無模彎曲。管端夾具的運(yùn)動產(chǎn)生的彎曲力矩使得管材在局部區(qū)域產(chǎn)生彎曲塑性變形并發(fā)生
圖1基于管端夾具運(yùn)動控制的無模彎曲
轉(zhuǎn)移。因此可以實(shí)現(xiàn)軸向多曲率半徑工件的無模彎曲。通過對軌跡的微分方程進(jìn)行數(shù)值求解,可以得到用于彎曲成形設(shè)備上的不同的控制程序。文獻(xiàn)[6]使用這種方法成形得到Ｓ型的零件。
另一種通過控制工具運(yùn)動實(shí)現(xiàn)無模彎曲的方法。管材通過一個導(dǎo)向圓柱軸向送料,在離出口一定距離處有一個移動模,其用球軸承作為支撐點(diǎn),并且可以在垂直于軸向的平面內(nèi)移動。根據(jù)移動模的位置和偏轉(zhuǎn)方向的不同,管材會產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲。通過軸向的進(jìn)給運(yùn)動,可以使管材在包括端部的整個長度上進(jìn)行彎曲。
這種彎曲設(shè)備的基本原理是ＭＯＳ彎曲原理,它可以用來方便地實(shí)現(xiàn)管材的空間彎曲,但卻必須為各種截面的管材定制不同的模具。圖2展示了利用這種成形工藝得到的彎曲管材。
2.3疊加法彎曲
疊加法的原理3所示當(dāng)金屬材料在塑性區(qū)域內(nèi)變形時,可以利用一個相對于成形力Ｆ來說很小的側(cè)向作用Ｆｚ,實(shí)現(xiàn)彎曲。在具體實(shí)現(xiàn)過疊加法原理程中,這個很小的作用力可以通過一個偏轉(zhuǎn)輪施加,其產(chǎn)生了一個很小的力矩,影響金
屬的流動,從而實(shí)現(xiàn)了可控制曲率的彎曲加工。由于零件本身是按彎曲要求生產(chǎn)的,因此可以避免產(chǎn)生諸的截面變
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