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湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述 畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述 畢業(yè) 論 文 題 目 全自動液體罐裝機的設(shè)計 文獻(xiàn)綜述題目 全自動液體罐裝機的設(shè)計 學(xué) 院 專 業(yè) 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 全自動液體罐裝機的設(shè)計—文獻(xiàn)綜述 摘要：灌裝機是酒水、飲料類等食品加工行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一。目前正向著灌裝的高速化、精確化；以及智能化、多功能化方向發(fā)展。 本文針對傳統(tǒng)罐裝機性能比較單一、自動化程度低、通用性差，灌裝速度調(diào)整不方便，而且難以適用瓶形、液體物料及灌裝規(guī)格的變化等問題，結(jié)合全自動液體灌裝的工藝流程，分析了全自動液體灌裝機的工作過程及其主要部件的功能，重點介紹了全自動液體灌裝機設(shè)計過程。 全自動液體灌裝機實現(xiàn)了灌裝生產(chǎn)高速化、精確化、智能化、多功能化以及操作界面人性化的要求。對灌裝工作過程進(jìn)行實時監(jiān)控及動態(tài)管理，提高了液體灌裝的自動化水平，提高了生產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：全自動，液體，灌裝機，控制系統(tǒng) 1.研究背景及意義 1.1研究背景 目前中國飲用水、碳酸飲料、茶飲料的前處理設(shè)備國內(nèi)產(chǎn)品基本上可以滿足需要，中、低速理瓶、裝箱設(shè)備也有相匹 配的產(chǎn)品可供選擇，在熱液體灌裝機方面，各設(shè)備廠都能解決設(shè)備在熱灌裝環(huán)境下的控制、密封等工藝要求。江蘇美星、廣東達(dá)意隆公司也解決了無菌冷灌裝的問題。不過無論是碳 酸飲料、瓶裝水、果汁還是茶飲料，也無論是PET瓶、金屬罐還是利樂包，中國著名飲料企業(yè)的包裝生產(chǎn)線基本上是引進(jìn)設(shè)備的天下。 1.2研究的目的及意義 隨著食品工業(yè)的發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，食品的需求量和種類與日俱增，食品包裝也日漸突出。食品包裝機械是對食品進(jìn)行完成全部或部分包裝過程的機器。包裝過程包括充填、裹包、封口等主要包裝工序，以及與其相關(guān)的前后工序、計量等輔助設(shè)備。食品包裝機械是食品工業(yè)生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)。發(fā)展食品包裝機械化，可以提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約大量勞動力，可以降低勞動強度，改善勞動條件，有利于食品衛(wèi)生，提高生產(chǎn)質(zhì)量，還可以改善環(huán)境衛(wèi)生，節(jié)約原料。 灌裝機械是食品包裝機械中的一種，通常將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機器稱為灌裝機械。在自動灌裝機中，按照灌裝的工藝要求、速度、間距和狀態(tài)，準(zhǔn)確地將待灌瓶送入主轉(zhuǎn)盤升降托瓶臺上，是保證灌裝機正常而有序地工作的關(guān)鍵。常用的供送裝置有鏈帶式、動梁推進(jìn)式、螺桿和星型撥輪等。供瓶機構(gòu)是液體灌裝機的 必要組成部分，它在液體灌裝機中起到承上啟下的作用，完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以保證灌裝動作的順利完成，實現(xiàn)其自動化操作。 2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外灌裝與封口設(shè)備向高速、多用、高精度方向發(fā)展，目前部分灌裝生產(chǎn)線已可以在玻璃瓶與塑料容器(聚酯瓶)、碳酸飲料與非碳酸飲料、熱灌裝與冷灌裝等不同要求和環(huán)境下使用。目前碳酸飲料灌裝機灌裝速度最高已達(dá)2000罐／分，德國H＆K公司灌裝機的灌裝閥多達(dá)165頭，SEN公司144頭，Krones公司178頭，灌裝機直徑大至5米，灌裝精度±0.5ml以下。 非碳酸飲，灌裝速度最高達(dá)1500罐／分，灌裝機料槽轉(zhuǎn)速20～25轉(zhuǎn)／分，速度提高1倍?？梢赃M(jìn)行茶飲料、咖啡飲料、豆乳和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝，國外熱灌裝飲料封口后不再進(jìn)行二次殺菌。 液體灌裝機是伴隨飲料工業(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，美國研制出玻璃灌裝機械，1902年市場上出現(xiàn)灌裝番茄醬的壓力灌裝機械，1912年發(fā)明了封口機械，不久灌裝機械和封口機械合為一體。在20世紀(jì)末，德國制造出手動灌裝機。 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械由差壓灌裝向等壓灌裝發(fā)展，采用的是機械閥。第二階段是1957年---1759年，這期間先是德國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，彈簧在等壓狀態(tài)下，借助彈簧力將沖液閥打開，破瓶后沖液閥可以自動關(guān)閉，這樣不僅使灌裝機械的結(jié)構(gòu)簡單了，而且延長了灌裝閥的有效工作時間，為灌裝機械的高速化創(chuàng)造了條件。等壓彈簧閥的出現(xiàn)是灌裝發(fā)展史上的一個重要階段，至今等壓灌裝機還廣泛使用，只是功能更完善，結(jié)構(gòu)更合理。第三階段是一德國SEN公司發(fā)明的電動閥為標(biāo)志，電動閥中氣閥和水閥的開啟和關(guān)閉由可控編程器控制，對灌裝時間，灌裝速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制和可靠的界定。 國內(nèi)灌裝生產(chǎn)線全方位發(fā)展我國飲料灌裝設(shè)備基本是在引進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，八十年代，引進(jìn)各種飲料灌裝生產(chǎn)線300多條，包括啤酒灌裝線達(dá)500多條。引進(jìn)灌裝生產(chǎn)線主要分為以下幾類： 八十年代引進(jìn)116條玻璃瓶飲料灌裝線，主要用于碳酸飲料，其中80多條是以記賬貿(mào)易方式從東歐國家引進(jìn)的。生產(chǎn)線主要設(shè)備有卸箱機、洗瓶機、灌裝機、壓蓋機、玻璃瓶飲料灌裝線貼標(biāo)機、噴碼機、氣水混合機、裝箱機等。在線檢測設(shè)備有真空檢測儀、液面檢測儀、灌裝能力150、200、300～400瓶／分。設(shè)備主要生產(chǎn)廠家有德國SEN、H＆K、O＋H、日本三菱重工、意大利希莫拉茲(Simonazzi)、美國邁耶等。 1984年廣東輕機廠引進(jìn)德國SEN公司和H＆K公司啤酒灌裝線制造技術(shù)，制造每小時2萬瓶的瓶裝啤酒灌裝線，南京輕機廠和合肥輕機廠引進(jìn)日本三菱重工技術(shù)，制造每小時1.8萬瓶的汽水灌裝線。其他還有重慶輕機廠的32／8設(shè)備，每小時14000瓶，廊坊包裝設(shè)備制造總公司24／6設(shè)備、每小時6000～8000瓶的灌裝線。 “八五”期間，我國引進(jìn)易拉罐飲料灌裝線15條，同時引進(jìn)易拉罐啤酒灌裝線14條。主要是德國SEN、美國邁耶公司的設(shè)備，包括卸罐機、洗罐機、灌裝機、封罐機、溫罐機、碼垛機及混合機、噴碼機、薄膜收縮機、液位檢測儀等。灌裝能力為150、300、400、500罐／分，最高575罐／分。目前廣東輕機、南京輕機、合肥輕機等都有自己的易拉罐灌裝線。引進(jìn)的聚酯瓶飲料灌裝線6～7條，包括卸箱機、洗瓶機、灌裝機、旋蓋機、溫瓶機、裝箱機等。聚酯瓶灌裝生產(chǎn)線灌裝能力為400～500瓶／分(250ml)，50～ 280瓶／分(250ml)。主要設(shè)備廠家有美國邁耶和德國SEN公司。合肥輕機利用德國 Krones公司技術(shù)，制造聚酯瓶飲料灌裝線，目前合肥輕機、南京輕機均能制造玻璃瓶和聚酯瓶兩用的飲料灌裝線。 3.全自動液體灌裝機概述 全自動液體灌裝機的使用和需求日益增長，已經(jīng)逐步代替手工灌裝或半自動灌裝，并將發(fā)展成為液體灌裝行業(yè)所必備的設(shè)備。目前，市場上對全自液體灌裝機沒有明確的定義和劃分，大多只對能進(jìn)行自動計量或某部分機構(gòu)能實現(xiàn)自動控制。 在全自動灌裝、包裝生產(chǎn)線中，液體灌裝機是包裝機械的重要組成部分之一，其主要用在食品、化工等輕工行業(yè)中。在食品行業(yè)中的用途則尤為重要，例如：酒水、飲料、乳品、油脂以及調(diào)味品等與日常生活息息相關(guān)產(chǎn)品的包裝。另外是在化工行業(yè)中包括洗滌類、日化、礦物油和農(nóng)藥等化工類液體產(chǎn)品的灌裝。然而，由于我國灌裝行業(yè)起步較晚，灌裝、包裝的自動化水平較底，市場自動化灌裝設(shè)置要求很高?；诖耍疚淖髡哌x擇采用可編程控制器結(jié)合上位機軟件進(jìn)行控制的全自動液體灌裝機作為討論的主題進(jìn)行研究和設(shè)計。 3.1國內(nèi)外液體灌裝機的發(fā)展歷史 液體灌裝機是伴隨飲料工業(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，美國研制出玻璃灌裝機械，1902年市場上出現(xiàn)灌裝番茄醬的壓力灌裝機械，1912年發(fā)明了封口機械，不久灌裝機械和封口機械合為一體。在20世紀(jì)末，德國制造出手動灌裝機。 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械由差壓灌裝向等壓灌裝發(fā)展，采用的是機械閥。第二階段是1957年---1759年，這期間先是德國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，彈簧在等壓狀態(tài)下，借助彈簧力將沖液閥打開，破瓶后沖液閥可以自動關(guān)閉，這樣不僅使灌裝機械的結(jié)構(gòu)簡單了，而且延長了灌裝閥的有效工作時間，為灌裝機械的高速化創(chuàng)造了條件。等壓彈簧閥的出現(xiàn)是灌裝發(fā)展史上的一個重要階段，至今等壓灌裝機還廣泛使用，只是功能更完善，結(jié)構(gòu)更合理。第三階段是一德國SEN公司發(fā)明的電動閥為標(biāo)志，電動閥中氣閥和水閥的開啟和關(guān)閉由可控編程器控制，對灌裝時間，灌裝速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制和可靠的界定。 3.2國內(nèi)外液體灌裝機械的發(fā)展趨勢 一 灌裝機械制造水平的發(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，灌裝機械向高速化，高生產(chǎn)能力化發(fā)展。 三 灌裝機械結(jié)構(gòu)趨向于簡單合理。灌裝機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越簡單，零部件在減少，設(shè)備可靠性在提高，成本降低，操作簡單，維修方便。 四 灌裝機械在向多功能發(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，市場競爭力加強。 五 灌裝機械的光機電的一體化。先進(jìn)的控制系統(tǒng)用于灌裝機械中，人機界面，故障自我診斷，實現(xiàn)了設(shè)備運行的智能化。 六 灌裝機械技術(shù)的精確，高效，自動化。精確的灌裝量，灌裝過程的高速，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。目前國外使用的電子灌裝閥有三種形式：探針式電子閥，配置電磁流量計的電子閥，配置定量筒的電子閥。我國的一些灌裝設(shè)備廠也在研制設(shè)計一些符合我國國情的電子灌裝閥，但是電子灌裝閥在我國的推廣使用受到了國產(chǎn)灌裝器容器幾何形狀精度不高和電子元件水平的制約。 4.方案設(shè)計的基本內(nèi)容 4.1確定功能與應(yīng)用范圍 早期的灌裝機械功能單一的居多數(shù)，這樣可以簡化設(shè)計，并且比較容易成功。若將多臺機械和多道工序合成由一臺包裝來完成，可以取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 確定灌裝機的功能與應(yīng)用范圍，需要注意兩個問題： （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。 （2）適應(yīng)性。任何灌裝機的應(yīng)用范圍都是有限的，機器的功能越多，結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。因此，常將多功能灌裝機設(shè)計成組合的形式，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。 4.2工藝分析 工藝分析是研究，分析和確定所設(shè)計的包裝機械完成預(yù)計包裝工序的工藝方法。需要考慮的幾個問題： 4.2.1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，應(yīng)選用容易實現(xiàn)的方案。 4.2.2機器類型 （1）根據(jù)灌裝執(zhí)行機構(gòu)的多少選擇機械類型。 （2）根據(jù)生產(chǎn)率的高低選擇機械類型。 4.2.3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，以及他們在包裝過程中的傳送路線，包裝成品的輸出線。 4.2.4運動要求和機構(gòu)選型 根據(jù)已定的功能，應(yīng)用條件和范圍，工藝方法，分析和確定對執(zhí)行機構(gòu)的運動要求，進(jìn)而完成機構(gòu)的選型及其綜合。 參考文獻(xiàn) [1]唐大放，馮曉寧，機械設(shè)計工程學(xué)，第一版，徐州，中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 2001 [2]濮良貴，記名剛，機械設(shè)計，第六版，北京，高等教育出版社，1996 [3]邱宣懷，機械設(shè)計，第四版，北京，高等教育出版 1997 [4]機械工程手冊機電工程手冊編輯委員會，工程手冊，第二版，北京，機械工業(yè)出版社，1996.4 [5]吳宗澤，高等機械設(shè)計，北京，清華大學(xué)出版社，1991 [6]劉文彥，白忠喜，高路．經(jīng)濟(jì)型液體灌裝機的研制[J]，食品機械 [7]夏春艷，劉秀娟，程焰，液體灌裝機結(jié)構(gòu)綜述[J]，佳本斯大學(xué)學(xué)報2000 [8]高德，包裝機械設(shè)計[M]，北學(xué)工業(yè)出版社，2005 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