回轉(zhuǎn)式灌裝機及活塞閥在醬料定量灌裝上的開發(fā)應(yīng)用

摘要：黃豆醬、辣椒醬等醬類，由于其含有較大的顆粒、流動性差，一般的廠家都采用直線式的灌裝方式，產(chǎn)量低，效率低；同時，灌裝時滴漏嚴重，造成物料浪費，增加清潔難度。2011年底，廣州達意隆包裝機械股份有限公司按照客戶訂購意向，在達意隆現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，自主開發(fā)了第一臺回轉(zhuǎn)式醬料“洗瓶、定量灌裝、旋蓋”三合一機，灌裝機的全新設(shè)計大大提高了灌裝效率，使帶顆粒醬料灌裝的產(chǎn)量大幅提升，30頭灌裝機小時產(chǎn)量可達12000瓶；同時，基本沒有滴漏，定量準確。此種機型的成功開發(fā)，為公司打開新的銷售領(lǐng)域提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)式灌裝機 灌裝原理 開發(fā)應(yīng)用1 灌裝原理灌裝機整機采用回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，在回轉(zhuǎn)的過程中，采用灌裝閥活塞桿運行控制機構(gòu)、芯軸手柄轉(zhuǎn)動裝置等設(shè)計實現(xiàn)灌裝閥的吸料、壓料、無瓶不灌裝等功能。灌裝閥采用活塞式定量灌裝閥，利用活塞閥的活塞桿運動時產(chǎn)生的真空，將醬料吸進活塞缸中；然后打開閥門，將活塞中的醬料壓注入瓶子中，從而完成灌裝過程。由于采用的是活塞真空吸附的原理，故灌裝過程中，可以按照客戶需要調(diào)整、設(shè)定活塞軸運動的行程，從而較為準確地控制醬料吸進的體積，實現(xiàn)定量灌裝。2 技術(shù)特點2.1 活塞式灌裝閥灌裝閥是整臺灌裝機中最重要的部件之一，灌裝閥的設(shè)計直接影響了灌裝效果。達意隆公司的活塞式灌裝閥，結(jié)構(gòu)簡單，定量準確，無滴漏，閥芯裝拆方便。其結(jié)構(gòu)如下圖1、圖2所示，活塞閥主要由活塞桿、活塞缸、閥芯、定位螺釘組成，活塞桿下端設(shè)有密封圈，閥芯加工有兩個互不相通、成90度的通道。安裝時，閥芯的吸料口與料缸出料口相通。吸料時，如圖1所示，進料通道打開，吸料口與定量吸料腔相通，活塞桿上行，定量吸料腔內(nèi)形成真空，從而將物料從料缸經(jīng)吸料口吸入定量吸料腔中，在密封良好的情況下，定量吸料腔中每次吸入的物料的體積應(yīng)是一個定值；下料時，如圖2所示，閥芯手柄在設(shè)備控制裝置的作用下轉(zhuǎn)動90度，下料通道打開，進料通道關(guān)閉，下料口與定量吸料腔相通，當活塞桿下行時，物料從定量吸料腔中經(jīng)下料口流入放置在下料口下的瓶子中。當需清洗閥芯時，只需將定位螺釘拆下，即可以將閥芯拉出。本灌裝閥設(shè)計簡單巧妙，定料準確，裝拆方便，相對電子流量計式或稱重式的定量灌裝，成本大幅降低；同時應(yīng)用范圍廣，對于黏稠度大、流動性差、大顆粒的醬料，甚至粉狀顆粒的物料，都能適用。■2.2 灌裝閥活塞桿運行控制機構(gòu)在一個回轉(zhuǎn)周期里，灌裝閥必須完成進料、下料的工序，也即活塞桿必須完成一個上升下降的往復運動。按照工藝要求，我們設(shè)計了一個導軌環(huán)，讓活塞桿的手柄在導軌環(huán)中按導軌環(huán)的軌跡運動，從而實現(xiàn)活塞桿的上升下降。具體如下：導軌環(huán)由兩層互相平行的傾斜環(huán)體組成（如圖3所示），用固定支架安裝在灌裝機外周。導軌環(huán)一端固定，另一端可以升降。工作原理如下（見圖4）：灌裝閥隨灌裝機回轉(zhuǎn)時，其上的活塞桿手柄滾輪在兩層導軌之間、沿固定的環(huán)形導軌軌跡上下運動。當處在兩層導軌中間的活塞桿滾輪上升至導軌最高點時，灌裝閥吸料；當活塞桿滾輪下降至導軌最低點時，灌裝閥下料灌裝；由此控制、實現(xiàn)閥的吸料、下料。對于不同的灌裝體積需要，可以通過調(diào)整導軌的高點來實現(xiàn)。如圖4所示：導軌的最低點固定，導軌的最高點可以按照活塞桿上升的行程需要調(diào)整，調(diào)整可以設(shè)計為電動的，也可以設(shè)計為手動的。當對導軌環(huán)的最高點進行調(diào)整時，由于活塞桿上的滾輪外形設(shè)計為球狀，故即便導軌環(huán)傾斜角度變化了，活塞桿滾輪還是可以在其中按照調(diào)整后的導軌軌跡運動自如。本設(shè)計的重點在于：①利用導軌環(huán)的升降高度可調(diào)整，以適應(yīng)不同的灌裝體積。②導軌環(huán)的升降高度可以用灌裝體積的變化計算得知，升降控制直觀、快捷、方便。③利用活塞軸的手柄滾輪外表面設(shè)計成球形，來適應(yīng)導軌環(huán)的傾斜角度。2.3 無瓶不灌裝的實現(xiàn)灌裝過程中，如果某個工位缺瓶，灌裝閥必須具備無瓶不灌裝功能，以杜絕物料的浪費和保證灌裝環(huán)境的衛(wèi)生。我們利用活塞閥閥芯旋轉(zhuǎn)90度，下料通道才能打開的結(jié)構(gòu)，用下面的閥芯轉(zhuǎn)動控制裝置來保證無瓶不灌裝：如圖5、圖6所示，此機構(gòu)包括固定的上升上導軌、上升下導軌、下降導軌、與上升下導軌固連的氣缸，與氣缸鉸連的擺動塊，與擺動塊固連的擺動導軌等。此閥芯轉(zhuǎn)動控制裝置圓周方向固定安裝（不隨灌裝機做圓周運動）在灌裝機外周合適的方位上。如2.2所述，灌裝閥隨機器回轉(zhuǎn)運動一周為一個灌裝周期，灌裝閥活塞桿的手柄在回轉(zhuǎn)的過程中沿固定的軌道軌跡上升下降。當該灌裝閥處于軌道的最低點處時，灌裝閥的活塞桿被下壓到底，進料通道連通進料口和物料腔之間；接著，灌裝閥隨物料缸轉(zhuǎn)動，活塞桿手柄沿軌道從最低點往最高點運動，使得活塞桿慢慢上升，從而將物料缸內(nèi)的物料吸入灌裝閥的物料腔中；當灌裝閥到達軌道的最高點時，該物料腔充滿了物料；接著，分以下兩種情況：■第一種情況：機器進瓶通道上的感應(yīng)器檢測到有瓶子進入灌裝機某個灌裝閥正下方，當此瓶子回轉(zhuǎn)運行至閥芯轉(zhuǎn)動控制裝置所處區(qū)域時，如圖5所示：①氣缸工作，氣缸軸頂出，帶動擺動塊擺動，擺動導軌隨擺動塊向下擺動而打開上升通道。②接著，在擺動導軌的導引下，回轉(zhuǎn)至此的灌裝閥的閥芯手柄進入上升通道，從而帶動閥芯向上翻轉(zhuǎn)，當手柄到達上導軌的軌道頂方時，閥芯正好翻轉(zhuǎn)90度，使得定量吸料腔和灌裝閥下料口的灌裝通道連通，吸料口與定量吸料腔的通道關(guān)閉。③然后，手柄沿上水平導軌軌道水平前行，保持灌裝通道連通；與此同時，灌裝閥活塞桿按預(yù)定的軌道開始從最高點往最低點運動，從而使得物料腔內(nèi)的物料慢慢灌入位于灌裝閥下方的瓶子中；當灌裝閥活塞桿運行至最低點時，定量吸料腔內(nèi)的物料被完全壓出并灌入瓶子中。④接著，閥芯手柄進入下降軌道，帶動閥芯向下轉(zhuǎn)動直至90度，使得定量吸料腔和灌裝閥下料口的灌裝通道關(guān)閉，吸料口與定量吸料腔的進料通道打開；此時完成了對一個瓶子的灌裝。⑤最后，手柄進入下水平軌道，保持進料通道開通，重復前述動作即可進入下一個循環(huán)對另一瓶子進行物料灌裝。第二種情況：當感應(yīng)器檢測到某個灌裝閥的正下方?jīng)]有瓶子進入，當該灌裝閥回轉(zhuǎn)至閥芯轉(zhuǎn)動控制裝置所處區(qū)域時，如圖6所示：①氣缸不動作，氣缸軸不頂出，擺動塊不擺動，擺動導軌維持原始的水平狀態(tài)，使得上升通道關(guān)閉；閥芯手柄保持在下水平軌道水平前行，灌裝閥進料通道得以保持開通，而下料通道則保持關(guān)閉。②與此同時，灌裝閥活塞桿按預(yù)定的軌道運行，當其開始從最高點往最低點運動時，由于進料通道一直保持開通，物料腔中的物料得以從定量吸料腔中壓回至物料缸內(nèi)，接著，便可進入下一個進料循環(huán)中。本無瓶不灌裝設(shè)計的重點在于：通過利用傳感器控制驅(qū)動機構(gòu)——氣缸的工作，使得擺桿可以根據(jù)灌裝閥下方是否有瓶子而打開或者關(guān)閉上升通道，從而使得進料通道連通或者下料通道連通，嚴格控制了物料的輸出，杜絕了誤灌裝現(xiàn)象的出現(xiàn)，減少停機頻率，有效提高灌裝效率。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、操控方便，控制準確。回轉(zhuǎn)式大顆粒醬料灌裝設(shè)備為廣州達意隆公司完全獨立自主開發(fā)的新產(chǎn)品，主要針對于黃豆醬的包裝，同時也適用于其他產(chǎn)品，包括辣椒醬、番茄醬等含顆粒或無顆粒、有一定粘稠度的醬類，同一機器可實現(xiàn)多種物料的灌裝，應(yīng)用廣泛。此設(shè)備的開發(fā)成功，填補了公司在含大顆粒黏稠醬料灌裝技術(shù)上的盲點，為公司拓展了新的領(lǐng)域，帶來了更多的潛在新客戶。首臺帶顆粒醬料灌裝機在天津利民調(diào)料公司成功使用，運行良好，獲得了客戶的好評。以上的灌裝機及灌裝閥、灌裝控制裝置、閥芯轉(zhuǎn)動控制裝置等，均已申請了專利保護。 參考文獻： [1]陳港殿.基于PLC的無菌灌裝系統(tǒng)設(shè)計研究[D].華北電力大學（河北），2009.[2]袁志權(quán).灌裝機同步帶動力特性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D].武漢理工大學，2010.[3]陳衛(wèi).自動化生產(chǎn)線中的飲料灌裝技術(shù)[D].北方工業(yè)大學， 2010.