新型24頭液體灌裝機的研究

王陳 楊樹均 楊平

摘??要：

本文現以某廠所要求開發的新型24?頭電子灌裝機為研究對象，在分析了已投放于市場的其他相似類型灌裝機的結構特點及實際應用中出現的普遍性缺陷后，本文從提高設備效率、降低設備成本及完善設計等方面進行研究，最終提出了所需求的24頭電子灌裝機的設計研發方案。

關鍵詞：灌裝機，單電機驅動，換檔機構

緒論

灌裝機械經歷了幾百年的發展與進步，我國的灌裝機械從無到有，從小到大，從仿制國外產品到自主研發設計，經過多年的發展，如今灌裝機械行業在我國已初具規模。但與國外先進技術相比，我國灌裝生產在設計及加工制造水平等方面均存在較大差距。

因此研制高穩定性和高灌裝精度的擁有自主知識產權并符合GMP等行業要求的新型灌裝機對于促進我國灌裝行業發展起到重要作用。

1.24頭液體灌裝機總體設計

1.1基本結構及工作原理

本文研究的新型24頭液體灌裝機是一款采用重力式灌裝法，灌裝速度2000～8000瓶/小時的設備。

根據各部分不同功能，該液體灌裝機結構劃分為傳動系統、主軸系統和灌裝系統，如圖1.1所示。

圖1.1??24頭電子感應灌裝機總裝圖

• 傳動系統;2—主軸系統;3—灌裝系統

1.2傳動系統分析

圖1.2是灌裝機灌裝液體時的運行路線圖。空瓶經洗瓶機清洗后，進入由蛟龍機構組成的螺旋輸瓶器，按一定間距間隔分開后送入進瓶星輪，再由勻速旋轉的進瓶星輪送入灌裝系統。

圖1.2?灌裝機灌裝運行路線圖

整個系統傳遞的運動，由主傳動傳至螺旋輸瓶器、進出瓶星輪、罐裝系統，

以及用于調節灌裝口高度以適應不同瓶子的灌裝口升降系統。用流程圖1.3可直觀表示。

圖1.3?主傳動流程圖

由灌裝機傳動系統基本原理可知，灌裝機的傳動系統需將運動從主電機分別傳送到螺旋輸瓶器、各輸送星輪、灌裝系統、灌裝口升降系統。灌裝系統大轉盤便需旋轉一周，絞龍軸（螺旋輸瓶器）便需要輸送24個瓶子進入灌裝系統，也即，兩者傳動比要求為

n灌裝圓盤：n絞龍軸=1：24 （1.1）

1.3?傳動系統設計

圖1.4?傳動系統傳動方案一示意圖

圖1.4為原有的傳動系統方案。該傳動方案的使用齒輪作為傳遞運動的部件。其優點是結構簡單，成本低。但由于所采用的錐齒輪的傳動比為

nⅢ：nⅣ=1：1 （1.2）

因此根據系統總傳動比要求為24，可知

nⅠ：nⅢ=1：24 （1.3）

也即大齒輪z1與絞龍軸（Ⅲ）上的圓柱直齒輪z3的分度圓直徑比為

d1：d3=24：1? （1.4）

兩者直徑比過大。在原有設計方案中，絞龍軸上的圓柱直齒輪z3的分度圓直徑為48mm，如果按照傳動比i=24，大齒輪z1的分度圓直徑便超過1m。但為減小齒輪大小，并且由于各軸中心距固定，該灌裝機的原設計者采用了不同模數的齒輪進行嚙合。而模數不同的齒輪在進行嚙合時，為非正常嚙合，極易產生振動、噪音，導致傳動不平穩，效率低下，并且齒輪壽命大減[1][2]。

原有傳動系統，采用雙電機分別驅動輸送罐裝系統和灌裝口升降系統。在實際生產環節中，如果采用雙電機驅動，那么其中一臺電機將長期閑置，造成制造成本和維修成本的增加。由于電機有一定的調速能力，可以考慮加入換擋機構從而去掉其中一臺電機，只使用單電機驅動整個傳動系統。另外由于雙電機控制，會增加防止誤操作和防止兩臺電機同時運行的其他設施，增加成本。

根據以上對灌裝機傳動系統功能原理的了解及對原有傳動系統的分析，我們提出了新的傳動系統優化方案，見圖1.5。在解決現有系統的錯誤的同時，改善了傳動系統的穩定性、降低運行時的噪音和運行成本。

圖1.5?傳動系統傳動方案二示意圖

在傳動系統方案二中，灌裝頭升降系統與輸送灌裝系統的分時運行要求通過換擋機構實現，成功把雙電機驅動改為單電機驅動;添加了中間軸，解決了齒輪過大問題[3][4];使用同步帶，不但可以降低設備運行噪音，還具有傳動平穩等優點，同時很好的解決了原有傳動系統的諸多問題[5]。

電動機分時驅動輸送灌裝系統和灌裝口升降系統，因此，需要對兩系統的功率需求分別進行計算，選取最大值作為電機選取的參考功率。

選取電機型號：Y90S-4，功率為1.1KW，額定轉速為1400r/min

圖1.6?各級傳動比分配

根據總的傳動比要求，大齒輪與螺旋進瓶器軸的傳動比要求為1：24。

綜合考慮齒輪大小、電機轉速、減速器、空間大小等因素，各級傳動比分配如圖1.6所示。

2.24頭液體灌裝機換擋裝置設計

由于本機構設計兩套傳動系統不是同時運行，而是相互獨立的分時運行，所以，需要一套換擋裝置來滿足這個功能要求。本傳動系統設計了一套獨特的機械換擋機構來滿足兩套傳動系統分時運行的需求。圖2.1為換擋結構示意圖。

圖2.1?換擋結構示意圖

本換擋結構通過移動嚙合套使其與上（下）齒輪（同步帶輪）的套筒相嚙合而帶動齒輪（同步帶輪）的轉動和實現換擋功能。

運動隨著嚙合套的位置不同而傳遞到不同部件，完成換擋功能。其運動傳遞原理如圖2.2?所示。

圖2.2?運動傳遞原理

3.總結與展望

本文所做的主要工作及結論：

針對缺陷分析結果，結合生產廠家和使用廠家的要求，設計了新型24頭液體灌裝機的總體方案，達到了廠家的使用要求;

設計了新型換擋裝置，達到使用單電機就可以滿足升降機構與灌裝機構分時運行的要求;

由于時間和經驗不足，技術水平有限，還有實驗條件的限制，本文對新型24頭灌裝機的研究只做了有限的工作，還存在較多不足之處，有待深入討論和完善，同時還有些尚未研究的領域，值得深入研究。

參考文獻：

[1]秦大同，謝里陽.《現代機械設計手冊》（第三卷）[M].北京：化學工業出版社，2011

[2]秦大同，謝里陽.《現代機械設計手冊》（第五卷）[M].北京：化學工業出版社，2011

[3]George?W.Y.?Industrial?servo?control?system：?Fundamentals?and?Application[J].?Second?Edition..?Wisconsin：?Marcel?Dekkel，?Inc.?2003.05：13～15

[4]李良軍.《機械設計》[M].北京：高等教育出版社，2010

[5]機械設計手冊編委會.《機械設計手冊單性本-帶傳動和鏈傳動》[M].北京：機械工業出版社，2007

[6]機械設計手冊編委會.機械設計手冊單性本[M].北京：機械工業出版社，2007

[7]聞邦椿.機械設計手冊：第2卷[M].5版.北京：機械工業出版社，2010