啤酒灌裝機原理

2024年2月13日發(作者：關于青年的作文)

機械原理課程設計

設計說明書

啤酒灌裝機

小組成員姓名

班 級學 號指 導 老 師

2012年 5月

日

12

一． 啤酒灌裝機原理

1.啤酒灌裝機的工作原理 啤酒的灌裝工藝已經相當成熟。基本上可 以分為七部分。

灌裝機是圍繞灌裝的工藝流程展開的，其工作原理是：從洗瓶機出來的潔凈瓶子由輸瓶帶送入灌裝機的進瓶螺旋，經進瓶星輪送至回轉臺的托瓶氣缸上并升高．瓶口在定中裝置的 導向下緊壓灌裝閥的下料口，形成密封。瓶子 在被抽真空后，貯液缸內的背壓氣體(CO2，)被沖 人瓶中，當瓶中氣體壓力與貯液缸內氣體壓力 相等時，液閥在液閥彈簧的作用下開啟．此時 啤酒通過回氣管上傘型反射環的導向作用．自 動沿瓶壁灌入玻璃瓶內，玻璃瓶中的CO2，通過 回氣管被置換回貯液缸內．當酒液上升到一定 高度并將回氣管口封閉時．自動停止下酒。然 后將液閥和氣閥關閉，排掉瓶頸部位的壓力氣 體以防止帶氣酒液在玻璃瓶下降時的噴涌，這 樣便完成了整個灌裝過程。

二．液體灌裝機的分類與選擇

1.液體灌裝機的分類

液體灌裝機按灌裝原理可分為常壓灌裝機、壓力灌裝機和真空灌裝機。

常壓灌裝機是在大氣壓力下靠液體自重進行灌裝。這類灌裝機又分為定時灌裝和定容灌裝兩種，只適用于灌裝低粘度不含氣體的液體如牛奶、葡萄酒等。

壓力灌裝機是在高于大氣壓力下進行灌裝，也可分為兩種：一種是貯液缸內的壓力與瓶中的壓力相等，靠液體自重流入瓶中而灌裝，稱為等壓灌裝；另一種是貯液缸內的壓力高于瓶中的壓力，液體靠壓差流入瓶內，高速生產線多采用這種方法。壓力灌裝機適用于含氣體

的液體灌裝，如啤酒、汽水、香檳酒等。

真空灌裝機是在瓶中的壓力低于大氣壓力下進行灌裝。這種灌裝機結構簡單，效率較高，對物料的粘度適應范圍較廣，如油類、糖漿、果酒等均可適用。

液體灌裝機的流程

2.液體灌裝機的選擇

灌裝機的選擇：合理選擇灌裝機是保證產品質量，提高經濟效益的重要途徑。一般來說，應密切聯系生產實際，盡量選擇質量好、效率高、結構簡單、使用維修方便、體積小、重量輕的灌裝機。灌裝機知識在選擇灌裝機時，應遵循以下原則。

為生產工藝服務的原則。首先應根據灌裝物料的性質（粘度、起泡性、揮發性、含氣性等）選擇適宜的灌裝機，以滿足生產工藝要求。例如對于芳香較濃的酒液，為避免揮發性芳香物質受到損失，一般應采用容杯式或常壓灌裝機；對于果汁類料液，為了減少與空氣接觸，保證產品質量，一般應采用真空加汁類灌裝機。其次，應使灌裝機的生產能力和前后工序的加工、包裝機械的生產能力相匹配。

生產率高和產品質量好的原則。生產率的高低直接反映生產線的生產能力。所以生產率越高，其產生的經濟效益越好。為了提高產品質量，應選擇設備精度高、自動化程度也高的灌裝機。但是設備的售價也相應提高，增大了產品的單位成本。因此在選擇灌裝機時，應結合生產工藝要求，對相關的因素進行綜合考慮。

工藝范圍寬的原則。灌裝機的工藝范圍是指其適應不同生產要求的能力。工藝范圍越寬，越能提高設備的利用率，實現一機多用，即利用同一設備可以灌裝多種物料和多種規格。因此為了適應酒水、飲料行業多品種、多規格的生產要求，應選擇工藝范圍盡可能寬的灌裝機。

3灌裝的基本方法

一 灌裝方法

由于液料的物理、化學性質各有差異，對灌裝也有不同的要求。液體物料由貯液裝置灌入包裝容器中，常采用如下幾種方法。

（1）常壓法灌裝。是指在大氣壓下直接依靠被灌液料的自重流入包裝容器內的灌裝方法。常壓灌裝的工藝過程為：1、進液排氣，即液料進入容器，同時容器內的空氣被排出；2、停止進液、即容器內的液料達到定量要求時，進液自動停止；3、排除余液，即排除排氣管中的殘液。

常壓法主要用于灌裝粘度地、不含氣的液料如牛奶、白酒、醬油、藥水等。

（2）等壓法灌裝。是利用貯液箱上部氣室的壓縮空氣給包裝容器充氣，使兩者的壓力接近相等，然后使液料靠自重流入包裝容器內的灌裝方法。等壓灌裝的工藝過程為：1、充氣等壓；2、進液回氣；3、停止進液；4、釋放壓力，即釋放瓶頸內殘留的壓縮氣體至大氣內，以免瓶內突然降壓而引起大量冒泡，影響包裝質量和定量精度。

等壓法適用于含氣飲料，如啤酒、汽水等的灌裝，可以減少所含二氧化碳的損失。

（3）真空灌裝法。是在低于大氣壓力條件下進行灌裝的方法。它有兩種基本方式：一種是壓力真空式，即讓貯液箱內部處于常壓狀態，只對包裝容器內抽氣使其形成一定的真空度，液體依靠兩容器內的壓力差，流入包裝容器并完成灌裝；另一種是重力真空式，即讓貯液箱和包裝容器都處于接近相等的真空狀態，液料靠自重流入該容器內。目前，國內常采用壓力真空式。其設備簡單，工作可靠。

真空法灌裝的工藝過程為：1、瓶抽真空；2、進液排氣3、停止進液；4、余液回流，即排氣管中的殘液經真空室回流至貯液箱內。

真空法適用于灌裝粘度低一些的液料（如油類、糖漿等）、含維生素的液料（如蔬菜汁、果子汁等）和有毒的液料（如農藥等）。此法不但能提高灌裝速度，而且能減少液料與容器內殘存空氣的接觸和作用，故有利于延長某系產品的保質期。此外，還能限制氣體和液體的逸散，從而改善操作條件。但對灌裝配置的、

含有芳香性氣體的液體是不適宜的，因為抽氣會增加液香的損失。

（4）虹吸法灌裝。虹吸法灌裝應用虹吸原理使液體料經虹吸管由儲液箱被吸入容器，直至兩者液位相等為止。此法適合灌裝低粘度不含 氣的液料，設備結構簡單，但灌裝速度低。

（5）壓力法灌裝。壓力法灌裝是借助機械或氣液壓等裝置控制活塞往復運動，降粘度較高的液體物料從儲料缸吸入活塞缸內，然后再強制壓入待灌裝的容器內，這種方法有時也用于含氣體之類飲料的灌裝，由于其中不含膠體物質，所形成的泡沫容易消失，故可依靠本身所具有的氣體壓力直接灌入未經預先充氣的瓶內，從而大大提高了灌裝速度。

三．灌裝壓蓋方式

灌裝、壓蓋機的機械結構裝置與PLC可編程控制、變頻無級調速、人機界面等現代自動控制技術手段完整的結合，形成機電一體化。

系統正常運行時，機器為自動控制，根據進出瓶帶上瓶的滿缺，按設定速度或慢速運行，進瓶檔瓶，無瓶不下蓋，爆瓶自動沖洗，灌裝位置自動背壓，下蓋輸蓋系統的自動開停和安全保護等動作的協調聯鎖。原來所有按鈕的操作改造后都在觸摸屏上進行。控制系統檢測狀態的監控功能 ，進瓶檢測開關和破瓶檢測開關通過檢測每個壓瓶部分上面的小鐵片的位置，產生光電脈沖輸出，再有PLC采集，由于每個壓瓶部分上面的小鐵片的位置是活動的，在機器運行一段時間后，壓瓶部分上面的小鐵片和檢測開關的位置發生位移，造成檢測開關誤判斷，如沒瓶判斷為有瓶，爆瓶漏檢、誤檢等造成輸出失誤，使PLC產生誤動作，造成如背壓、爆瓶吹、洗、瓶蓋攪拌系統控制失靈等故障現象。 在改造前的日常生產過程中，碰到這種現象時，操作工只能將各個功能開關或按扭打到手動控制檔位，使機器設備工作在無監控狀態下，機器失去自動控制功能。造成了很大的生產原料如氣、水、酒的浪費。只能在生產的間歇，才能由維修鉗工和電工根據檢測開關上的小發光二極管的亮和滅通過調整位移距離只有5~8mm的檢測開關的安裝位置，來修正檢測開關和小鐵片的間隙。這種檢測手段非常落后，調整后的效果反應致后，不能及時反應調整結果。

針對這種檢測狀況，結合改造后的灌裝、壓蓋機控制系統的配置，新增了這部分檢測功能，并集成在人機觸摸屏中，完成瓶位檢測。在人機觸摸屏的界面分頁顯示屏上，可以分別時時動態顯示60個瓶位的狀態和爆瓶時的瓶位狀態，有瓶、無瓶、爆瓶、背壓開關等檢測開關、攪拌電機等電磁閥的開關狀態都以不同顏色來顯示，非常直觀。

在需要修正檢測開關和小鐵片的位置時，可以在正常生產的條件下，不停機，由維修人員只要根據顯示屏上的瓶位狀態，就可以在線調整，并馬上看到調整后的效果。在日常維修中，也可以用它作為狀態監控設備，觀察輸出設備的運轉狀況。增加這套系統功能的是為保證灌狀壓蓋機的自動化控制系統正常運行而專門設計的。

四．旋轉型啤酒灌裝機的設計方案

設計旋轉型灌裝機。在轉動工作臺上對啤酒瓶連續灌裝，轉臺有多工位停歇，以實現灌裝，加蓋等工序為保證這些工位能夠準確地灌裝、加蓋、應有定位裝置。如圖1中，工位1：輸入空瓶；工位2：灌裝；工位3：密封；工位4：輸出包裝好的容器。

我們將設計主要分成下幾個步驟：

1．輸入空瓶：這個步驟主要通過傳送帶來完成，把空瓶輸送到轉臺上使下個步驟能夠順利進行。

2．灌裝：這個步驟主要通過灌瓶泵灌裝流體，而泵固定在某工位的上方。

3．封口：用軟木塞或者金屬冠通過沖壓對瓶口進行密封的過程，主要通過連桿結構來完成沖壓過程。

4．輸出包裝好的容器：步驟基本同1，也是通過傳送帶來完成。

以上4個步驟 由于灌裝和傳送較為簡單 無須進行考慮，因此，旋轉型灌裝機運動方案設計重點考慮便在于轉盤的間歇運動、封口時的沖壓過程、工件的定

位，和實現這3個動作的機構的選型和設計問題。

不完全齒輪機構：由輪齒不布滿整個圓周的齒輪作為主動輪的齒輪機構。

原理：在主動齒輪只做出一個或幾個齒，根據運動時間和停歇時間的要求在從動輪上作出與主動輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖

止圓弧。當兩輪齒進入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止圓弧定位使從動輪靜止。

特點：不完全齒輪機構結構簡單、制造容易、工作可靠，從動輪運動時間和靜止時間可在較大范圍內變化。但是從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速，輕載場合。

連桿機構：構件間只用低副連接的機構（除純用移動副連接的楔塊機構以外）。

凸輪機構：凸輪機構是由凸輪，從動件和機架三個基本構件組成的高副機構。 凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，一般為主動件，作等速回轉運動或往復直線運動。

5.2.1方案

轉盤的間歇運動機構為不完全齒輪機構，封口的沖壓機構為連桿機

構，工件的定位機構為凸輪機構

5.2.2方案

轉盤的間歇運動機構為不完全齒輪機構，封口的沖壓機構為連桿機構，工件的定位機構為連桿機構

5.2.3方案

轉盤的間歇運動機構為不完全齒輪機構，封口的沖壓機構為凸輪機構，工件的定位機構為凸輪機構。

由于方案（一）與方案（二）的區別在工件定位機構，方案（一）是凸輪機構，方案（二）是連桿機構。

在這里凸輪機構比連桿機構更適用，因為：

1）凸輪機構能實現長時間定位，而連桿機構只能瞬時定位，定位效果差，精度低。

2）凸輪機構比連桿機構更容易設計。

3）結構簡單，容易實現

而方案（三）與方案（一）區別在封口的壓蓋機構，方案（三）是凸輪機構，方案（一）是連桿機構。

在這里則連桿機構比凸輪機構更適用

1） 加工復雜，加工難度大，工作時間長。

2） 造價較高，經濟性不好。

綜上可知：方案一在三個方案中最佳，則最后選擇方案Ⅰ為旋轉型灌裝機的機械運動方案。