啤酒灌装机原理

2024年2月13日发(作者：关于青年的作文)

机械原理课程设计

设计说明书

啤酒灌装机

小组成员姓名

班 级学 号指 导 老 师

2012年 5月

日

12

一． 啤酒灌装机原理

1.啤酒灌装机的工作原理 啤酒的灌装工艺已经相当成熟。基本上可 以分为七部分。

灌装机是围绕灌装的工艺流程展开的，其工作原理是：从洗瓶机出来的洁净瓶子由输瓶带送入灌装机的进瓶螺旋，经进瓶星轮送至回转台的托瓶气缸上并升高．瓶口在定中装置的 导向下紧压灌装阀的下料口，形成密封。瓶子 在被抽真空后，贮液缸内的背压气体(CO2，)被冲 人瓶中，当瓶中气体压力与贮液缸内气体压力 相等时，液阀在液阀弹簧的作用下开启．此时 啤酒通过回气管上伞型反射环的导向作用．自 动沿瓶壁灌入玻璃瓶内，玻璃瓶中的CO2，通过 回气管被置换回贮液缸内．当酒液上升到一定 高度并将回气管口封闭时．自动停止下酒。然 后将液阀和气阀关闭，排掉瓶颈部位的压力气 体以防止带气酒液在玻璃瓶下降时的喷涌，这 样便完成了整个灌装过程。

二．液体灌装机的分类与选择

1.液体灌装机的分类

液体灌装机按灌装原理可分为常压灌装机、压力灌装机和真空灌装机。

常压灌装机是在大气压力下靠液体自重进行灌装。这类灌装机又分为定时灌装和定容灌装两种，只适用于灌装低粘度不含气体的液体如牛奶、葡萄酒等。

压力灌装机是在高于大气压力下进行灌装，也可分为两种：一种是贮液缸内的压力与瓶中的压力相等，靠液体自重流入瓶中而灌装，称为等压灌装；另一种是贮液缸内的压力高于瓶中的压力，液体靠压差流入瓶内，高速生产线多采用这种方法。压力灌装机适用于含气体

的液体灌装，如啤酒、汽水、香槟酒等。

真空灌装机是在瓶中的压力低于大气压力下进行灌装。这种灌装机结构简单，效率较高，对物料的粘度适应范围较广，如油类、糖浆、果酒等均可适用。

液体灌装机的流程

2.液体灌装机的选择

灌装机的选择：合理选择灌装机是保证产品质量，提高经济效益的重要途径。一般来说，应密切联系生产实际，尽量选择质量好、效率高、结构简单、使用维修方便、体积小、重量轻的灌装机。灌装机知识在选择灌装机时，应遵循以下原则。

为生产工艺服务的原则。首先应根据灌装物料的性质（粘度、起泡性、挥发性、含气性等）选择适宜的灌装机，以满足生产工艺要求。例如对于芳香较浓的酒液，为避免挥发性芳香物质受到损失，一般应采用容杯式或常压灌装机；对于果汁类料液，为了减少与空气接触，保证产品质量，一般应采用真空加汁类灌装机。其次，应使灌装机的生产能力和前后工序的加工、包装机械的生产能力相匹配。

生产率高和产品质量好的原则。生产率的高低直接反映生产线的生产能力。所以生产率越高，其产生的经济效益越好。为了提高产品质量，应选择设备精度高、自动化程度也高的灌装机。但是设备的售价也相应提高，增大了产品的单位成本。因此在选择灌装机时，应结合生产工艺要求，对相关的因素进行综合考虑。

工艺范围宽的原则。灌装机的工艺范围是指其适应不同生产要求的能力。工艺范围越宽，越能提高设备的利用率，实现一机多用，即利用同一设备可以灌装多种物料和多种规格。因此为了适应酒水、饮料行业多品种、多规格的生产要求，应选择工艺范围尽可能宽的灌装机。

3灌装的基本方法

一 灌装方法

由于液料的物理、化学性质各有差异，对灌装也有不同的要求。液体物料由贮液装置灌入包装容器中，常采用如下几种方法。

（1）常压法灌装。是指在大气压下直接依靠被灌液料的自重流入包装容器内的灌装方法。常压灌装的工艺过程为：1、进液排气，即液料进入容器，同时容器内的空气被排出；2、停止进液、即容器内的液料达到定量要求时，进液自动停止；3、排除余液，即排除排气管中的残液。

常压法主要用于灌装粘度地、不含气的液料如牛奶、白酒、酱油、药水等。

（2）等压法灌装。是利用贮液箱上部气室的压缩空气给包装容器充气，使两者的压力接近相等，然后使液料靠自重流入包装容器内的灌装方法。等压灌装的工艺过程为：1、充气等压；2、进液回气；3、停止进液；4、释放压力，即释放瓶颈内残留的压缩气体至大气内，以免瓶内突然降压而引起大量冒泡，影响包装质量和定量精度。

等压法适用于含气饮料，如啤酒、汽水等的灌装，可以减少所含二氧化碳的损失。

（3）真空灌装法。是在低于大气压力条件下进行灌装的方法。它有两种基本方式：一种是压力真空式，即让贮液箱内部处于常压状态，只对包装容器内抽气使其形成一定的真空度，液体依靠两容器内的压力差，流入包装容器并完成灌装；另一种是重力真空式，即让贮液箱和包装容器都处于接近相等的真空状态，液料靠自重流入该容器内。目前，国内常采用压力真空式。其设备简单，工作可靠。

真空法灌装的工艺过程为：1、瓶抽真空；2、进液排气3、停止进液；4、余液回流，即排气管中的残液经真空室回流至贮液箱内。

真空法适用于灌装粘度低一些的液料（如油类、糖浆等）、含维生素的液料（如蔬菜汁、果子汁等）和有毒的液料（如农药等）。此法不但能提高灌装速度，而且能减少液料与容器内残存空气的接触和作用，故有利于延长某系产品的保质期。此外，还能限制气体和液体的逸散，从而改善操作条件。但对灌装配置的、

含有芳香性气体的液体是不适宜的，因为抽气会增加液香的损失。

（4）虹吸法灌装。虹吸法灌装应用虹吸原理使液体料经虹吸管由储液箱被吸入容器，直至两者液位相等为止。此法适合灌装低粘度不含 气的液料，设备结构简单，但灌装速度低。

（5）压力法灌装。压力法灌装是借助机械或气液压等装置控制活塞往复运动，降粘度较高的液体物料从储料缸吸入活塞缸内，然后再强制压入待灌装的容器内，这种方法有时也用于含气体之类饮料的灌装，由于其中不含胶体物质，所形成的泡沫容易消失，故可依靠本身所具有的气体压力直接灌入未经预先充气的瓶内，从而大大提高了灌装速度。

三．灌装压盖方式

灌装、压盖机的机械结构装置与PLC可编程控制、变频无级调速、人机界面等现代自动控制技术手段完整的结合，形成机电一体化。

系统正常运行时，机器为自动控制，根据进出瓶带上瓶的满缺，按设定速度或慢速运行，进瓶档瓶，无瓶不下盖，爆瓶自动冲洗，灌装位置自动背压，下盖输盖系统的自动开停和安全保护等动作的协调联锁。原来所有按钮的操作改造后都在触摸屏上进行。控制系统检测状态的监控功能 ，进瓶检测开关和破瓶检测开关通过检测每个压瓶部分上面的小铁片的位置，产生光电脉冲输出，再有PLC采集，由于每个压瓶部分上面的小铁片的位置是活动的，在机器运行一段时间后，压瓶部分上面的小铁片和检测开关的位置发生位移，造成检测开关误判断，如没瓶判断为有瓶，爆瓶漏检、误检等造成输出失误，使PLC产生误动作，造成如背压、爆瓶吹、洗、瓶盖搅拌系统控制失灵等故障现象。 在改造前的日常生产过程中，碰到这种现象时，操作工只能将各个功能开关或按扭打到手动控制档位，使机器设备工作在无监控状态下，机器失去自动控制功能。造成了很大的生产原料如气、水、酒的浪费。只能在生产的间歇，才能由维修钳工和电工根据检测开关上的小发光二极管的亮和灭通过调整位移距离只有5~8mm的检测开关的安装位置，来修正检测开关和小铁片的间隙。这种检测手段非常落后，调整后的效果反应致后，不能及时反应调整结果。

针对这种检测状况，结合改造后的灌装、压盖机控制系统的配置，新增了这部分检测功能，并集成在人机触摸屏中，完成瓶位检测。在人机触摸屏的界面分页显示屏上，可以分别时时动态显示60个瓶位的状态和爆瓶时的瓶位状态，有瓶、无瓶、爆瓶、背压开关等检测开关、搅拌电机等电磁阀的开关状态都以不同颜色来显示，非常直观。

在需要修正检测开关和小铁片的位置时，可以在正常生产的条件下，不停机，由维修人员只要根据显示屏上的瓶位状态，就可以在线调整，并马上看到调整后的效果。在日常维修中，也可以用它作为状态监控设备，观察输出设备的运转状况。增加这套系统功能的是为保证灌状压盖机的自动化控制系统正常运行而专门设计的。

四．旋转型啤酒灌装机的设计方案

设计旋转型灌装机。在转动工作台上对啤酒瓶连续灌装，转台有多工位停歇，以实现灌装，加盖等工序为保证这些工位能够准确地灌装、加盖、应有定位装置。如图1中，工位1：输入空瓶；工位2：灌装；工位3：密封；工位4：输出包装好的容器。

我们将设计主要分成下几个步骤：

1．输入空瓶：这个步骤主要通过传送带来完成，把空瓶输送到转台上使下个步骤能够顺利进行。

2．灌装：这个步骤主要通过灌瓶泵灌装流体，而泵固定在某工位的上方。

3．封口：用软木塞或者金属冠通过冲压对瓶口进行密封的过程，主要通过连杆结构来完成冲压过程。

4．输出包装好的容器：步骤基本同1，也是通过传送带来完成。

以上4个步骤 由于灌装和传送较为简单 无须进行考虑，因此，旋转型灌装机运动方案设计重点考虑便在于转盘的间歇运动、封口时的冲压过程、工件的定

位，和实现这3个动作的机构的选型和设计问题。

不完全齿轮机构：由轮齿不布满整个圆周的齿轮作为主动轮的齿轮机构。

原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上作出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁

止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止圆弧定位使从动轮静止。

特点：不完全齿轮机构结构简单、制造容易、工作可靠，从动轮运动时间和静止时间可在较大范围内变化。但是从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速，轻载场合。

连杆机构：构件间只用低副连接的机构（除纯用移动副连接的楔块机构以外）。

凸轮机构：凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。

5.2.1方案

转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构，封口的冲压机构为连杆机

构，工件的定位机构为凸轮机构

5.2.2方案

转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构，封口的冲压机构为连杆机构，工件的定位机构为连杆机构

5.2.3方案

转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构，封口的冲压机构为凸轮机构，工件的定位机构为凸轮机构。

由于方案（一）与方案（二）的区别在工件定位机构，方案（一）是凸轮机构，方案（二）是连杆机构。

在这里凸轮机构比连杆机构更适用，因为：

1）凸轮机构能实现长时间定位，而连杆机构只能瞬时定位，定位效果差，精度低。

2）凸轮机构比连杆机构更容易设计。

3）结构简单，容易实现

而方案（三）与方案（一）区别在封口的压盖机构，方案（三）是凸轮机构，方案（一）是连杆机构。

在这里则连杆机构比凸轮机构更适用

1） 加工复杂，加工难度大，工作时间长。

2） 造价较高，经济性不好。

综上可知：方案一在三个方案中最佳，则最后选择方案Ⅰ为旋转型灌装机的机械运动方案。