手動瓶蓋壓蓋機的改進

手動瓶蓋壓蓋機的改進,手動,瓶蓋,壓蓋,改進,改良 河南科技學(xué)院 2009屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 手動瓶蓋壓蓋機的改進 學(xué)生姓名： 李 欣 所在院系： 機電學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 機電技術(shù)教育 導(dǎo)師姓名： 洪新華 完成時間：2009年5月20日 摘 要 瓶蓋壓蓋機是包裝機械中的組成部分，也是包裝機械中必不可少的一個環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)式手動（人工）壓蓋機是以人工操作對瓶蓋壓緊，將其改進成自動機械式的壓蓋機。設(shè)計的壓蓋機主要有瓶蓋的供送裝置、進出瓶傳輸裝置、壓蓋機機頭及壓蓋機主體四部分組成。瓶蓋由電磁振動自動送置：首先在瓶蓋運動的過程中由定向模完成對瓶蓋的定向，之后瓶蓋沿滑道至末端再由氣嘴將瓶蓋吹到壓蓋機頭的槽口；瓶子由螺桿排序，經(jīng)進瓶撥輪送至壓蓋機轉(zhuǎn)盤上，最后由固定的圓柱凸輪帶動壓蓋機機頭進行自動地壓蓋。設(shè)計的機械自動壓蓋機，受力均勻，密封性好且工作效率高，也帶來了經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞： 瓶蓋壓蓋機，壓蓋機機頭，送蓋裝置，送瓶裝置 Abstract Bottle Caps Capping Machine is an integral part of packing machinery，and is one of indispensable link. Conventional manual (manual) Capping Machine is a compact manual on the cap, to improve the mechanical automatic Capping machine. Capping machine designed mainly for sending unit cap, and out of bottles of transmission devices, Capping Machine Capping Machine Head and the four main parts. Cap automatically sent by the electromagnetic vibration to build, first of all, the process of movement in the cap from the bottle to complete the directional mode of orientation, after the end cap along the slide to re-cap from the gas will flow into the mouth of the groove nose cap I; bottle by the screw to sort bottles, one by one into the bottle by driving wheel drive to the gland, the last by a fixed cylindrical cam driven machine head gland to gland automatically, and the sealing force uniform good. tional manual machines to improve, it could enhance the work efficiency, also brought economic benefits. Key words：Bottle Caps Capping Machine，Capping machine head，Send cover device，Send a bottle device 目 錄 1 引言 4 1.1 壓蓋機的種類及分析 5 1.2 國外的發(fā)展?fàn)顩r 6 1.3 我國與國外的壓蓋機發(fā)展水平差距 7 1.4 本文研究的主要內(nèi)容 7 2 總體方案設(shè)計 7 2.1 瓶蓋壓蓋機總功能的分析 8 2.1.1 瓶蓋的自動送蓋裝置 8 2.1.2 自動壓蓋裝置 8 2.1.3 進、出瓶的傳輸裝置 8 2.2 功能的分解 8 2.2.1 瓶蓋的供送 8 2.2.2 壓蓋裝置 8 2.2.3 瓶子的傳輸裝置 9 2.3 各功能元的原理方案及選定 9 2.3.1 儲蓋箱與傳送帶 9 2.3.2 定向及供給送蓋 9 2.3.3 壓蓋機機頭 10 2.3.4 傳動裝置 10 2.3.5 螺桿的控制及進出撥輪的輸送 10 3 主要部件的設(shè)計 11 3.1 送蓋裝置的設(shè)計 11 3.1.1 瓶蓋的定向分析 11 3.1.2 送蓋裝置 11 3.1.3 氣壓送蓋 12 3.2 壓蓋機機頭設(shè)計 12 3.2.1 壓蓋的原理 12 3.2.2 壓蓋機機頭 13 3.2.3 壓蓋機機頭的特點分析： 14 3.3 送瓶裝置的設(shè)計 15 3.4 傳動方案設(shè)計 16 3.5 總體分析 16 3.5.1 結(jié)構(gòu)分析 16 3.5.2 經(jīng)濟效益分析 17 4 結(jié)束語 18 致謝 18 參考文獻 18 1 引言 瓶蓋壓蓋機是屬于包裝機械，它是包裝機械的一個組成環(huán)節(jié)。近年來，隨著科技的迅速發(fā)展，國外的包裝機械已經(jīng)達到了非常先進的水平，而由于我國的包裝行業(yè)起步比較的晚，從而也影響了瓶蓋壓蓋機的發(fā)展，瓶蓋壓蓋機起步也比較晚。在90年代以前，我國的先進的包裝機械多數(shù)是從國外進口的，包括瓶蓋壓蓋機。但隨著我國國力的不斷提高，現(xiàn)在我國已經(jīng)開始自行研究自己的機械。 在我國手動（人工）的飲料（如：啤酒等）生產(chǎn)中,主要靠人工手動壓蓋，先由人工放蓋，然后人工用木榔頭,或塑料榔頭敲擊蓋頂部，使蓋與瓶口部分鎖緊,達到容器的密封結(jié)果，或者是由機械式的壓蓋機進行壓蓋，但是需要人工進行施加力，由壓蓋機機頭完成對瓶蓋的壓蓋。這兩種人工的壓蓋方法的生產(chǎn)效率都很低，尤其是前一種可能會產(chǎn)生壓蓋不到位、用力過猛而損壞瓶蓋或者敲擊不當(dāng)造成翻瓶等現(xiàn)象，后一種雖然只需要人工施加外力，但是勞動強度大。在生產(chǎn)實際中，由于產(chǎn)品從灌裝后到上蓋、壓蓋這兩道工序之間有一段時間極有可能使容器內(nèi)液體暴露在外，與外面空氣相連，是一段液體受污染的過程，會產(chǎn)生質(zhì)量問題。在我國包裝行業(yè)屬于一個新興的工業(yè)，80年代初剛剛起步，剛開始這一行業(yè)不被人們重視，底子很薄，而且技術(shù)含量極為不足，是一個分散的行業(yè)。但是隨著商品流通領(lǐng)域的擴大，包裝的作用已為企業(yè)所重視，并成為國民經(jīng)濟的組成部分。經(jīng)過“七五”、“八五”、“九五”至今的發(fā)展，我國的包裝機械壓蓋機發(fā)展迅速，已走完了發(fā)達國家的30～40年的歷程。 今天我國的此行業(yè)已經(jīng)達到發(fā)達國家的80年代中期的水平，而壓蓋機有些已經(jīng)水平達國際水平，比如：我國的 GY126/124灌裝壓蓋機和雙端式洗瓶機為核心的4萬瓶/小時(640ml)瓶裝生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線為目前國內(nèi)（國外進口的除外）技術(shù)最先進、性能最好、速度最快的啤酒瓶裝生產(chǎn)線之一，此外還有GY80A灌裝壓蓋機，它的性能也非常的好且穩(wěn)定。但是這是我國極為先進的水平，還沒有應(yīng)用和推廣至全國。目前，在國際上先進的灌裝生產(chǎn)線上，壓蓋與液體灌裝在同一機器內(nèi)，壓蓋工序緊隨灌裝工序，當(dāng)容器經(jīng)灌裝以后，由專用的裝置將瓶蓋送到瓶口，再自動壓蓋。整個過程是一套自動控制的系統(tǒng)，完全是自動控制，其整個生產(chǎn)過程是在無菌的環(huán)境中進行，生產(chǎn)速度可達到240瓶/min。但從我國的生產(chǎn)行業(yè)的經(jīng)濟條件來看，我國的中小型的企業(yè)占多數(shù)，運用這樣先進的生產(chǎn)流水線成本太高。原因是:由于是高速生產(chǎn)線，每生產(chǎn)一種規(guī)格的產(chǎn)品需要一套夾具，包括灌裝、壓蓋、送瓶、送蓋，此套夾具費用昂貴，拆裝與調(diào)節(jié)時間比較長。這樣的設(shè)備較適用于單一品種的大批量生產(chǎn)，它的柔性制造能力較差。因此在中小型的企業(yè)中得不到廣泛的應(yīng)用。我國的許多中小型企業(yè)的壓蓋機還是比較的落后，生產(chǎn)水平還比較的低，還有許多的手動和腳踏式的人工壓蓋機，因此還需要進行提高，進行改造。 1.1 壓蓋機的種類及分析 （1）腳踏式壓蓋機 此類壓蓋機是河南新鄉(xiāng)輕工業(yè)機械制造廠生產(chǎn)的，該類的壓蓋機是對手動的壓蓋機來講是一個進步，因為它以身體的重力對壓蓋機進行施加外力，比手壓式壓蓋機省力得多，而且腳踏式壓蓋機的穩(wěn)定性也比較好，適用于瓶身55mm到85mm，高度200mm到350mm的啤酒瓶或者是飲料瓶。它的不足之處是仍然是人工的操作，只能進行單件小批量的生產(chǎn)，而不能進行大批大量的生產(chǎn)，還是比較的落后，生產(chǎn)力水平低下，效率不高。它的另外應(yīng)用是可以進行教學(xué)的使用，讓學(xué)生的進行觀察以及進行簡單操作。 （2）封蓋及壓蓋機 此機械是北京釀酒機械廠生產(chǎn)的機械，它的壓蓋頭數(shù)是120頭，電動機的功率2.2kW。如此多的壓蓋頭數(shù)使得它的機械效率很高。 廣東輕工業(yè)機械集團的啤酒瓶裝生產(chǎn)線，近年來發(fā)展較快，單機的生產(chǎn)能力已大于等于36000瓶/h，比過去的8000瓶/h是一個很大的進步，生產(chǎn)線效率也大于等于77%，比過去的65%也提高了10%還多，破瓶率也已經(jīng)有過去的4%減小到2.5%。 （3）MEYER HL1008型灌裝壓蓋機 這種壓蓋機是將飲料的灌裝與壓蓋組合的壓蓋機，由于從灌裝后到上蓋、壓蓋這兩道工序之間有一個間斷的時間，會使得容器內(nèi)液體暴露在外，與外界的空氣接觸，是部分液體受到污染，從而產(chǎn)生質(zhì)量的問題。而這一類的機械剛好解決了這一問題，這一壓蓋機是美國MEYER公司制造的HL1008-78-18型短管機，早在1989年就投人使用，但是現(xiàn)在這種機械在美國早已經(jīng)淘汰，在我國使用近年來該設(shè)備已經(jīng)存在了很大的缺陷，比如： a．酒閥控制液位功能差，控制拔叉已嚴(yán)重磨損； b．擊泡裝置無壓力、無開停時間自控功能； c．托瓶氣缸使用壓縮空氣壓力要求高達0.7MPa，日常所用氣源難以滿足，長期在高壓狀態(tài)下工作，零部件極易磨損； d. 托瓶氣缸上端沒有防水及防碎玻璃裝置，氣缸外壁及導(dǎo)向軸承易被割損； e. 壓蓋機中心軸與壓蓋筒中心分度圓出現(xiàn)偏差，運行時常出現(xiàn)錯位現(xiàn)象； f. 皇冠蓋壓蓋組件無超載卸壓裝置，易壓爛瓶，也易損壞壓力彈簧和壓蓋錐套等零件。 （4）FG-4型全自動防盜封口機 此機械生產(chǎn)于湖南省食品機械總廠，目前是國家重點的投資項目，該機深受用戶歡迎，用戶反映使用效果較好。由于啤酒、飲料及原汁飲料生產(chǎn)成套設(shè)備隨著市場競爭日趨深入，防偽措施也越來越重視。酒類、飲料生產(chǎn)要求配套防盜蓋封口機。而該類機械就是針對于瓶蓋的防偽而設(shè)計的，其效果非常好，它適用于瓶直徑60mm～110mm，瓶高160mm～230mm，筒式鋁質(zhì)防盜蓋，瓶蓋的尺寸為25.6mm×7mm；28mm×16mm；30.5mm×21mm(直徑、高度)，生產(chǎn)能力是1000～5000瓶/h，采用的調(diào)速形式為機械無級調(diào)速。 （5）BYJ-10型塑料蓋壓蓋機 BYJ-10型塑料蓋壓蓋機是一種將平頂塑料蓋自動地壓入玻璃瓶口中，完成玻璃瓶塞式封口的包裝機械。它適用于我國大中型醬油、飲料等廠，最大生產(chǎn)能力8000瓶/h，有操作安全，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，破瓶率底，體積小，調(diào)試簡單，維修方便，沒有特殊材料等優(yōu)點，它是采用真空吸蓋和轉(zhuǎn)盤型孔式理蓋器，能自動整理瓶蓋并準(zhǔn)確地在玻璃瓶上扎壓塑料蓋。瓶子規(guī)格瓶直徑75±1.5mm瓶身高89±1.5mm;適應(yīng)蓋形圓形平頂蓋;壓蓋頭數(shù)10個。 （6）FDC32T8型灌裝壓蓋機 此類灌裝壓蓋機它采用補償彈簧的裝置，有效的減少了瓶高造成的瓶子壓碎的現(xiàn)象，降低了瓶子的破損率，提高了生產(chǎn)的效率。對于這一類壓蓋機太缺少瓶蓋的供送裝置，需要專門的輸蓋機一臺（CHL-72型）。 1.2 國外的發(fā)展?fàn)顩r 美國是世界上包裝機械發(fā)展歷史最長的國家，早就已經(jīng)形成了一個獨立完整的包裝機械工業(yè)體系。美國的產(chǎn)品以高、大、精、尖居多，而且他們對一個或兩個產(chǎn)品領(lǐng)域進行專門的研究、實驗和制造，以達到精益求精。每一種產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新的投入都比較大，每年的銷售也都有增加。其中壓蓋機就是美國新型包裝機械產(chǎn)品中增長速度最快之一。德國也是包裝工業(yè)發(fā)展發(fā)達的國家之一，尤其是德國在啤酒和飲料灌裝等設(shè)備居于領(lǐng)先地位。它們的產(chǎn)品具有高速、成套、自動化程度高、可靠性好的優(yōu)點。德國的包裝機械壓蓋機之類的廣泛的采用機-電-氣，機-電-液等一體化方面的技術(shù)，生產(chǎn)水平先進且效率也高。 意大利也是包裝機械發(fā)展水平高的國家之一。意大利機械主要特點是性能優(yōu)良、外觀考究、價格便宜。意大利的壓蓋機機械多采用自動控制系統(tǒng)進行生產(chǎn)，如用微機和PLC（可編程控制器）等系統(tǒng)。 日本的這一行業(yè)也發(fā)展迅速，它以技術(shù)先進、性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠而聞名于世。日本將微機控制、工業(yè)機器人技術(shù)、模塊化技術(shù)等應(yīng)用于包裝機械中，大大提高了競爭能力。日本的包裝產(chǎn)品中，以中小型單機為多，其中的封蓋機體積小、安裝容易、操作方便，自動化程度也很高。 總之，在包裝行業(yè)包裝機械方面，國外的發(fā)展水平非常的先進，他們的一體化、自動化等控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用，這使得國外的包裝機械人工勞動強度小，生產(chǎn)效率高，而且生產(chǎn)可靠性又非常高。 1.3 我國與國外的壓蓋機發(fā)展水平差距 在質(zhì)量方面，國外的這些機械已經(jīng)普遍的引入了微機控制、氣、電控制等機電一體化技術(shù)，大大的提高了機械的生產(chǎn)效率和自動控制的可靠性。但是我國的機械相當(dāng)?shù)牟?，主要表現(xiàn)在：生產(chǎn)效率低、耗能高、穩(wěn)定性和可靠性差；外觀也粗糙、產(chǎn)品的壽命低。在技術(shù)水平方面，國外的壓蓋機產(chǎn)品早已采用機械技術(shù)與微電子技術(shù)和信息技術(shù)的結(jié)合，智能化和柔性化的技術(shù)水平高。對于啤酒生產(chǎn)中的設(shè)備更是采用了只能控制等先進技術(shù)，運行可靠穩(wěn)定性好。我國的產(chǎn)品技術(shù)均偏低，表現(xiàn)在控制技術(shù)和產(chǎn)品靠性等方面，更重要的的是我國的技術(shù)水平更新速度太慢，新技術(shù)、新材料、新工藝的推廣應(yīng)用范圍太窄。在產(chǎn)品的開發(fā)方面，我國的企業(yè)開發(fā)一種產(chǎn)品并且穩(wěn)定的生產(chǎn)，時間要2～3年，開發(fā)的周期太長，根本做不到“生產(chǎn)一個、儲備一個、開發(fā)一個”。而國外的產(chǎn)品開發(fā)，專門從事開發(fā)的人員充足，費用高，因此新產(chǎn)品層出不斷。 1.4 本文研究的主要內(nèi)容 總共能分解為功能元 確定個功能元的原理 各功能原理方案比較與選擇設(shè)計 主要部分的分析與解剖 總論 分析機械總功能 本文研究的主要內(nèi)容包括有：送蓋裝置的設(shè)計和分析，說明其工作原理并畫出其結(jié)構(gòu)簡圖；壓蓋機機頭的設(shè)計分析，說明其工作原理并畫出其結(jié)構(gòu)簡圖；對對傳動裝置的分析及電動機的選擇，以及對重要器件的選用；最后是進出瓶裝置的分析及結(jié)構(gòu)簡圖。 2 總體方案設(shè)計 總體設(shè)計步驟方案如圖1所示。 圖1 總體設(shè)計方案 2.1 瓶蓋壓蓋機總功能的分析 2.1.1 瓶蓋的自動送蓋裝置 瓶蓋的供送裝置可以將雜亂無章的瓶蓋先定向再送至壓蓋機機頭的槽口處，最后在氣壓壓力的作用下準(zhǔn)確的將瓶蓋送達壓蓋模的正下方，完成送蓋。 2.1.2 自動壓蓋裝置 由電動機作為動力源，帶動壓蓋機機頭按傳動系統(tǒng)的一定規(guī)律進行壓蓋，如此機械式就代替了人工（手動或腳踏）壓蓋，減少了勞動量。 2.1.3 進、出瓶的傳輸裝置 由鏈帶輸送，經(jīng)螺距螺桿隔開，由進瓶撥輪送至壓蓋轉(zhuǎn)盤上，自動送瓶，完成壓蓋后，再由出瓶撥輪將瓶子撥出。 2.2 功能的分解 2.2.1 瓶蓋的供送 如圖2所示，分解為最小功能元。 瓶蓋的供送 儲蓋箱 傳送帶 定向及送蓋 圖2 瓶蓋的供送分解功能樹 2.2.2 壓蓋裝置 壓蓋裝置 傳動裝置 壓蓋機的主要部分壓蓋裝置可以分解為如圖3所示的功能樹。 壓蓋機機頭 圖3 壓蓋裝置的功能樹 2.2.3 瓶子的傳輸裝置 瓶子的傳送以及定位壓蓋是壓蓋機的主要功能和關(guān)鍵功能，如圖4所示的功能元。 瓶子的傳輸 螺桿的控制 進出瓶輸送 瓶子的定位 壓蓋轉(zhuǎn)盤 圖4 瓶子的傳輸功能樹 2.3 各功能元的原理方案及選定 2.3.1 儲蓋箱與傳送帶 對于壓蓋機的輔助裝置儲蓋箱與傳送帶，在設(shè)計時沒有太大的要求，只需要滿足要求即可。 儲蓋箱主要是用來儲備所需要的瓶蓋，以備在進行壓蓋時的使用。儲備箱大約直徑為100mm、高達約150mm的塑料箱或者其它類型的箱子即可。在工作時儲備箱里的瓶蓋由傳送帶輸送到瓶蓋定向及送蓋裝置（儲蓋斗）即可。 在選用傳送帶時，由于我們的瓶蓋是啤酒瓶蓋，是由馬口鐵一類的金屬瓶蓋制成的，因此我們的傳送帶選用磁性傳送帶，方便又快捷。這樣就可以輕松的將瓶蓋輸送到2米左右高的儲蓋斗，然后進行定向和送蓋。 2.3.2 定向及供給送蓋 這是一個主要的部分，主要完成對瓶蓋的準(zhǔn)確輸送，將瓶蓋送至瓶蓋壓蓋機機頭的槽口，以便對瓶蓋進行壓蓋。 圖5 機械式送蓋 瓶蓋的定向及送蓋有兩種形式，一是機械式自動送蓋料斗；另一種是電磁振動自動送蓋裝置。對于第一種是機械式的送 蓋裝置（如圖5所示），利用機械原理進行送蓋，轉(zhuǎn)盤進行機械的攪動，一方面完成對瓶蓋的定向，對定向不符合的帶回料斗重新定向；另一方面由氣壓壓力將瓶蓋吹至壓蓋機機頭槽口，有的是由推桿機構(gòu)將瓶蓋送至壓蓋機機頭槽口。第二種是電磁振動送蓋裝置，由機械學(xué)共振原理，使機構(gòu)在低臨界共振的狀態(tài)下工作，料斗中瓶蓋沿拋物軌跡向前運動，達到送蓋的目的。它主要是利用電磁振動將瓶蓋定向，在振動的過程中，瓶蓋進行定向，而對于不能定向的瓶蓋，在螺旋形的跑道上設(shè)有一定形狀的孔眼，振動過程中是其落回料斗中。它結(jié)構(gòu)簡單，易制造，成本低，但有噪音和振動。對于機械式的需要機械的攪動，如此以來就容易磨損瓶蓋上面的商標(biāo)，并且機械式的供蓋的速度也不能太快，這樣就不能應(yīng)用廣泛，所以選用電磁振動送蓋裝置，最后由氣壓壓力將瓶蓋吹到壓蓋機機頭的槽口。 2.3.3 壓蓋機機頭 壓蓋機機頭是整個壓蓋機的核心部分，它的好壞直接影響到壓蓋的質(zhì)量。壓蓋機機頭主要的部分是壓蓋模，因此選用壓蓋模至關(guān)重要。 壓蓋機進行工作時有兩種工作方式：一是瓶子不動，壓蓋機機頭下落，將瓶蓋壓蓋到瓶口上去，；另一種是壓蓋機機頭不動，由瓶子隨著托盤上升與下降，從而將瓶蓋壓到瓶口達到壓蓋的目的。由于包裝機械一般是一個系統(tǒng)，統(tǒng)一由一個傳送的系統(tǒng)，因此在進行壓蓋時，瓶子隨著托盤上升和下降不利于傳輸，故選用瓶子不動，而壓蓋機機頭上升和下降來完成壓蓋。 壓蓋機機頭的主要原理是壓蓋機機頭的輥子沿固定凸輪滾道做上下運動以此對瓶蓋施加壓力，實現(xiàn)壓蓋動作，最后由壓蓋機機頭的壓蓋心桿將瓶子頂出。為了避免破瓶現(xiàn)象，可以調(diào)節(jié)心桿和頂桿的間隙，碎瓶時可以將間隙較小一些。 2.3.4 傳動裝置 根據(jù)所要求的生產(chǎn)能力選擇電動機和減速器，然后來選擇傳動部分，按照壓蓋機的工藝流程及傳動系統(tǒng)，在該機的設(shè)計過程中應(yīng)首先考慮到各傳動件問的協(xié)調(diào)，即輸送螺桿、星形進出瓶撥輪、壓蓋之間的協(xié)調(diào)。也就是說瓶子在整個壓蓋的過程中應(yīng)以同一速度運動，否則瓶子在壓蓋過程中將發(fā)生堆積引起混亂。這是絕對不允許的。 壓蓋機的生產(chǎn)能力取1800瓶/h，即30瓶/min，由于壓蓋機機頭數(shù)目為4個，故約每分鐘壓蓋機的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)7.5圈。故可以選擇電動機與傳動的方案。 2.3.5 螺桿的控制及進出撥輪的輸送 為了使瓶子能有秩序的進行壓蓋，需要用螺桿和星形撥輪進行排序，提高工作效率。進、出瓶裝置采用等距進瓶螺桿控制，這樣與不等距螺桿相比制造簡便，瓶子底部有輸送鏈板，抵消了部分等距進瓶螺桿入口加速度使瓶子在限定時間內(nèi)等距離定量送瓶進行壓蓋。螺桿的節(jié)距1 25．66mm，使瓶子間距48mm，這樣瓶子在出螺桿進壓蓋機與托板接觸時產(chǎn)生的逆向位移不至于撞在后面的瓶子上。螺旋外圓直徑100mm，圓弧半徑38．5mm，全長210．5mm。適用于直徑60～77mm的圓柱形玻璃瓶。 3 主要部件的設(shè)計 3.1 送蓋裝置的設(shè)計 對于雜亂無章的瓶蓋，首先要對其進行定向，然后瓶蓋再隨滑到在氣壓壓力的作用下到達壓蓋機機頭的槽口。 3.1.1瓶蓋的定向分析 圖6 定向的間隙 如圖5所示，當(dāng)瓶蓋在振動的過程中，瓶蓋在進入滑道內(nèi)必須經(jīng)過定向裝置進行定向。定向正確的瓶蓋，剛好可以通過定向裝置的間 隙，就進入了送蓋滑槽中。當(dāng)瓶蓋 定向不正確，則不能通過定向裝置的間隙，故通過孔眼重新落入儲料斗里重新定位。 3.1.2 送蓋裝置 圖7 電磁振動送蓋裝置 電磁振動送蓋裝置，如圖7所示。蓋子放在儲蓋斗1內(nèi)，儲蓋斗內(nèi)壁上有螺旋形的瓶蓋跑道2，儲蓋斗的底部裝有銜鐵3，它與裝在底盤6上的電磁線圈4是相對應(yīng)的，整個儲蓋斗用幾組彈片5支撐在底盤6上，而底盤由經(jīng)減振墊7與機座相連，從而形成了一個近似雙自由度的振動模型。當(dāng)通電后，在激振電磁吸力為正半周時，帶動儲料斗向下方振動，后半周時，由于電磁鐵用半波整流供電，故吸力為零，但儲料斗則在彈片的作用下向前上方振動，帶動螺旋型跑道上的瓶蓋加速運動直至拋起，當(dāng)儲料斗再在電磁吸力的作用下向后下方回振時，瓶蓋已經(jīng)產(chǎn)生了一個小位移。如此的循環(huán)，瓶蓋就以50Hz的激振頻率不斷的向前跳。 3.1.3 氣壓送蓋 圖8 氣壓送蓋簡圖 在瓶蓋定向并進入送蓋槽滑道時，最后由壓縮空氣吹至壓蓋機機頭的槽口，完成送蓋。由與將瓶蓋吹到槽口所需要的力很小，所以只要壓縮空氣的壓力大于0.3MPa滿足要求(如圖8所示)。 3.2 壓蓋機機頭設(shè)計 3.2.1 壓蓋的原理 圖9是皇冠瓶蓋，圖10是啤酒的瓶口，封蓋時將蓋子折角波紋周邊向內(nèi)壓縮，使其卡在瓶口45斜面R2.4的圓周凹槽內(nèi)實現(xiàn)封蓋目的。 第一：折角波紋作用 圖9 瓶蓋 圖10 瓶口 如果將一塊直徑32.1mm厚0.25mm馬口鐵板封在瓶口上。馬口鐵比較的軟，它可以壓延，包在瓶口上，鐵皮會自然地產(chǎn)生折皺。但是折皺有大小，必然包不嚴(yán)，且容易壓碎瓶中，為此制成有均布折角的渡紋蓋子。如果接偶數(shù)20或22個折角分布，折角互為對稱，壓蓋封口時，折角以同樣強度向瓶口凹槽內(nèi)彎曲收縮。折角強度大，很難將折角擠人凹槽內(nèi)，封蓋很難進行。若制成奇數(shù)21個折角，折角受力的作用，向內(nèi)收縮，21（奇數(shù)）個折角同時收縮，則瓶蓋的直徑32.1mm將會縮至28.5mm，故瓶蓋周邊受到壓力的作用將同時收縮。由于折角對稱邊為折板，它的強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于折角，折板在其相鄰兩折角夾持下，沿瓶口45度斜面R2.4的圓周凹槽向內(nèi)彎曲，擠壓在凹槽內(nèi)。此時瓶蓋的周邊形成倒圓臺緊緊包住瓶口。 第二：封蓋過程 一是定位入口及預(yù)緊：在工作地過程中，隨著轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，在圓柱凸輪的作用下，壓蓋機機頭向下運動，機頭的導(dǎo)向環(huán)正好與瓶口對準(zhǔn)，再向下運動，瓶口就剛好套在導(dǎo)向環(huán)內(nèi)，完成定位。接著沖頭先壓緊瓶蓋于瓶口上，壓蓋模的內(nèi)表面緊隨將折角波紋周邊捋緊壓下，密封墊在沖頭壓力以及壓蓋模力的作用下，密封墊得到較大壓縮量，產(chǎn)生予緊密封。 二是翻邊成彤：隨著壓蓋行程的進行，壓蓋模錐面將蓋子折角波紋周邊繼續(xù)向內(nèi)彎曲收縮變形，在瓶口凹槽內(nèi)．緊貼其上，形成下口小，上口大段封面。 圖11 瓶口與蓋密封 三是捋緊壓實：壓蓋模繼續(xù)向下，使同邊金屬擠壓應(yīng)力急劇增加，折角折板填人瓶口凹槽，夯實CD段園周貼面，且變形的折解折板不再反彈。從此蓋子對瓶口始終有予緊拉力，保證密封墊予緊壓縮。 在壓蓋時，瓶蓋與瓶口之間的密封主要是由密封墊來保持，如圖11所示，密封墊產(chǎn)生了較大的彈性接觸擠壓變形，瓶蓋結(jié)構(gòu)上的波紋型周邊由于壓蓋模的作用產(chǎn)生擠壓變形，卡在瓶子的封口凸棱的下緣，使得瓶蓋與瓶口機械勾連，得到牢固且密封性封口連接。因此皇冠蓋封口嚴(yán)密牢固，開啟方便挾捷。 3.2.2 壓蓋機機頭 1、2—輥子；3—套筒；4、5、8—彈簧；6—頂桿；7—頂桿套；9 螺套；10—沖頭(心桿)；11—壓頭；12—壓蓋模；13—槽口；14—導(dǎo)向環(huán) 圖12 壓蓋機機頭 壓蓋機機頭工作時，是瓶子在壓蓋機轉(zhuǎn)盤上轉(zhuǎn)動的過程中，由壓蓋機機頭下降與上升完成壓蓋。壓蓋機除了傳動原理與結(jié)構(gòu)、凸輪要設(shè)計得合理以外，最關(guān)鍵的是壓蓋機機頭。手動（人工）壓蓋機的壓蓋頭是一種傳統(tǒng)的壓蓋頭。這種傳統(tǒng)的壓蓋頭的工作原理是當(dāng)今國內(nèi)普遍采用的一種形式，其主要特點是：小彈簧負(fù)責(zé)將壓好蓋的瓶子頂出，因此彈簧要具備一定的頂出力，對于瓶子若有高低不同時，大彈簧負(fù)責(zé)進行緩沖補償 (有的壓蓋頭內(nèi)無大彈簧、而將大彈簧放在瓶托下面起緩沖作用，其原理與上面是相同的)。 現(xiàn)將傳統(tǒng)的手動式的壓蓋機機頭經(jīng)過改進，形成了一種新型的壓蓋頭，它的工作原理與傳統(tǒng)手動（人工）形式有較大的不同。其主要特點是只有頂出彈簧，而無緩沖大彈簧，采用錒球卸荷來消除瓶子過高造成的影響。下面先將手動（人工）壓蓋形式的工作原理敘述如下：（1）轉(zhuǎn)動的過程中壓蓋頭沿凸輪輥道下降，導(dǎo)向環(huán)對準(zhǔn)瓶口，沖頭（心桿）10壓住瓶子；（2）隨著壓蓋頭的繼續(xù)下降，心桿相對地上升至與頂桿6接觸后，直到心桿與頂桿7不再相對的運動，此時瓶蓋在壓蓋模12內(nèi)已經(jīng)壓好；（3）瓶子若偏高，外套筒3由于凸輪限制不再升降．這時內(nèi)套筒推動大彈簧向上緩沖；（4）壓蓋頭隨著凸輪上升，小彈簧5將壓好蓋的瓶子頂出。這種原理的蓋壓的松緊程度，由心桿10與頂桿6之間的間隙決定，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動頂桿來改變間隙的大小。經(jīng)過改進的新型壓蓋頭（如圖13所示）的工作原理敘述如下： （1）工作地過程中壓蓋頭沿著凸輪的輥道下降，導(dǎo)向環(huán)14校正瓶口位置使其準(zhǔn)確的套上蓋子，此時沖頭（心桿）10將壓住瓶子；（2）隨著圖13 新型壓蓋頭 壓蓋頭的繼續(xù)下降，直到心桿與瓶子接觸后頂柱不再下降，而壓蓋頭外套筒3通過壓環(huán)、鋼球、螺套9帶動內(nèi)套筒下降，并壓縮彈簧組l0，當(dāng)內(nèi)套筒相對于頂柱下降約12mm以上時；壓蓋任務(wù)完成；（3）若遇到高瓶子時，心桿推動托盤9繼續(xù)相對內(nèi)、外套筒上升，直至鋼球脫離托盤，由于心桿上端直徑比托盤?。撉虮阌芍刑淄?上端的斜面推向頂桂。這時，外套筒與內(nèi)套筒之間不再有剛性傳動．而是頂柱推著螺套與鋼球，螺套帶著內(nèi)套筒繼續(xù)相對外套筒而上升，甚至鋼球可越過(理論上)壓環(huán)繼續(xù)上升。（4）當(dāng)壓蓋頭隨凸輪上升時，由彈簧組將壓好蓋的瓶子頂出。這種壓蓋原理，蓋壓得松緊程度不能調(diào)節(jié)，由壓蓋模內(nèi)徑?jīng)Q定。 3.2.3 壓蓋機機頭的特點分析： 圖14 壓蓋模 （1）手動（人工）壓蓋形式的壓蓋模腔為錐形，蓋在模腔內(nèi)縮口完成后，蓋不能穿過壓蓋模，縮口尺寸的大小由頂柱與螺桿之間間隙決定，間隙大，縮口小，也就是蓋壓得緊;反之蓋壓得松，如圖14（a）。而新型的壓蓋模腔為圓柱形，縮口尺寸由模腔直徑來決定?？s口尺寸不能調(diào)整，壓好蓋后，蓋可以從壓蓋模內(nèi)通過，如圖14（b）所示。由此我們看出，新型壓蓋模使用起來較方便，不需對縮口尺寸進行調(diào)整，但也存在兩個間題，一是壓蓋模被腐蝕、磨損后，縮口尺寸不能補償;再是對蓋的齒部摩擦較重，使涂料或保護層磨掉較多。但可以選擇耐磨的材料、提高硬度及模腔表面的光潔度減少磨損。 （2）手動（人工）的壓蓋形式采用瓶高補償緩沖大彈簧，即遇到高瓶子，通過大彈簧動作而避免將瓶子壓碎。新型壓蓋頭則無此緩沖大彈簧。它、使用了鋼球卸荷的形式。我們通過試驗知道，壓蓋時，蓋縮口到尺寸直徑28.6—28.8mm，所需的垂直方向的力在2000N左右，頂出瓶子的力要在800N以上。用手動（人工）壓蓋形式，若想壓好蓋，瓶子要受到2800N以上的垂直壓力，而且大彈簧鋼絲直徑為10mm，剛度在40N/mm以上，瓶子每增加1mm，就要增加40N的力。而新型壓蓋頭則沒有大彈簧，只有壓蓋時需要2000N左右的垂直力以能縮口就行了(通過剛性傳動)，蓋縮口一到尺寸，壓蓋力迅速消失，只剩下彈簧組的反力。頂出彈簧組由3根彈簧組成，最粗的彈簧鋼絲直徑只有6mm，3根剛度總和只有12N/mm左右，瓶子每增高1mm，只增加12N的垂直力。彈簧組的預(yù)壓力設(shè)計在1600N(因為壓蓋模腔不是錐度，需要對蓋施較大的力)，瓶高即使增加30mm，其垂直壓力也不會超過2000N，以至整個壓蓋過程中，對瓶子施加的力永遠(yuǎn)不會超過2000N。 綜合上述分析，我們可知，如果在瓶高一致的情況下，手動（人工）與新型壓蓋頭差別不大，但在瓶高不一致的情況下，差異就顯示出來了。因為在調(diào)整壓蓋頭時，總是以最矮的瓶子為標(biāo)準(zhǔn)。因此，定性的看，采用新型壓蓋頭的好處至少有三點:（1）壓碎瓶現(xiàn)象大大減少;（2）整機負(fù)荷減小許多，既節(jié)省了能耗，又使各摩擦副的摩損減輕，壽命延長;（3）由于彈簧鋼絲細(xì)，剛性小，在相同變形量下，所受剪切力小，更耐疲勞，增加了彈簧壽命。 壓蓋機頭是壓蓋機的主要執(zhí)行機構(gòu)，工作原理是：輥子1、2受固定凸輪控制是套筒3做上下運動，經(jīng)螺套9、頂桿7及彈簧4、5，進而是壓頭11做上下運動。當(dāng)蓋子進入壓頭低端槽口13后，壓頭開始下降，導(dǎo)向環(huán)14校正瓶口位置使其準(zhǔn)確套上蓋子。壓頭繼續(xù)下降，壓蓋模12使蓋子與瓶口密封。與此同時，沖頭（心桿）10被頂起，彈簧8受壓縮，沖頭10與頂桿6間的間隙控制了壓蓋的行程，可以通過轉(zhuǎn)動頂桿來調(diào)節(jié)。隨后，壓頭上升，彈簧8伸長并經(jīng)沖頭10迫使瓶子掉落，以免出現(xiàn)吊瓶現(xiàn)象。對于壓蓋過緊、以至于碎瓶或瓶子過高時，可以將沖頭與頂桿之間的間隙調(diào)小些，以此避免出現(xiàn)碎瓶的現(xiàn)象。 3.3 送瓶裝置的設(shè)計 壓蓋機的送瓶裝置工作原理是：由鏈帶輸送瓶子，經(jīng)過螺旋分離限位器1將瓶子有序的隔開，然后在經(jīng)過進瓶撥輪2使得瓶子按序的進行壓蓋，進瓶撥輪準(zhǔn)確的將瓶子送至壓蓋機轉(zhuǎn)盤3，然后在轉(zhuǎn)動的過程中，由壓蓋機機頭完成壓蓋，最后壓好蓋的瓶子由出瓶撥輪4將其排出。如圖15所示。 3 4 2 1 在傳動的過程中，可以看出進出瓶星形撥輪上瓶子中心的線速度為，壓蓋頭中心的線速度為，螺桿輸送速度為，則它們的速度是相等的。 3.4 傳動方案設(shè)計 圖15 進出瓶裝置 根據(jù)壓蓋機的工藝流程及傳動系統(tǒng)，在該機的設(shè)計過程中應(yīng)首先考慮到各傳動件問的協(xié)調(diào)，即進出星形瓶撥輪、壓蓋機機頭、輸送螺桿之間的協(xié)調(diào)。也就是說瓶子在整個壓蓋的過程中應(yīng)以相同的速度運動。即進出瓶星形撥輪上瓶子中心的線速度為V1，壓蓋頭中心的線速度為Ｖ2，螺桿輸送速度為V3均相等。 故： 其中、 、分別為進出瓶星形撥輪、壓蓋頭、輸送螺桿的回轉(zhuǎn)半徑，、、為各自的轉(zhuǎn)速。為螺桿中螺旋線的升角。同時還應(yīng)滿足在運轉(zhuǎn)過程中其經(jīng)過的距離必須相等的條件。 按照生產(chǎn)能力要求，壓蓋機的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速是300~600轉(zhuǎn)/h，即5~10轉(zhuǎn)/min，故可選擇電動機和傳動的方案。 電動機的功率為1.5kＷ，轉(zhuǎn)速1380轉(zhuǎn)/min，傳遞方案由減速器與蝸桿蝸輪組成，選擇合適的模數(shù)確定減速器的比值，然后在根據(jù)上述公式一確定傳動齒輪的尺寸以及帶的傳輸速度。 3.5 總體分析 3.5.1 結(jié)構(gòu)分析 機械式的壓蓋機主要由上部儲蓋斗、四個壓蓋頭、控制壓蓋的固定凸輪、下部的星形圓盤、底盤、中心固定主軸及主傳動系統(tǒng)組成，如圖16所示。 蓋子放在儲蓋斗1中，通過電磁振動送蓋裝置2將瓶蓋定向并沿輸蓋槽4輸送至壓蓋機機頭槽口，在氣嘴6的作用下，準(zhǔn)確的定位，然后在工作過程中，壓蓋頭與星形盤7均由齒輪9帶動旋轉(zhuǎn)，瓶子被送入星形盤并正好位于壓蓋頭的下方，壓蓋頭與星形盤同步旋轉(zhuǎn)（此時瓶子也一起轉(zhuǎn)動）過程中，由于固定凸輪的凸輪，使得壓蓋機機頭上下運動并對瓶蓋施加壓力，四個壓蓋頭通過輥子與固定凸輪連接，即完成壓蓋工作。在轉(zhuǎn)動一周的過程中，完成4個瓶蓋的壓蓋工作，最后，壓好蓋的瓶子隨出瓶撥輪出來，如此，即可完成壓蓋工作。如下圖（16）所示。對于瓶子的高低不同，差別非常大時，可以通過調(diào)節(jié)蝸桿蝸輪10和螺母螺旋11使其升降，以此滿足不同的需要。 圖16 壓蓋機的總體方案 3.5.2 經(jīng)濟效益分析 通過對手動壓蓋機的改進，在經(jīng)濟方面也有很大改善。人工進行壓蓋時，一個工人一天工作8小時，壓蓋數(shù)量約1800瓶，一個月需要支付工資約800元左右。改進之后，整套設(shè)備需要約2300元，一天8小時工作可壓蓋10000瓶左右，超出人工壓蓋約8000瓶，一個月就超出20萬瓶，機械壓蓋機除去每天耗電量12度，約6元錢，只需要人工裝瓶即可?？梢姍C械式的壓蓋機是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人工壓蓋效益，同時機械式的壓蓋壓蓋質(zhì)量（碎瓶率）也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人工壓蓋，由于人工壓蓋用力不均勻，容易碎瓶，而機械壓蓋用力均勻且密封性好。 4 結(jié)束語 此次將手動壓蓋機改進為機械自動式的壓蓋機，與傳統(tǒng)的壓蓋機相比有很大的進步，瓶蓋是在運動的過程中自動定向，用氣體準(zhǔn)確的吹到壓蓋機頭的槽口，定位準(zhǔn)確；瓶子是用傳輸帶輸送，再由進出瓶撥輪自動傳輸，由壓蓋機頭機械的完成瓶蓋的壓緊，減輕了人的勞動力。但是隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，新理論的不斷創(chuàng)新，壓蓋機的自動化控制將會在未來廣泛的應(yīng)用（比如：PLC控制、機電一體化控制、灌裝與壓蓋組合機械）。因此，對于壓蓋機還可以繼續(xù)改進，進一步提高生產(chǎn)效率、節(jié)省勞動力，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，服務(wù)于生產(chǎn)。 致謝 本文的全部工作是在尊敬的指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下完成的，我的指導(dǎo)老師洪老師給了我很大的支持和幫助，在此我向洪老師表示由衷的感謝！在寫作期間，洪老師不耐其煩地幫助我修改論文，指出不足并讓我改正。在他身上真正表現(xiàn)出了一名老師耐心、負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)和一名學(xué)者一絲不茍的治學(xué)態(tài)度。指導(dǎo)老師敏捷的思維、淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、深厚的專業(yè)功底以及追求真理、勇于創(chuàng)新的精神給我留下了深刻的印象，使學(xué)生受益終身，也將永遠(yuǎn)激勵和鞭策著我刻苦學(xué)習(xí)，努力工作。指導(dǎo)老師不僅在學(xué)業(yè)上為我嘔心瀝血，還在工作中為我指明了方向。我在工作和學(xué)習(xí)中的點滴進步，都離不開指導(dǎo)老師的幫助。至此論文結(jié)稿之際，謹(jǐn)向我敬愛的指導(dǎo)老師致以深深的謝意和崇高的敬意。 參考文獻 ［1］ 徐景珩.未來十年中國食品和包裝機械發(fā)展趨勢.北京：中國輕工業(yè)出版社，1998． ［2］宮相印.食品機械與設(shè)備.北京：中國商業(yè)出版社，1993． ［3］管敦儀.啤酒工業(yè)手冊.北京：中國輕工業(yè)出版社，1998：515． ［4］胡繼強.食品機械與設(shè)備.北京：中國輕工業(yè)出版社，1999：145、150-153． ［5］程凌敏，徐克非，楊琦云等.食品加工機械.北京：中國輕工業(yè)出版社，1992． ［6］沈再春.農(nóng)產(chǎn)品加工機械與設(shè)備.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1993：242． ［7］程殿林.啤酒生產(chǎn)技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998． ［8］管敦儀.啤酒工業(yè)手冊（下）.北京：中國輕工業(yè)出版社，1998：536-537． ［9］劉筱霞.包裝機械.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007． ［10］張永茂，馬衛(wèi)東.AutoCAD機械繪圖實用教程.北京：機械工業(yè)出版社，2005． 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