王陳 楊樹均 楊平

摘??要：

本文現(xiàn)以某廠所要求開發(fā)的新型24?頭電子灌裝機(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)特點及實際應(yīng)用中出現(xiàn)的普遍性缺陷后，本文從提高設(shè)備效率、降低設(shè)備成本及完善設(shè)計等方面進(jìn)行研究，最終提出了所需求的24頭電子灌裝機(jī)的設(shè)計研發(fā)方案。

關(guān)鍵詞：灌裝機(jī)，單電機(jī)驅(qū)動，換檔機(jī)構(gòu)

緒論

灌裝機(jī)械經(jīng)歷了幾百年的發(fā)展與進(jìn)步，我國的灌裝機(jī)械從無到有，從小到大，從仿制國外產(chǎn)品到自主研發(fā)設(shè)計，經(jīng)過多年的發(fā)展，如今灌裝機(jī)械行業(yè)在我國已初具規(guī)模。但與國外先進(jìn)技術(shù)相比，我國灌裝生產(chǎn)在設(shè)計及加工制造水平等方面均存在較大差距。

因此研制高穩(wěn)定性和高灌裝精度的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)并符合GMP等行業(yè)要求的新型灌裝機(jī)對于促進(jìn)我國灌裝行業(yè)發(fā)展起到重要作用。

1.24頭液體灌裝機(jī)總體設(shè)計

1.1基本結(jié)構(gòu)及工作原理

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

根據(jù)各部分不同功能，該液體灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)劃分為傳動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)和灌裝系統(tǒng)，如圖1.1所示。

圖1.1??24頭電子感應(yīng)灌裝機(jī)總裝圖

• 傳動系統(tǒng);2—主軸系統(tǒng);3—灌裝系統(tǒng)

1.2傳動系統(tǒng)分析

圖1.2是灌裝機(jī)灌裝液體時的運行路線圖?？掌拷?jīng)洗瓶機(jī)清洗后，進(jìn)入由蛟龍機(jī)構(gòu)組成的螺旋輸瓶器，按一定間距間隔分開后送入進(jìn)瓶星輪，再由勻速旋轉(zhuǎn)的進(jìn)瓶星輪送入灌裝系統(tǒng)。

圖1.2?灌裝機(jī)灌裝運行路線圖

整個系統(tǒng)傳遞的運動，由主傳動傳至螺旋輸瓶器、進(jìn)出瓶星輪、罐裝系統(tǒng)，

以及用于調(diào)節(jié)灌裝口高度以適應(yīng)不同瓶子的灌裝口升降系統(tǒng)。用流程圖1.3可直觀表示。

圖1.3?主傳動流程圖

由灌裝機(jī)傳動系統(tǒng)基本原理可知，灌裝機(jī)的傳動系統(tǒng)需將運動從主電機(jī)分別傳送到螺旋輸瓶器、各輸送星輪、灌裝系統(tǒng)、灌裝口升降系統(tǒng)。灌裝系統(tǒng)大轉(zhuǎn)盤便需旋轉(zhuǎn)一周，絞龍軸（螺旋輸瓶器）便需要輸送24個瓶子進(jìn)入灌裝系統(tǒng)，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(tǒng)設(shè)計

圖1.4?傳動系統(tǒng)傳動方案一示意圖

圖1.4為原有的傳動系統(tǒng)方案。該傳動方案的使用齒輪作為傳遞運動的部件。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)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(jù)系統(tǒng)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(shè)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(jī)的原設(shè)計者采用了不同模數(shù)的齒輪進(jìn)行嚙合。而模數(shù)不同的齒輪在進(jìn)行嚙合時，為非正常嚙合，極易產(chǎn)生振動、噪音，導(dǎo)致傳動不平穩(wěn)，效率低下，并且齒輪壽命大減[1][2]。

原有傳動系統(tǒng)，采用雙電機(jī)分別驅(qū)動輸送罐裝系統(tǒng)和灌裝口升降系統(tǒng)。在實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，如果采用雙電機(jī)驅(qū)動，那么其中一臺電機(jī)將長期閑置，造成制造成本和維修成本的增加。由于電機(jī)有一定的調(diào)速能力，可以考慮加入換擋機(jī)構(gòu)從而去掉其中一臺電機(jī)，只使用單電機(jī)驅(qū)動整個傳動系統(tǒng)。另外由于雙電機(jī)控制，會增加防止誤操作和防止兩臺電機(jī)同時運行的其他設(shè)施，增加成本。

根據(jù)以上對灌裝機(jī)傳動系統(tǒng)功能原理的了解及對原有傳動系統(tǒng)的分析，我們提出了新的傳動系統(tǒng)優(yōu)化方案，見圖1.5。在解決現(xiàn)有系統(tǒng)的錯誤的同時，改善了傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、降低運行時的噪音和運行成本。

圖1.5?傳動系統(tǒng)傳動方案二示意圖

在傳動系統(tǒng)方案二中，灌裝頭升降系統(tǒng)與輸送灌裝系統(tǒng)的分時運行要求通過換擋機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，成功把雙電機(jī)驅(qū)動改為單電機(jī)驅(qū)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(shè)備運行噪音，還具有傳動平穩(wěn)等優(yōu)點，同時很好的解決了原有傳動系統(tǒng)的諸多問題[5]。

電動機(jī)分時驅(qū)動輸送灌裝系統(tǒng)和灌裝口升降系統(tǒng)，因此，需要對兩系統(tǒng)的功率需求分別進(jìn)行計算，選取最大值作為電機(jī)選取的參考功率。

選取電機(jī)型號：Y90S-4，功率為1.1KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min

圖1.6?各級傳動比分配

根據(jù)總的傳動比要求，大齒輪與螺旋進(jìn)瓶器軸的傳動比要求為1：24。

綜合考慮齒輪大小、電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)換擋裝置設(shè)計

由于本機(jī)構(gòu)設(shè)計兩套傳動系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計了一套獨特的機(jī)械換擋機(jī)構(gòu)來滿足兩套傳動系統(tǒng)分時運行的需求。圖2.1為換擋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2.1?換擋結(jié)構(gòu)示意圖

本換擋結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)動和實現(xiàn)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(jié)與展望

本文所做的主要工作及結(jié)論：

針對缺陷分析結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)廠家和使用廠家的要求，設(shè)計了新型24頭液體灌裝機(jī)的總體方案，達(dá)到了廠家的使用要求;

設(shè)計了新型換擋裝置，達(dá)到使用單電機(jī)就可以滿足升降機(jī)構(gòu)與灌裝機(jī)構(gòu)分時運行的要求;

由于時間和經(jīng)驗不足，技術(shù)水平有限，還有實驗條件的限制，本文對新型24頭灌裝機(jī)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(lǐng)域，值得深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦大同，謝里陽.《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計手冊》（第三卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011

[2]秦大同，謝里陽.《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計手冊》（第五卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)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(jī)械設(shè)計》[M].北京：高等教育出版社，2010

[5]機(jī)械設(shè)計手冊編委會.《機(jī)械設(shè)計手冊單性本-帶傳動和鏈傳動》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007

[6]機(jī)械設(shè)計手冊編委會.機(jī)械設(shè)計手冊單性本[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007

[7]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊：第2卷[M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010