王陳 楊樹(shù)均 楊平

摘??要：

本文現(xiàn)以某廠所要求開(kāi)發(fā)的新型24?頭電子灌裝機(jī)為研究對(duì)象，在分析了已投放于市場(chǎng)的其他相似類(lèi)型灌裝機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及實(shí)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(jì)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(jì)研發(fā)方案。

關(guān)鍵詞：灌裝機(jī)，單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(guó)的灌裝機(jī)械從無(wú)到有，從小到大，從仿制國(guó)外產(chǎn)品到自主研發(fā)設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，如今灌裝機(jī)械行業(yè)在我國(guó)已初具規(guī)模。但與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，我國(guó)灌裝生產(chǎn)在設(shè)計(jì)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(shí)產(chǎn)權(quán)并符合GMP等行業(yè)要求的新型灌裝機(jī)對(duì)于促進(jìn)我國(guó)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(jì)

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(shí)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng);2—主軸系統(tǒng);3—灌裝系統(tǒng)

1.2傳動(dòng)系統(tǒng)分析

圖1.2是灌裝機(jī)灌裝液體時(shí)的運(yùn)行路線(xiàn)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(kāi)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(yùn)行路線(xiàn)圖

整個(gè)系統(tǒng)傳遞的運(yùn)動(dòng)，由主傳動(dòng)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(dòng)流程圖

由灌裝機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)基本原理可知，灌裝機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)需將運(yùn)動(dòng)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(pán)便需旋轉(zhuǎn)一周，絞龍軸（螺旋輸瓶器）便需要輸送24個(gè)瓶子進(jìn)入灌裝系統(tǒng)，也即，兩者傳動(dòng)比要求為

n灌裝圓盤(pán)：n絞龍軸=1：24 （1.1）

1.3?傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1.4?傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案一示意圖

圖1.4為原有的傳動(dòng)系統(tǒng)方案。該傳動(dòng)方案的使用齒輪作為傳遞運(yùn)動(dòng)的部件。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但由于所采用的錐齒輪的傳動(dòng)比為

nⅢ：nⅣ=1：1 （1.2）

因此根據(jù)系統(tǒng)總傳動(dòng)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(guò)大。在原有設(shè)計(jì)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(dòng)比i=24，大齒輪z1的分度圓直徑便超過(guò)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(jì)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(shí)，為非正常嚙合，極易產(chǎn)生振動(dòng)、噪音，導(dǎo)致傳動(dòng)不平穩(wěn)，效率低下，并且齒輪壽命大減[1][2]。

原有傳動(dòng)系統(tǒng)，采用雙電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)輸送罐裝系統(tǒng)和灌裝口升降系統(tǒng)。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，如果采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，那么其中一臺(tái)電機(jī)將長(zhǎng)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(tái)電機(jī)，只使用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)。另外由于雙電機(jī)控制，會(huì)增加防止誤操作和防止兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行的其他設(shè)施，增加成本。

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

圖1.5?傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案二示意圖

在傳動(dòng)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(shí)運(yùn)行要求通過(guò)換擋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，成功把雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為單電機(jī)驅(qū)動(dòng);添加了中間軸，解決了齒輪過(guò)大問(wèn)題[3][4];使用同步帶，不但可以降低設(shè)備運(yùn)行噪音，還具有傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)很好的解決了原有傳動(dòng)系統(tǒng)的諸多問(wèn)題[5]。

電動(dòng)機(jī)分時(shí)驅(qū)動(dòng)輸送灌裝系統(tǒng)和灌裝口升降系統(tǒng)，因此，需要對(duì)兩系統(tǒng)的功率需求分別進(jìn)行計(jì)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(hào)：Y90S-4，功率為1.1KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min

圖1.6?各級(jí)傳動(dòng)比分配

根據(jù)總的傳動(dòng)比要求，大齒輪與螺旋進(jìn)瓶器軸的傳動(dòng)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(jí)傳動(dòng)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(jì)

由于本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)兩套傳動(dòng)系統(tǒng)不是同時(shí)運(yùn)行，而是相互獨(dú)立的分時(shí)運(yùn)行，所以，需要一套換擋裝置來(lái)滿(mǎn)足這個(gè)功能要求。本傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套獨(dú)特的機(jī)械換擋機(jī)構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足兩套傳動(dòng)系統(tǒng)分時(shí)運(yùn)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(guò)移動(dòng)嚙合套使其與上（下）齒輪（同步帶輪）的套筒相嚙合而帶動(dòng)齒輪（同步帶輪）的轉(zhuǎn)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)換擋功能。

運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)傳遞原理如圖2.2?所示。

圖2.2?運(yùn)動(dòng)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(duì)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(jì)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(jì)了新型換擋裝置，達(dá)到使用單電機(jī)就可以滿(mǎn)足升降機(jī)構(gòu)與灌裝機(jī)構(gòu)分時(shí)運(yùn)行的要求;

由于時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)不足，技術(shù)水平有限，還有實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文對(duì)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(shí)還有些尚未研究的領(lǐng)域，值得深入研究。

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