《灌裝機械》PPT課件.ppt

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1、4.4 灌裝系統(tǒng)設計,六、灌裝裝置基本參數(shù)的設計計算 （一）灌裝機的工藝計算 （二）閥端孔口流量的計算 （三）灌裝時間的計算 （四）充氣和抽氣時間的計算 (五) 生產(chǎn)能力的計算,七、機械計算,一）灌裝機的工藝計算 1.輸液部分計算 液體產(chǎn)品從貯液槽送往貯液箱的輸液管一般為圓管,因此尺寸的確定就是合理選擇圓管的內(nèi)徑和壁厚。 圓管內(nèi)徑的確定 設輸液管的內(nèi)徑為 ,其截面積為 ,液體在 管內(nèi)流動的速度為: , 為流經(jīng)管道任一截面上液料的體積流量 那么,輸液管的內(nèi)徑為: (4-1),又 (4-2),式中: 重量流量.

2、指單位時間內(nèi)流經(jīng)管道 任一橫截面 的液料重量;kg/s 液體產(chǎn)品的密度;kg/m3 G每瓶灌裝液料的重量;kg/pc 灌裝的最大生產(chǎn)能力,pcs/h。,流速u一般根據(jù)經(jīng)驗選取,這是因為流速增大,管徑則小,雖使材料消耗和基建投資減少,但增大了流體的動力消耗,又使操作費用提高,因此,在設計時應根據(jù)具體情況參考表4.2選取,根據(jù)體積流量V及u流速代入公式計算所等于的管徑,還必須根據(jù)工程手冊中查取的規(guī)格圓整。 圓管壁厚 一般根據(jù)管子的耐壓和耐腐蝕等情況,按標準規(guī)格選定壁厚。 高位貯液槽安裝高度或液料輸送泵的功率計算 要在單位時間內(nèi)供給灌裝機貯液箱一定量的液料,其能量可以

3、來自高位貯液槽的位能,也可以來自輸入泵的機械能,究竟需要多少能量呢？,這可由流體力學中能量守恒的柏努利方程式來求解,一般先取供料開始及終了的兩個截面作為分析面,即取液槽的自由液面作為1-1液面,取灌裝面貯液箱中進液管口作為2-2截面,然后列出兩截面間的柏努利方程式: (4-3),為損失壓頭,它包括直管阻力損失 及局部阻力損失 之和,其計算方法可查閱流體力學的有關資料。,式中:Z 為位壓頭;,為靜壓頭;,為動壓頭,其中為動能修正系數(shù),層流時=2,紊流時1,計算開始時,一般可先假定1,最后根據(jù)計算結(jié)果可再進行驗算、修正;,He 為泵的壓頭,它指單位重量的液料通過泵后獲得的能量;,例1,有

4、一臺等壓法灌裝機，其最大生產(chǎn)能力Qmax=15000 pcs/h，每瓶的液料質(zhì)量G = 0.5kg/pc。液料密度=0.996103kg/m3,黏度=0.89410-3Pa.s,儲液箱內(nèi)的氣體表壓強P2=98.0665kPa，輸液管采用無縫鋼管38mm4mm，截面積A=707mm2，總長L=20m，管路上需安裝2到3個標準彎頭，2個球心閥，為了保證灌裝機正常工作，確定：,1）若采用高位槽供料（雙點劃線），該槽對儲液箱進液管出口截面的安裝高度； 2）若采用輸液泵供料（實線），而且儲液池液面低于儲液箱進液管出口截面Z2=3m，該泵所需的軸功率（效率=0.7）,解：1）求高位槽的安裝高度Z1 設高位

5、槽的自由液面為1-1，儲液箱進液管出口為2-2，可列出相應的伯努利方程式,高位槽液面與大氣接觸，按表壓計算，P1=0，故,高位槽液面較大，流速u1甚小，可忽略不計，故,取截面2-2為計算基準，故,再根據(jù)已知條件，依次求得：,為求管子損失壓頭h，需先算出雷諾準數(shù),由于Re2320，可知液料在管內(nèi)是紊流的，流動修正系數(shù)可取=1.另外，取管的絕對粗糙度=0.2，查表得摩擦系數(shù)=0.035，則直管阻力損失壓頭,又查表得標準彎頭阻力系數(shù) 1=0.75，球心閥全開時阻力系數(shù)4=1.若各安裝兩個彎頭和球心閥，則局部阻力損失壓頭,代入相關值得：,可見，本例中所需高位槽的液位太高，不便應用。,2）求輸出泵所需的

6、軸功率N 設儲液池的自由液面為1-1，儲液箱仍為2-2,取z1=0，z2=3m,代入有關值，可得泵壓頭,則輸液泵所需的軸功率,管路上多了一個標準彎頭，故損失壓頭,（二）閥端孔口流量的計算 液料經(jīng)灌裝閥端孔口的體積流量，表示為,A0孔口的流通面積，m2,u0孔口的液料流速，m/s,（二） 液料流量的計算 經(jīng)過灌裝閥孔口出流的液料體積流量為： (4-1) 式中: 孔中截面上液料的流速; 孔口中液道口的截面積。 液料流速 可以由孔口截面及貯液箱(或定量杯)中自由液面間列柏努利方程式求得。 (4-2),式中: 為灌裝時貯液箱自由液面的液料流速根據(jù)液體流動的連續(xù)性

7、方程式,可將 折算成 ,而阻力損失h也可寫成用 表達的一般形式,則上式可改寫成為：,(4-3) (4-4) 式中: 貯液箱(或定量杯)自由液面的面積; 貯液箱(或定量杯)自由溢面的速度折算系數(shù),對于貯液箱情況,因自由面積較大故可取 ; 從由自液面至灌裝嘴口截面之間，因通流截面積不同各段流道的速度折數(shù)系數(shù); 各段直管阻力系數(shù)之和; 各種局部阻力系數(shù)之和。,由此,可求得孔口截面上液料的流速為 (4-5) 因此,經(jīng)孔口出流的液料流量為: (4-6) 式中: C灌裝閥中液道的流

8、量系數(shù); Y孔口截面上的有效壓頭(包括靜壓頭與位壓頭)。,由上式可見,液料體積流量主要是三個參數(shù)的函數(shù),這三個參數(shù)為：(1)液道流量系數(shù)C, (2)孔口截面積 , (3)孔口截面上有效壓頭。,(三)灌裝時間的計算 1. 灌裝的水利過程 根據(jù)水利學知識,液料由貯液箱或定量杯經(jīng)過灌裝閥流入待灌瓶內(nèi),這一過程應該看成是液體的管嘴出流,按照定量方法和灌轉(zhuǎn)閥的嘴口伸入瓶內(nèi)位置的不同,又可分成以下幾種情況:,,圖4.30 高度定量 圖4.31 高度定量 圖4.32 定量杯定量 圖4.33 定量杯定量 短管灌裝 長管灌裝 短管灌裝 長管灌裝,,定量方法和灌

9、裝閥管口伸至瓶內(nèi)位置的不同對灌裝時間影響亦不同 控制液位定量的短管灌液過程 控制液位定量的長管灌液過程 定量杯定量的短管灌液過程 定量杯定量的長管灌液過程,1.控制液位定量的短管灌液過程,若管口伸至瓶頸部分，儲液箱內(nèi)液位保持不變，儲液箱和待灌瓶內(nèi)壓力也基本不變，則該灌裝過程屬于穩(wěn)定的管口自由出流，亦即液料體積流量V是常量。,設料瓶的定量灌液容積為V0（m3），則所需灌液時間,可見，提高生產(chǎn)能力關鍵在于提高體積流量，為此，應設法增加C、P、Z1和A0幾個參數(shù)。但是，增加C、P、Z1尚應考慮液流過快，以實現(xiàn)穩(wěn)定的灌液過程；而增加A0也應考慮瓶內(nèi)液面超過回氣管口能及時達到定量的精度。,2.控制液位定

10、量的長管灌液過程,若管口接近瓶底，其灌液過程分兩步進行：在液面尚未接觸管口之前，屬于穩(wěn)定的管口自由出流，此灌液時間t1 參閱前面公式計算。而當液面淹沒管口后，因作用在管口上部的靜壓頭隨著瓶內(nèi)液位的逐漸上升而增強，屬于不穩(wěn)定的管口淹沒出流，即孔口的截面靜壓頭是液料體積充量V的函數(shù)。,設瓶子內(nèi)腔截面積為Fb（m3），當液料淹沒管口的高度為h時，可得瞬時t的體積流量近似計算式,對于瓶的內(nèi)腔截面積：一般瓶體部分為截面積不變（令為Fb1）的圓柱體,而瓶頸部分的截面積（令為Fb2）隨瓶的高度而變化,因此,灌液時間也應分兩部分來求積分 從開始淹沒管咀孔口至瓶內(nèi)灌滿定量液料為止所需灌液時間應為:,式中，h瓶體

11、部分離開管口的最大高度； h---瓶頸部分灌裝定量液料后離開管口的最大高度； hi----將瓶頸部分分割成n段，對容積為Vi（=Fb2dh）的第i段液料離開管口的高度；,3.定量杯定量的短管灌液過程,若管口伸至瓶頸部分，隨著定量杯內(nèi)液位逐漸降低，液體流速也會相應減慢，故此灌液過程應屬于不穩(wěn)定的管嘴自由出流，即液料體積流量V是變量，它是孔口截面壓頭的函數(shù)。 當定量杯內(nèi)液料降至任意位置時,流經(jīng)管嘴孔口的液料瞬時流量,式中: F0定量杯的截面積; dz定量杯液料高度的微小增量; dt對應于增量F0dz的時間 式中負號表明定量杯內(nèi)液料高度是隨時間增長而減少的,式中：Z1從管嘴孔口至定

12、量杯內(nèi)充滿液料時的高度; Z2 從管嘴孔口至定量杯內(nèi)流完液料時的高度。,將上式轉(zhuǎn)換為：,定量杯內(nèi)液料全部注入瓶內(nèi)所需灌液時間應為:,假如定量杯的截面積A0不是常數(shù)而是變數(shù),那么,可以由隨高度變化的函數(shù)關系A=A(z)代入積分式求得,也可以由圖解析法來解決:首先畫出定量杯的三視圖,然后沿定量杯高度方向用若干水平截面將其分割,計算出定量杯被分割的每個部分的容積 ,再近似取灌裝每份容量時所對應的孔口截面上的平均有效壓頭就為該部分不變的有效壓頭 ,則灌裝每份容量所需時間應為: (4-11) 因此,可以求得流完定量杯內(nèi)液料所需的時間為: (4-12) 只要將定量杯分割的分

13、數(shù)取得足夠大,就可以使計算能獲得足夠的精確度。,4.定量杯定量的長管灌液過程,若管口接近瓶底，那么，此灌裝過程也可分兩步進行計算：整個罐裝時間應包括淹沒管嘴前、后兩部分時間的和。 當灌入瓶內(nèi)液料尚未淹沒管口之前，屬于不穩(wěn)定的管口自由出流,其灌裝時間t1，其計算方法前面己述； 當液料淹沒管口之后，屬于不穩(wěn)定的管嘴淹沒出流,即液料流量V是孔口截面上的位壓頭和靜壓頭的函數(shù),所需的灌液時間為t2。,當液料在瓶內(nèi)淹沒管嘴孔口高度h時,相應定量杯的液料高度為z,這時流經(jīng)管嘴孔口的瞬時流量為: 欲解上式,必須首先求出兩個變量h和z的關系。 因 式中: F0定

14、量杯和橫截面積; Fb瓶內(nèi)腔的橫截面積。 兩邊積分解得:,積分常數(shù)C可由初始條件求得,當液料剛剛淹沒管嘴口,即h=0時,相應定量杯內(nèi)液料高度為Z， 故C = Z 又設定量杯內(nèi)充滿液料時液面距管口的距離為Z1,管嘴口離開瓶底的距離為h2,由前式可求得 在上述瞬時流量公式中,將變量Z用變量h轉(zhuǎn)換后可得: 同樣,要按瓶體部分及瓶頸部分兩段來積分,得到開始淹沒管嘴孔口至瓶內(nèi)灌滿定量液料為止所需的灌裝時間為:,,同理，每瓶所需的灌液時間：t = t1 + t2,（四）充氣和抽氣時間的計算 對于常壓法，灌裝所需的時間即為灌液時間。 對于等壓法和真空法，其灌裝所需時間則應是灌液時間與充氣或抽氣時間之

15、和。 1.充氣時間 當空瓶上升至灌裝閥的瓶口帽接觸并密封時,瓶內(nèi)的空氣由常壓充氣至與貯液箱液面上的氣壓相等,以流體力學可知,這一過程是容器內(nèi)(即貯液箱內(nèi)氣相空間)的氣體經(jīng)收縮形管嘴的外射流動,因為充氣的氣道在灌裝的內(nèi)部,而充氣的時間又很短,故可把充氣過程近似看成是沒有摩擦損失的絕熱過程(或叫等熵過程)。由氣體絕熱過程方程式可求充氣后瓶內(nèi)原有氣體的壓縮容積,一只瓶所補充進的空氣容積為:V=Vb-V1,充氣等壓所需時間:,式中: P0充氣前瓶內(nèi)的氣壓(即為大氣壓); P1充氣后瓶內(nèi)氣壓(即為貯液箱內(nèi)壓力); Vb 瓶內(nèi)原有氣體的體積(即空瓶的容積); V1瓶內(nèi)氣壓增高至時,原有氣體被壓

16、縮成的容積; k絕熱指數(shù),對于空氣k=1.4。,瓶內(nèi)氣壓增高至P1時,瓶內(nèi)氣體的密度,由絕熱過程方程式可知,0、1 對應于氣壓P0、P1時，瓶內(nèi)氣體的密度，kg/m3; Wg向瓶內(nèi)充氣過程中,流經(jīng)氣道孔口截面上的氣體平均質(zhì)量流量，kg/s,瓶內(nèi)氣壓是由P0不斷變化為P1的,隨著瓶內(nèi)瞬時氣壓的不同,Wg也就有不同的瞬時值,即Wg是個變量。 根據(jù)氣體絕熱過程的柏努利方程式,列出貯液箱氣道孔口截面的能量方程:,式中: u1----貯液箱氣相空間的氣體流速,可近似認為 u1= 0； Pot,0t,uot分別為某瞬時t，瓶內(nèi)瞬時氣壓為P0t時瓶內(nèi)空氣的密度及灌裝閥氣道管口的氣體流速.,由上式

17、可求得:,令瞬時壓力比為：,氣道管口的截面積為Ag，則氣體經(jīng)管口的瞬時質(zhì)量流量為:,氣體絕熱過程流量與壓力比曲線,由上式可做出 Wgt線圖。右圖。圖中r稱為臨界壓力比,由 dWgt/d = 0 可求得,對于空氣r =0.53,對應 Wgr為臨界噴射量。,圖中虛曲線是根據(jù)上面公式計算繪制的,實際上,由實驗測得,當< r時,氣流將為超音速,這時流量保持不變, Wgr 為過M點的一條水平線。,,由 Wgt曲線圖經(jīng)過定積分,就可求出充氣過程中的氣體平均重量流量為:,應該說明,以上計算忽略了灌裝閥氣道阻力的影響,計算中又取的平均質(zhì)量流量,故存在一定誤差,根據(jù)實驗條件,有人建議，等壓法灌裝，取充氣等壓時間

18、為0.51秒左右。,式中，,2.抽氣時間 對于真空法灌裝而言,灌液前瓶內(nèi)要形成一定的真空度,氣壓必須由原有的P0降低為P1,則瓶內(nèi)原有空氣的體積Vb膨脹為V1。將膨脹部分的氣體不斷被抽走,溫度基本保持不變,因此這一過程可以近似看成是等溫過程,由氣體等溫過程方程式求得:,體積增大部分的空氣即為必須抽走的空氣量,所以抽氣時間應為:,式中:Wg----在單位時間內(nèi)為使空瓶形成一定真空度而平均分配在每只灌裝閥上的抽氣量，kg/s。,為確定 Wg，設全機的灌裝頭數(shù)為 j，真空系統(tǒng)由于有關裝置和連接不嚴密而造成的空氣滲入量為W（kg/s），被灌液料原來所溶解的空氣因減壓而引起的逸出量為W（kg/s），則

19、單位時間內(nèi)真空泵的抽氣量（或稱抽氣速率）,對于W值，一般可參照右表選取。,真空系統(tǒng)的空氣滲入量,被灌裝液料中原來所溶解的空氣,由于抽成一定真空,溶解量則有所減少,簡單估算時,可參考（標準氣壓和20C）每立方米水中溶解2.510-2千克空氣來計算,因此,單位時間內(nèi)由液料中逸出的空氣量應為:,Q灌裝機的生產(chǎn)能力；pcs/h,設計時,亦可先假定每只瓶在抽氣真空階段所需的時間,然后根據(jù)上面幾個公式反過來估算真空泵的抽氣速率,待泵選定后,尚需校核瓶在進液回氣階段能否保證瓶內(nèi)始終維持己形成的真空度P1,這就要求被灌入液料所逐步占據(jù)的瓶內(nèi)容積的空氣必須及時抽走, 即要求: 式中: Vb為每瓶液料

20、定量灌裝的容積，tl灌液時間 假若不能滿足上面不等式,則需重新選擇 Wg或者設法改變 tl,例2,某真空灌裝機的灌裝頭數(shù)為30，要求在0.5s對0.5L的瓶子抽氣達到真空度0.5mH2O (1mH2O = 9.8Pa)。若每瓶的灌液時間為8.5s，灌裝機的生產(chǎn)能力為6000 pcs/h，已知在標準氣壓 （約等于10mH2O）下，空氣密度為1.183 kg/m3，確定：試求真空泵的抽氣量。,解：首先求單位時間內(nèi)分配給每一灌裝閥的抽氣量，,而,可見，Wg < Wg，不符合要求，為此，應重新調(diào)整有關參數(shù)。 若取 Wg = Wg = 6.6110-5，則 tg < 0.5s(約0.45s),其次，求

21、單位時間內(nèi)真空泵的抽氣量，先分別求真空系統(tǒng)的空氣滲入量為W和減壓引起的逸出量為W,因真空度0.5mH2O相當于36.78mmHg，查表，用內(nèi)插法得：,所以，單位時間內(nèi)真空泵的抽氣量為,按標準大氣壓，折算成,（五）生產(chǎn)能力的計算 旋轉(zhuǎn)型的自動灌裝機的生產(chǎn)能力可用下式計算: Q=60an Q生產(chǎn)能力(瓶/小時); a灌裝機頭數(shù);n灌裝臺的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)。 由上式可見,要提高灌裝機的生產(chǎn)能力就必須增大頭數(shù)a和轉(zhuǎn)速n。如果采用增大灌裝機的頭數(shù)a來提高生產(chǎn)率,那么,灌裝機的旋轉(zhuǎn)臺直徑也要相應增大,這不僅使機器龐大,而且在旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速一定的情況下,還必須考慮離心力的影響,即瓶托上的瓶子在尚末升瓶壓緊灌裝

22、閥之前以及在灌滿液料降瓶離開灌裝閥之后,其繞立軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力都必須小于瓶子與瓶托之間的摩擦力,否則瓶子將會被拋出托瓶臺,從而影響正常操作。,由此可得灌裝頭中心對主軸的半徑R必須滿足下列不等式: 式中: f瓶與托瓶臺間的摩擦系數(shù)。,如果采用增大立軸的轉(zhuǎn)速n來提高生產(chǎn)率,那么,除同樣需要考慮離心力的影響外,主要的還需考慮灌裝時間的影響。 當n值提高,但液料灌裝速度沒有提高，而與n值不相適應時,瓶子在旋轉(zhuǎn)臺上轉(zhuǎn)動一周的時間內(nèi)并末能灌滿,沒有達到定量要求,生產(chǎn)循環(huán)也因此受到破壞。 主軸旋轉(zhuǎn)一周即灌裝機完成一個工作循環(huán)所需時間為: T60/n 在完成一個工作循環(huán)的時間內(nèi)必須包括下列幾個部分,如右

23、圖所示。 1）T1為進出瓶之間的無瓶區(qū)所占去的時間,無瓶區(qū)的大小由進瓶、出瓶拔輪的結(jié)構(gòu)所決定,顯然,拔輪取得越大,進出瓶越穩(wěn),但所占無瓶區(qū)的角度相應也要增大。 2）T2和T2為升瓶、降瓶所占去的時間,它們除應考慮升瓶前、降瓶后尚需稍為穩(wěn)定的時間外,同時還應考慮升降瓶凸輪所允許的壓力角,參照機械原理的有關知識,瓶托上升時為工作行程,許用壓力角推薦為30。瓶托下降時為空行程,許用壓力角70。,旋轉(zhuǎn)型灌裝機的工作循環(huán)圖,由此可見,圓柱凸輪的半徑越大,升降行程越短,升降瓶區(qū)在轉(zhuǎn)盤上所占的角度就可越小,但隨著升降瓶凸輪半徑的減小,在滿足一定壓力角的情況下,升降瓶區(qū)所占角度增大,經(jīng)濟效果不一定有利,另外,

24、在選擇灌裝閥的閥端結(jié)構(gòu)時,采用短管法當然較之采用長管法可減少升降瓶的行程,從而減少升降瓶區(qū)。 3）T3、T3為開閥,關閥區(qū)所占的時間,這與灌裝閥的結(jié)構(gòu)形式和開閉方法有關系,例如,一般旋轉(zhuǎn)閥較之移動閥開啟所需時間長些,利用固定擋塊開閉較之利用瓶子本身升降開閉所需時間長些,根據(jù)一般閥的生產(chǎn)情況,有人建議這段時間為0.51秒左右。,令灌裝區(qū)所占角度為4，則主軸轉(zhuǎn)速n應為:,4)T4為灌裝區(qū)所占時間,它必須保證定量灌裝足夠的需要。 因此,確定主軸轉(zhuǎn)速n的關鍵是必須保證轉(zhuǎn)盤上灌裝區(qū)所占時間T4大于工藝上所需時間,即滿足不等式:,對等壓法或真空法，可取,為便于設計，表列出了常用灌裝機的主要技術參數(shù)，供參考

25、。,,對于定量杯定量法的灌裝,確定主軸轉(zhuǎn)速n還必須保證充滿定量杯所需的時間,在轉(zhuǎn)盤上,一般要求在開閥前、關閥后這段區(qū)間內(nèi)完成,即要求滿足不等式: 式中: t0為充滿定量杯工藝上所需的時間,它可采用下式計算: 式中: D定量杯的直徑;mm；H定量杯的有效高度;mm； u定量杯在儲液箱內(nèi)沉下的速度；g重力加速度；校正系數(shù)。 u值由控制定量杯沉降的凸輪曲線所決定,值由圖中查得,它與u值和液料的粘度有關,,定量杯充滿時間的校正系數(shù)曲線,例3,某臺等壓灌裝機，用來瓶裝640ml（空瓶容積為670ml）啤酒時，生產(chǎn)能力要求達到10000pcs/h，若采用盤式旋轉(zhuǎn)閥及短管的閥端結(jié)構(gòu)，已知閥

26、端孔口處氣管為9mm3mm，液道內(nèi)徑為13mm；轉(zhuǎn)盤上灌裝區(qū)角度為200；儲液箱內(nèi)氣體壓力為1.5表壓；空氣常壓狀態(tài)下的密度為1.183kg/m3；啤酒的密度為1.013103kg/m3，黏度為1.11410-3Pa.s，其余尺寸如圖所示。 試確定該機所需的頭數(shù)。,解：1）求充氣時間,對于空氣r =0.53,由,令,進行換元積分，求得,求得充氣所需時間為,對于閥端孔口上面一段的環(huán)管，其長度L1=50mm，當量直徑,雷諾系數(shù)：,若取管子絕對粗糙度1=0.1，查表得1=0.062，則該段阻力系數(shù)：,對于儲液箱至灌裝閥間一段的直管，其長度L2 = 740+ 60=800 mm，管內(nèi)徑d2=20-23

27、.5=13mm，速度折算系數(shù)K2=（A0/A2）20.52,雷諾系數(shù)Re2 4871,同樣取2=0.1，查表得2=0.045，則該段阻力系數(shù)：,對于灌裝閥閥體內(nèi)的阻力損失，近似看作是三個90彎頭，加上輸送管道的一個90彎頭，其阻力系數(shù)均為=0.75，則它們總的折算阻力系數(shù)為,因此，灌裝時間為：,求得流速系數(shù),2）求灌裝機頭數(shù) 灌裝區(qū)應占時間：,考慮灌裝的穩(wěn)定，取T4=10s，求主軸轉(zhuǎn)速,因此，灌裝機所需頭數(shù)為：,,七、機械計算 在自動灌裝機設計中,必須合理選擇電動機功率,以保證灌裝機的正常運轉(zhuǎn)。同時,也將根據(jù)灌裝機功率的大小,進行灌裝機零部件(如主軸,傳動齒輪等)的設計,如果電動機功率選擇得

28、過小,將會影響機器的使用性能或電動機長時間超負荷工作而容易發(fā)熱燒壞,如果選擇過大,將使機器笨重,浪費材料,增加機器成本,并且也不能發(fā)揮電機應有效能。 1.功率的計算 灌裝所需功率與它的結(jié)構(gòu)及工作過程有關,由于功率損失因素是十分復雜的,故難以用分析法進行精確計算,故采用對一些主要功率損失因素進行分析計算,然后迭加再乘以一個系數(shù),近似求得灌裝機功率,一般情況下,灌裝機的啟動功率為最大,啟動時,功率主要消耗在以下幾方面。,,1)啟動液缸功率 啟動液缸功率即為使貯液箱、貯液箱內(nèi)液料、旋轉(zhuǎn)臺等繞立軸旋轉(zhuǎn)的零部件由靜止到達工作轉(zhuǎn)速所消耗的功率。 由理論力學可知,使物體由靜止到達角速度為時,消耗的功應

29、等于物體所獲得的動能,整個轉(zhuǎn)盤以角速度繞立軸轉(zhuǎn)動的動能為: 式中：J整個轉(zhuǎn)盤對于主軸的轉(zhuǎn)動慣量； 角速度。,,假若啟動時間為 則啟動整個轉(zhuǎn)盤由靜止到角速度所消耗的功率為: 式中:t0啟動時間, 常取0.5秒。 2)克服升瓶機構(gòu)的滾輪沿固定凸輪滾動時的工作阻力和摩擦力所需消耗的功率 升瓶機構(gòu)的滾輪沿固定凸輪水平區(qū)段滾動時的摩擦阻力為:,,式中: Z1水平區(qū)段內(nèi)升瓶機構(gòu)的數(shù)目; G1升瓶機構(gòu)內(nèi)彈簧的壓縮力; G2升瓶機構(gòu)及盛有液料瓶子的總重; K滾輪沿凸輪軌道的滾動摩擦系數(shù); f采用滾動軸承做為滾輪,其軸承折合在軸上的摩擦系數(shù); d滾動軸承中沿滾珠中心的圓周直徑;

30、 D滾輪直徑。,升瓶機構(gòu)的滾輪沿固定凸輪升瓶區(qū)段滾動時的摩擦阻力為: 式中:滑道升角; G3升瓶機構(gòu)及空瓶的總重。 升瓶機構(gòu)的滾輪沿固定凸輪滾動時的工作阻力和摩擦阻力所消耗的功率: 式中: R升瓶機構(gòu)繞灌裝機中心立軸的回轉(zhuǎn)半徑。,3)克服支承立軸的軸承摩擦阻力所需消耗的功率 因立軸轉(zhuǎn)速較低,采用滑動軸承較為適宜,由機械零件可知: 式中:作用在軸承上的動載荷; f摩擦系數(shù),一般取0.070.1; D推力軸承的最大直徑; D1推力軸承的最小直徑。,灌裝機的啟動功率為: (4-51) 式中: 與傳動系統(tǒng)效率因素有關的系數(shù)。 2.電機的選擇

31、1)對電機的要求,在選擇電機時,首先應考慮到生產(chǎn)情況對電機的要求,灌裝機工作的環(huán)境比較潮濕,并有些小量沖擊。因此,要求電機有防潮及防震裝置(防震是次要的),并且要連續(xù)進行工作。,2)功率選擇 電機功率的選擇,以啟動和連續(xù)生產(chǎn)時其中最大的功率為選擇電機功率的依據(jù),考慮到備用系數(shù),電機功率應為 由于功率計算存在誤差,更好的方法是通過試驗確定功率,即對樣機或類似的灌裝機在規(guī)定的操作條件上采用瓦特計法進行測定。 3）用類比法選擇電機 在設計中往往可以采用這種方法來選擇電機,到工廠及有關單位去搜集與所設計的灌裝機類型、生產(chǎn)能力等條件相近的灌裝機所采用的電機類型,功率大小等方面的有關

32、資料,然后參考這些資料來選擇所設計的灌裝機的電機功率和類型。,3.灌裝機主軸的計算 旋轉(zhuǎn)型灌裝機的主軸是重要的零件之一,它用A4、A5碳素鋼及30、35、40、45優(yōu)質(zhì)鋼制造。在必要時,可在其表面上鍍以金屬保護層或用不銹鋼制造，也有用鑄鐵或鑄鋼制造的。 旋轉(zhuǎn)型灌裝機的軸,主要是受扭或除了受扭外，還受有軸向力,按其主要是受扭來計算直徑: (4-53) 式中: 軸某斷面上所承受最大扭矩; N灌裝機所需最大功率(軸所傳遞功率); n灌裝機轉(zhuǎn)速。,根據(jù)強度條件: 式中: 許用剪應力； 抗扭截面模數(shù)。 對于實心軸: 式中: D空心軸的外徑; d空心軸的內(nèi)

33、孔直徑。 故可按下式計算軸的直徑: 對于實心軸:,對于空心軸: 式中: 許用剪應力,根據(jù)實驗結(jié)果和強度理論來確定,它與載荷的性質(zhì)(動還是靜)及應力集中等因素有關。一般對軟鋼取250kg/cm 1000kg/cm ,計算時可參考設計規(guī)范。,一、有一臺40頭果酒灌裝機，儲液箱液面至出流閥口距離為490mmm，現(xiàn)在該廠用常壓法灌裝重度為0.95白酒，測得轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周需20秒，灌裝時間為9秒，灌裝工位為20個，若其它條件不變，問：現(xiàn)在用常壓法灌裝時，該機生產(chǎn)能力及可能達到的最大生產(chǎn)能力？ 二、真空罐酒機要求在0.5秒內(nèi)對500ml的瓶子抽氣達到真空值500mm水柱，每瓶的灌酒時間為8.5秒，灌裝機的頭數(shù)為30，生產(chǎn)能力為600瓶/小時，已知在一個大氣壓下，空氣的重度r=1.183公斤/米3，求真空必須滿足抽氣量（升/秒）,