药瓶灌装机运动方案设计毕业设计论文.docx

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药瓶灌装机运动方案设计毕业设计论文

本科毕业论文

药瓶灌装机运动方案设计

姓名

学院

机械工程学院

专业

机械设计制造及其自动化

指导教师

完成日期

上海理工大学

全日制本科生毕业设计（论文）承诺书

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文）药瓶罐装机运动方案设计

是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。

文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。

论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。

如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。

承诺人（签名）：

日期：

药瓶灌装机运动方案设计

摘要

随着科技的进步，以及医学的发展。

市场上对各种液体药水的数量在迅速增加，由于药品对罐装环境卫生要求比较高，以前的罐装方式不能满足市场的需求，取而代之的需要一种效率高、全自动、无菌罐装技术。

全自动无菌罐装机就在这样的条件下应运而生。

目前市场上液体罐装机种类繁多，涉及范围广，根据不同的工作条件有不同的灌装机。

根据其罐装原理大致可以分为：

常压灌装机、压力灌装机、真空灌装机、自动定量液体灌装机。

按灌装操作类型可分为:

全自动液体灌装机和半自动液体灌装机。

按照其运动形式可以分为：

旋转型灌装机、直线型灌装机、凸轮式灌装机。

旋转型灌装机在食品、饮料行业应用最广泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装，这种由流体输送、容器输送、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成，其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。

直线型灌装机，制造方便，但占地面积比较大，而且是间歇运动，生产能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于无气液料类的灌装，局限性较大。

凸轮式灌装机相对前两者结构原理简单，运行比较稳定，维护成本较低。

所以根据原始数据及实际生产的灌装要求，考虑到我们是用于液体药品罐装，主要考虑罐装精度，结构简单，维护容易，所以我们优先考虑凸轮式灌装机。

目前市场上已经存在了一些型号的灌装机，但各有优缺点，总之技术不够成熟，本次设计主要对已经用于生产的灌装机针对其生产过程暴露的问题进行优化设计，包括各个凸轮连杆机构的设计，主传动部件的设计以及计算，最后以期能实现整个罐装功能，提高生产效率、生产稳定性。

本次设计运用机械设计等知识结合实际，使用AutoCad软件进行结构设计，得出最后的设计图纸。

关键词：

药瓶灌装机、优化设计、AutoCad

BOTTLEFILLINGMACHINEEXERCISEPROGRAMDESIGN

ABSTRACT

Withthedevelopmentoftechnology,aswellasthedevelopmentofmedicine.Numberofavarietyofliquidmedicineonthemarketintherapidincreaseindrugscannedenvironmentalhealthrequirementsisrelativelyhigh,thecannedwaycannotmeetthemarketdemand,insteadoftheneedforahighefficiency,automatic,sterilecannedtechnology.Automaticasepticfillingmachinecameintobeinginsuchconditions.

Currentlyonthemarketmanytypesofliquidfillingmachine,involvingawiderange,dependingontheworkingconditionsofdifferentfillingmachine.Inaccordancewithitscannedprinciplecanbedividedinto:

atmosphericpressurefillingmachine,pressurefillingmachine,vacuumfillingmachine,automaticquantitativeliquidfillingmachine.Byfillingoperationscanbedividedinto:

automaticliquidfillingmachineandsemi-automaticliquidfillingmachine.Inaccordancewiththeformofexercisecanbedividedinto:

rotaryfillingmachine,linearfillingmachine,camfillingmachine.Rotaryfillingmachineinthefood,beverageindustry'smostwidely,suchassoftdrinks,fruitjuices,beer,milkfilling,fluidtransport,containertransport,fillingvalve,BigWheel,transmission,body,self-controlandotherpartsof,fillingvalveistoensurethatthefillingmachinecanwork.Linearfillingmachine,easytomanufacture,buttherelativelylargearea,andintermittentmotion,increaseincapacityisalsosubjecttocertainrestrictions,itisgenerallyusedonlyforgas-liquidmaterialfilling,greaterlimitations.Camfillingmachineisrelativelyformertwostructuralprincipleissimple,relativelystable,andlowermaintenancecosts.Therefore,basedontheoriginaldataandtheactualproductionoffillingrequirements,takingintoaccounttheforliquidmedicinescanned,themainconsiderationcannedaccuracy,simplestructure,easytomaintain,sowegiveprioritytothecam-fillingmachine.

Somemodelsoffillingmachinescurrentlyonthemarketalreadyexists,buthavetheirownadvantagesanddisadvantages,inshort,thetechnologyisnotmatureenough,thedesignhasbeenusedintheproductionoffillingmachinesfortheproblemsexposedintheproductionprocesstooptimizethedesign,thepurposeisimproveproductionefficiencyandproductionstability.Finallyspindlestiffnessstrengthcheckcalculation,pre-AutoCADpreliminarystructuraldesign,andfinallytheuseofSolidWorkssoftwareforthree-dimensionalsimulationdesign.

Keywords:

bottlefillingmachine,designoptimization,AutoCad

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1设计题目背景

目前市场对灌装液体药瓶需求量上升，国内众多制药厂设备存在很多问题，主要是引进国外先进设备。

这对自己的发展有很大局限，但是长时间的制药经验，我国在灌装机方面也有了长足进步，包括塑料饮料瓶、酸奶杯、药品无菌包装在内的包装生产线水平也得到了提升，已经可以达到中小型企业的需求，部分已经可以无需进口设备，整体水平的提高对灌装机的效率要求不断提高，目前国内用于药瓶灌装的灌装机主要是采用凸轮机构配以plc控制系统实现自动灌装。

灌装机构运用巧妙的机械结构实现自动送瓶、灌装、密封，以此不断循环。

对于对灌装量的控制一般使其达到由可截断该液体的空气排出孔高度所规定的液面来实现。

由于不同的生产需求，精度要求、灌装速度、灌装液物理以及化学性质不同，所以最后设计出来的产品结构以及材料都会有很大的不同。

此次设计针对化学液体药品，精度和效率要求比较高。

1.2研究意义

我国在机械包装行业面临着两大困境。

其一，随着现代科学技术的发展，人民生活水平的提高，同时对消费品的包装提出了更高的要求，随之而来的包产业也受到了前所未有的挑战，其中而液态产品的包装在包装行业中占有很大比例，这是由于液体包装涉及的行业广泛、品种繁多，跟我们的日常生活息息相关，是消费比例最大的行业，如饮料方面的汽水、果汁、牛奶、矿泉水、蒸馏水、啤酒、果酒等；调味品方面的酱油、醋、味精液、果酱等；药品方面的针剂、糖浆、酊剂、气雾剂等；除此之外还有农药乳剂、化工产品的各种瓶装、化妆品等。

所以要满足日益增长的液体产品的市场需要，就应大力发展液体产品的包装机械。

其二，目前来看很多先进灌装机来自国外的进口，根据调查统计大中型企业的设备进口占到60％。

中小企业情况稍微好点，由此可见我们对进口设备的依赖程度。

更加严重的现状是真正先进的设备几乎都是来自国外。

要解决这一现状需要我们不断的努力，相信我们也可以做到。

这次设计说对大学四年所学知识的最好展示与应用。

通过这次毕业设计不但可以重温我们所学的基础知识、专业知识和实际操作能力；还可以真正锻炼知识与实际结合的能力，对即将毕业走上工作岗位的我们是很好的过度衔接。

此外，通过设计我们可以更好的把课本所学的知识运用到实际操作中，学会独立设计机械结构，分析可行性。

从而可以锻炼我们的创新能力。

1.3国内外相关情况

1.3.1国外发展状况

灌装机有已经有多年的发展历史，自从人类学会用器皿盛水人们就用到了各种灌装技术，只是那时候人们都没有可以去研究，都是本能的反应。

二十世纪初以前，人们灌装通

常使用勺、瓢等很简单的工具，或者直接浸入水中快速灌装。

随着科技的发展，古老的技

术不能满足人们需求，一种全新的快速、自动的灌装技术迫切需求，灌装技术也被人们注意起来，慢慢有人开始专门研究灌装设备。

大约十九世纪七八十年代美国Horix、Kiefer和U.S.Bottlers等三家公司开始研制容器灌装的机械装置。

之后，Kiefer公司制造出了第一台用于商业的灌装机，这也为以后的灌装机商业化创下先例；1920年Horix公司第一次成功制造了可用于灌装番茄酱的重力灌装机，这是灌装机多功能化发展所迈出的重要一步，这家公司至今仍生产灌装机，随着灌装机的不断生产应用，制造技术不断提高，功能不断增加，经过半个世纪的发展已经相当成熟，不久之后，灌装机又有了重大突破，二十世纪初期，人们开始研究更加效率的灌装机，所以旋转式灌装机诞生了，到现在为止，旋转式灌装机成了应用最广的液体灌装设备。

目前，国外灌装与封口设备越来越追求效率，全世界灌装机向快速、高精度、多功能等多方向发展。

其中碳酸饮料灌装机是最成熟的技术之一，它的最高灌装速度可以达到不可思议的2000罐／分，德国H＆K机械公司所生产的灌装机的灌装阀多达165头。

最大灌装机灌装直径可以达到5米，灌装精度甚至可以精确到±0．5ml以下。

一连串的数字足以证明灌装技术的发展程度。

国外最先进的灌装机已可以不同的生产要求，不同的生产环境工作，例如玻璃瓶与塑料容器（聚酯瓶）、碳酸饮料与非碳酸饮料、热灌装与冷灌装等相差比较大的流水线都可以实现同步灌装。

1.3.2国内发展状况

我国在解放前几乎没有灌装机械，灌装生产绝大部分处于手工操作，非常落后。

国内灌装生产线全方位发展我国饮料灌装设备基本是在引进设备和技术的基础上发展起来的，八十年代，引进各种饮料灌装生产线300多条，包括啤酒灌装线达500多条。

引进灌装生产线主要分为以下几类：

玻璃瓶饮料灌装线80年代引进116条玻璃瓶饮料灌装线，主要用于碳酸饮料，其中80多条是以记账贸易方式从东欧国家引进的，包括罗马尼亚35条、西德30条、波兰、捷克8条。

以外汇方式引进的灌装线包括西德23条、日本3条、美国6条、意大利1条。

生产线主要设备有卸箱机、洗瓶机、灌装机、压盖机、贴标机、喷码机、汽水混合机、装箱机等。

在线检测设备有真空检测仪、液面检测仪、灌装能力150、200、300～400瓶／分。

设备主要生产厂家有德国SEN、H＆K、O＋H、日本三菱重工、意大利希莫拉兹、美国迈耶等。

1984年广东轻机厂引进德国SEN公司和H＆K公司啤酒灌装线制造技术，制造每小时2万瓶的瓶装啤酒灌装线，南京轻机厂和合肥轻机厂以日本三菱重工技术，制造每小时1．8万瓶／分的汽水灌装线。

其他还有重庆轻机厂（测绘三菱重工32／8设备，14000瓶／分）和廊坊包装设备制造总公司（测绘德国SEN公司24／6设备，6000～8000瓶／时）的灌装线。

易拉罐饮料灌装线“八五”期间，我国引进易拉罐饮料灌装线15条，同时引进易拉罐啤酒灌装线14条。

主要是德国SEN、美国迈耶公司的设备，包括卸罐机、洗罐机、灌装机、封罐机、温罐机、码垛机，其他还有混合机、喷码机、薄膜收缩机、液位检测仪等。

灌装能力为150、300、400、500罐／分，最高575罐／分。

现在我国生产灌装机的能力较差，主要是一些中小型企业，这些企业生产水平不高，独立性较差，成套能力不够。

大部分仅提供洗瓶（洗罐）、灌装压盖（封罐）设备。

不过伴随着我国经济的飞速发展，相信不久的将来我们会生产出现进的全自动化设备。

1.3.3灌装机的发展趋势

当今的灌装机械，尤其是饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点，也是目前灌装机械行业发展趋势走向。

（1）多功能

同一台设备，可进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳饮料和果汁饮料等多种饮料的热灌装；均可进行玻璃瓶与聚酯瓶的灌装。

速度、高产量碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达2000罐/分，德国KHS公司、SEN公司、KRONES公司，其灌装机的灌装阀分别达到165头、144头、178头。

非碳酸饮料灌装机的灌装阀50—100头，灌装速度最高达1500罐/分。

（2）技术含量高、可靠性强

全线的自控水平和全线效率高。

在线检测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数，计量精确。

集机、电、气、光、磁为一体的高新技术产品不断涌现。

（3）成套供应能力强

如一条饮料灌装线，由微电脑件、控制软件、灌装封盖配套组合，现实生产力与理论科技相结合。

供货商可以为用户提供工程设计、安装、调试，最后交用户验收。

比如：

沈阳东泰包装机械设计是将普遍使用仿真设计技术把各种机器单元以数据库形式存入计算机，把图纸数字化后输入计算机，再把实际生产的指标和数据、可能发生的故障等输入计算机，再由工程师依照实际工作情况进行操作，演示出生产能力、废品率、生产环节匹配、生产线瓶颈在何处等，还可根据用户意见进行修改模型直到用户满意。

当前灌装机械技术在食品、饮料包装上的开发、设计和制造过程中广泛应用。

当前灌装机械的发展趋势是不断提高单机的自动化程度，改善整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力，可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。

随着我国酒业的快速发展,啤酒、葡萄酒、黄酒、白酒等酒类产量持续增长，我国饮料酒（不含果露酒、发酵酒精）总产量已达2878万千升,同比增长8.2%。

有关专家指出，我国饮料行业是高成长性的行业，成熟饮品增长稳定，新的热点和增长点不断涌现，新兴饮品的增长更快。

同时，中国包装机械已发展成世界液态食品行业中有重大影响和极大市场占有率行业。

因此，液体灌装机市场发展潜力巨大。

我国液体灌装机要满足包装行业快速发展的需求，并积极参与国际竞争，就必须打破“小而散”的行业态势，在“高精尖”的方向上不断前进。

业内人士认为，未来液体灌装机将配合产业自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多元化，结构设计标准化、模组化，控制智能化，结构高精度化等几个方向发展液体。

因此灌装机的发展为食品、药品的现代化加工和大批量生产提供了必要的保证。

从而再一次证明了液体灌装机的发展市场潜力巨大。

1.4本章小结

本章简单介绍了本课题研究的提出背景、目的及意义，在对灌装机的发展历史进行回顾时，并分析了目前国内外灌装机的发展现状，使读者对本课题有了初步的了解，同时知道了灌装机的需求，以及国内外对改技术的掌握程度，灌装机的需求和其应用方向体现了它的重要性，说明我们的研究价值，也体现它能给社会带来的贡献和作用。

第2章灌装机的设计分析

2.1灌装机的结构与简介

液体灌装机是一种采用一定机械结构实现基本罐装动作，配以电子控制系统实现整个过程的协调进行，实现高效率，高精度的自动化设备。

由于液体灌装机械功能要求不同，包含的范围广泛，所以液体灌装机械的种类繁多，通常会有以下几种分类。

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。

按灌装操作类型可分为全自动液体灌装机和半自动液体灌装机。

按灌装种类可分为稀释液体灌装机浓型液体灌装机和油类灌装机等。

压盖机采用压力灌装方法，是在高于大气压力下进行灌装，贮液缸内的压力高于瓶中的压力，液体靠压差流入瓶内。

其用途广，可用于各种液体的灌装；可调节性好，通过调节可用于不同大小的瓶类容器的灌装；自动化程度高，动作协调，从瓶子的输入到灌装完毕的输出的一系列动作无须人工的干预；灌装周期短，生产效率高。

它集顶塞、旋塞、送塞、压塞、灌装功能于一体。

目前国内灌装机绝大部分采用的是气缸活塞机构。

这种机构的主要精度取决于气缸的制造加工精度，而就现阶段的加工技术很难达到很高精度，在灌装过程中气缸与活塞之间很容易吸入空气，影响灌装精度。

这种灌装机工作原理：

通过气缸的前后运动带动料缸内的活塞作往复运动，实现吸料、灌装，灌装工艺路线基本上是：

打开启动开关，气体进入气缸后腔，随着气体增多压强增大，推动活塞向前运动，从而使灌装将液通过出料接头内的单向阀进入出料软管，然后顺流到待装空瓶。

相反，当返程开关启动，活塞向后运动，压强减小，进料单向阀打开，供料装置里的液体在大气压的作用下进入进料管，随后在进入入料缸。

如图2-1所示，为全自动活塞式灌装机。

图2-1药瓶灌装机

2.2灌装机类型及其选择

前面我们已经介绍了灌装机的一般分类方法，按照原理可以分为常压、压力、真空灌装机等。

按灌装瓶的主要运动形式分类：

（1）旋转型灌装机

一般是由履带将待灌装瓶由传送系统送入灌装机进瓶机构，罐装机构中间有一个圆盘转台，转台上面有多个工位对应灌装、定量、封装。

带灌装瓶进入罐装机构会随着转动的转台进入不同工位最后送走。

（2）直线型灌装机

灌装瓶沿着平直的直线运动，进行成排灌装。

凡送来一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌液管的下方时，阀门打开进行灌装，间歇进行操作。

（3）凸轮式灌装机

由电机带动主轴旋转，主轴上分别安装了不同的功能的凸轮，由于每个凸轮按照不同的路线设计了外轮廓，只要把正确分配凸轮的安装位置及其夹角就可以实现一连串的灌装、封装功能。

当主轴在伺服电机的带动下带动凸轮转动，凸轮滚子机构运动带动连杆上下往复运动，最后经过一些其他机构实现整个灌装机运行。

方案比较：

旋转型灌装机在食品、饮料行业应用最广泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装，此机主要由流体输送、容器输送、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成，其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。

直线型灌装机，制造方便，但占地面积比较大，而且是间歇运动，生产能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于无气液料类的灌装，局限性较大。

凸轮式灌装机相对前两者结构原理比较简单，运行稳妥可靠，维护成本低。

所以根据原始数据及灌装要求，选择凸轮式灌装机比较合理。

2.3灌装方法的选择

计算各种液体产品的物理性质和化学性质均不相同，在灌装过程中，为了使产品的特性保持不变，必须采用不同的灌装方法。

一般灌装机常采用下列几种灌装方法：

（1）常压法

常压法也称纯重力法，即在常压下，液料依靠自重流进包装容器内。

大部分能自由流动的不含气液料都可用此法灌装，例如白酒、果酒、牛奶、果酱、醋等。

（2）等压法

等压法也称压力重力式灌装法，即在高于大气压的条件下，首先对包装容器充气，使之形成与贮液箱内相等的气压，然后再依靠被灌液料的自重流进包装容器内。

这种方法普遍用于含气饮料，如啤酒、汽水、汽酒等的灌装。

采用此种方法灌装，可以减少这类产品中所含二氧化碳的损失，并能防止灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。

（3）真空法

是在低于大气压的条件下进行灌装的，可按两种方式进行：

（4）压差真空式

即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽气使之形成真空，液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装，国内此种方法较常用。

（5）重力真空式

即贮液箱内处于真空，包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空，随后液料依靠自重流进包装容器内，因结构较复杂，国内较少用。

真空法灌装应用面较广，它即适用于灌装粘度稍大的液体物料，如油类、糖浆等，也适用于灌装含维生素的液体物料，如蔬菜汁、果子汁等，瓶内形成真空就意味着减少了液料与空气的接触，延长了产品的保质期，真空法还适用于灌装有毒的物料，如如农药等，以减少毒性气体的外溢，改善劳动条件。

（6）压力法

利用机械压力或气压，将被灌物料挤入包装容器内，这种方法主要用于灌装粘度较大的稠性物料，例如灌装番茄酱、肉糜、牙膏、香脂等，有时也可用于汽水一类软饮料的灌装，这时靠汽水本身的气压直接灌入未经充气等压的瓶内，从而提高了灌装速度，形成的泡沫因汽水中无胶体尚易消失，对灌装质量有一定影响，但不算太大。

（7）虹吸法

利用虹吸原理完成灌装的方法。

此种方法出现最早，人们最容易接受，原理比较简单，现在很少使用。

上述几种灌装方法的正确选择，除考虑液体本身的工艺性能如粘度、重度、含气性、挥发性外，还必须考虑产品的工艺要求、灌装机的机械结构等综合因素。

对于一般不含气的食用液料如瓶装牛奶、瓶装酒类等，可以采用常压法，亦可采用真空法，为了减少灌装时液料中的含氧气量，以便延长产品的保质期，采用较大的真空度的真空法更有利。

所以我们采用的是真空法。

2.4液料定量方法的选择

准确的定量灌装不但与产品的成本有着直接的关系，同时也影响产品在消费者心中的信誉。

包装物品的定量一般有重量定量和容积定量两种。

重量定量由于要增添秤等计量衡器，所以机器