藥廠液體灌裝機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)問題分析

楊秀霞

摘要：本文根據(jù)國(guó)內(nèi)液體灌裝的實(shí)際情況，在分析液體灌裝工藝和基本原理技術(shù)上，就制藥廠灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)分析進(jìn)行重點(diǎn)分析。

關(guān)鍵詞：液體灌裝機(jī)工藝原理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 引言

液體灌裝是包裝的重要組成部分，主要包括在食品領(lǐng)域中對(duì)啤酒、飲料、乳品、白酒、葡萄酒、植物油和調(diào)味品的包裝，還包括洗滌類日化、礦物油和農(nóng)藥等化工類液體產(chǎn)品的灌裝。液體灌裝機(jī)械有相當(dāng)一大部分用于食品行業(yè)，尤其是飲料制造業(yè)[1,2]。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)液體灌裝的實(shí)際情況，在分析液體灌裝工藝和基本原理技術(shù)上，就制藥廠灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)分析進(jìn)行重點(diǎn)分析。

1 液體灌裝機(jī)基本工藝

FH-1型全自動(dòng)液體灌裝生產(chǎn)線由傳送帶將全自動(dòng)理瓶機(jī)、全自動(dòng)灌裝機(jī)、全自動(dòng)旋蓋機(jī)連為一體，由PLC統(tǒng)一控制各種機(jī)械動(dòng)作，由傳感器監(jiān)控，保證各單機(jī)同步自動(dòng)化操作。其工藝技術(shù)路線如下：人工將塑料瓶到入提升機(jī)的料箱中，提升機(jī)將塑料瓶提進(jìn)理瓶機(jī)，通過離心機(jī)轉(zhuǎn)盤將塑料瓶理順后上傳送帶。塑料瓶通過傳送帶進(jìn)入灌裝機(jī)的螺旋進(jìn)給機(jī)構(gòu)，將塑料瓶帶入灌裝機(jī)的灌裝頭下，灌裝頭通過真空系統(tǒng)裝置將瓶?jī)?nèi)的空氣吸走，使瓶中產(chǎn)生負(fù)壓，在壓差的作用下，藥液灌進(jìn)瓶中，裝完藥液的瓶子由灌裝轉(zhuǎn)盤、導(dǎo)輪送上傳送帶，帶到旋蓋機(jī)工位進(jìn)行旋蓋，然后經(jīng)傳送帶下線。

2 灌裝機(jī)設(shè)計(jì)

灌裝機(jī)的種類很多，但就其基本結(jié)構(gòu)和原理而言，主要由以下幾部分組成：一是傳動(dòng)系統(tǒng)，這部分是將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制元件及輔助機(jī)構(gòu)。其主要傳動(dòng)元件有齒輪、鏈輪、蝸輪蝸桿、螺桿螺母等；二是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這部分主要是實(shí)現(xiàn)包裝工藝操作與輔助操作的部分，包裝工藝操作是指灌裝，輔助操作部分是指包裝材料和產(chǎn)品的供送與傳遞，包裝材料的輸出等，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器的核心，其動(dòng)作順序與運(yùn)動(dòng)規(guī)律依工藝原理和要求而定；三是控制系統(tǒng)，其功能是控制機(jī)器的各有關(guān)部分，將運(yùn)動(dòng)分配給各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使它們按時(shí)間、按順序進(jìn)行協(xié)調(diào)動(dòng)作，由此實(shí)現(xiàn)機(jī)器的工藝職能；四是機(jī)身部分，機(jī)身是機(jī)器的骨架，主要起支撐、定位各部件的作用，機(jī)身的穩(wěn)固性是設(shè)計(jì)中首先考慮的問題，機(jī)器的重心應(yīng)盡量降低，使機(jī)器工作平穩(wěn)，機(jī)身的材料和造型，應(yīng)根據(jù)機(jī)器的用途和特點(diǎn)決定，機(jī)身除起支撐、定位作用外，還起一定的防護(hù)和美化作用。

2.1 主體結(jié)構(gòu) 這部分主要是從整體布局方面設(shè)計(jì)灌裝機(jī)的幾大組成部分，灌裝機(jī)灌裝頭數(shù)為10頭，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、維修簡(jiǎn)單、裝拆方便。主框架的作用是固定和支承所有工作執(zhí)行件、傳動(dòng)件、控制系統(tǒng)的，保證它們相對(duì)位置的正確性和穩(wěn)定性。本機(jī)主架體選用不銹鋼板，經(jīng)過彎制焊接而成。這樣的結(jié)構(gòu)，既能保證穩(wěn)定性，又美觀耐用。真空系統(tǒng)將瓶?jī)?nèi)的空氣吸走，從而在瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，藥液從液箱經(jīng)由供液系統(tǒng)，通過灌裝頭灌裝到瓶?jī)?nèi)，當(dāng)藥液達(dá)到所需液面時(shí)，進(jìn)液口封閉，吸氣口將多余的藥液和泡沫吸走。要完成以上的基本過程，就需要有真空系統(tǒng)、藥液供給控制系統(tǒng)、液箱、灌裝頭等結(jié)構(gòu)，這幾部分在下面還有詳細(xì)的論述。

升降系統(tǒng)完成瓶子的升降動(dòng)作，瓶子放在托板上，通過升降凸輪等組成的升降系統(tǒng)來(lái)完成升降運(yùn)動(dòng)。它是一個(gè)連續(xù)的過程，一邊旋轉(zhuǎn)，一邊完成升降運(yùn)動(dòng)。

2.2 傳動(dòng)系統(tǒng) 圍繞灌裝閥的工藝流程完成其工作過程：從理瓶機(jī)上理順的空瓶通過輸瓶帶上被送進(jìn)機(jī)器的螺旋輸送器，按一定的間距被分隔后送入進(jìn)瓶星輪，由勻速回轉(zhuǎn)的進(jìn)瓶星輪將瓶子撥送到灌裝機(jī)的托瓶臺(tái)，托瓶臺(tái)與灌裝閥同速回轉(zhuǎn)。托瓶升降裝置將空瓶抬起，使灌裝頭插入瓶?jī)?nèi)，真空系統(tǒng)抽真空，進(jìn)液排氣，停止進(jìn)液。整個(gè)灌裝過程完成后，瓶子經(jīng)中間星瓶被撥送到旋蓋機(jī)的瓶托上，由旋蓋機(jī)完成封蓋，最后由出瓶星輪將瓶子送出本機(jī)，進(jìn)入出瓶輸送帶上，送入生產(chǎn)線的下一工序。由此，灌裝旋蓋機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，要完成以下幾個(gè)動(dòng)作：由主傳動(dòng)傳至螺旋輸瓶器、進(jìn)出瓶星輪、中間星輪、灌裝系統(tǒng)、封蓋系統(tǒng)。

瓶子的輸送使用了鏈條輸送裝置，牽引鏈條選用最常見的板式鏈。在鏈條輸送裝置運(yùn)行過程中，牽引鏈條受到磨損，節(jié)距逐漸增大，鏈條伸長(zhǎng)，易出現(xiàn)松垂現(xiàn)象，為使鏈條與鏈輪輪齒正確嚙合，確保輸送鏈正常運(yùn)行，必須設(shè)置鏈條張緊裝置。因?yàn)轵?qū)動(dòng)鏈輪與從動(dòng)鏈輪中心距不可調(diào)，所以用移動(dòng)從動(dòng)鏈輪支承座位置來(lái)張緊鏈條的辦法不可行;必須用張緊輪來(lái)張緊鏈條，并設(shè)置螺旋機(jī)構(gòu)，進(jìn)行定期張緊。

2.3 灌裝機(jī)的主要部件設(shè)計(jì)

2.3.1 灌裝供料系統(tǒng)。負(fù)壓灌裝機(jī)的供料裝置按其真空室與儲(chǔ)液箱的配置狀況可為單室、雙室和三室等結(jié)構(gòu)形式。單室式是將真空室與儲(chǔ)液箱合為一體的中小型供料裝置，它灌裝時(shí)，真空度不能太高，否則瓶口會(huì)吸緊灌裝閥密封膠墊，難以分離。另外，由于貯液箱兼作真空室，使液料揮發(fā)面增大，對(duì)需要保持芳香氣味的液料會(huì)造成不良影響。三室供料裝置的真空室不止一個(gè)，有真空上室和真空下室，上真空室通過分配頭及真空管與真空系統(tǒng)連通，工作中一直處于抽氣狀態(tài)，下真空室經(jīng)通氣管和分配頭與上室連通，通過分配頭的轉(zhuǎn)換，可以按需要改變下室的真空狀態(tài)。三室供料裝置的真空度雖可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，但是三室式增大了軸向高度，不僅造型差，還影響高速運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。根據(jù)以上分析，本機(jī)采用雙室灌裝供液系統(tǒng)。

2.3.2 送瓶機(jī)構(gòu)。送瓶機(jī)構(gòu)由板式輸送鏈帶、分瓶螺桿和星形撥輪等組成。送瓶機(jī)構(gòu)的相互協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)對(duì)灌裝機(jī)的正常工作起到重要的作用。按工作要求，從理瓶機(jī)連續(xù)輸送來(lái)的空瓶，必須以適當(dāng)?shù)拈g距與速度逐個(gè)傳送到灌裝機(jī)的升瓶機(jī)構(gòu)托板上。在輸送過程要避免擠壓和堵塞，否則難以實(shí)現(xiàn)正常的灌裝工作。為達(dá)到這一目的，在灌裝機(jī)中，專門設(shè)計(jì)有變螺距螺桿，配合輸送鏈板作定距分瓶運(yùn)動(dòng)，使空瓶按節(jié)奏送入星形撥輪。

2.3.3 托瓶升降機(jī)構(gòu)。待灌裝瓶子由輸送機(jī)構(gòu)的星形撥輪送到灌裝機(jī)回轉(zhuǎn)盤上的托瓶臺(tái)上，由托瓶機(jī)構(gòu)按灌注要求設(shè)定的程序，將瓶子托升，使瓶口與灌裝頭緊密接觸而進(jìn)行灌裝。裝料達(dá)到要求時(shí)，瓶子降落，與灌裝頭脫離。當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)到卸瓶工位時(shí)，由相應(yīng)的星形撥輪送出，轉(zhuǎn)去封蓋作業(yè)。因此，在整個(gè)灌注過程中，瓶子和灌裝頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是由托瓶升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。托瓶升降機(jī)構(gòu)的運(yùn)行必須要保證平穩(wěn)、準(zhǔn)確、迅速、安全。托瓶機(jī)構(gòu)主要有機(jī)械式、氣動(dòng)式、機(jī)械與氣動(dòng)組合式三種，因?yàn)闄C(jī)械式托瓶機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。所以本灌裝機(jī)采用機(jī)械式托瓶機(jī)構(gòu)。

2.3.4 高度調(diào)節(jié)裝置。待灌瓶子由托瓶臺(tái)頂升，從低程位置升高到高程位置的距離，實(shí)際上就是瓶口到灌裝閥對(duì)中罩的距離。灌裝機(jī)運(yùn)行時(shí)，托瓶升程應(yīng)該是一定的。當(dāng)瓶子規(guī)格改變時(shí)，瓶高也隨之改變，為了適應(yīng)瓶高的變化，必須要調(diào)整灌裝閥與瓶口的距離，以保證托瓶升程不變。本灌裝機(jī)是通過調(diào)整灌裝閥的高度來(lái)適應(yīng)不同的瓶高的。每個(gè)灌裝頭都安裝在灌裝頭固定板上，灌裝頭固定板與導(dǎo)向立柱連接在一起，并用圓螺母固定，當(dāng)調(diào)整灌裝頭高度時(shí)，松開4個(gè)升降調(diào)整螺桿的螺母，把灌裝頭固定板調(diào)整到合適的位置，高度合適后再擰緊鎖緊螺母。

2.3.5 液位控制裝置 液位控制裝置能控制灌裝機(jī)中儲(chǔ)液箱內(nèi)液料的高度，使之保持穩(wěn)定，以利于灌裝過程正常進(jìn)行，本機(jī)采用浮球液位控制器。浮球浮于液面，其位置隨液面波動(dòng)而變化，浮球外裝有兩支傳感器。當(dāng)液體經(jīng)電磁閥流入到液缸時(shí)，浮子隨著液面的不斷升高而浮起，當(dāng)接近傳感器時(shí)，傳感器將感應(yīng)到的信號(hào)送到接觸器，接觸器使安裝在進(jìn)液管路上的電磁閥線圈斷電，電磁閥閥芯落下，關(guān)閉進(jìn)液通道，進(jìn)液停止。連續(xù)灌裝使液缸中液面下降，浮子隨著下落，脫離電磁閥，經(jīng)時(shí)間繼電器的控制，延時(shí)一段時(shí)間(可調(diào))，電磁閥將再得電，電磁閥閥芯吸起，打開進(jìn)液管路。

2.3.6 灌裝頭的設(shè)計(jì) 灌裝機(jī)的主要部件是灌裝閥，也叫灌裝頭。旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)一般設(shè)計(jì)有多個(gè)灌裝頭，以提高生產(chǎn)率，灌裝頭數(shù)至少6頭，多至60頭以上，隨著灌裝頭數(shù)的增加，灌裝能力也不斷提高，雖然灌裝機(jī)的頭數(shù)有多有少，但其基本工作原理是一樣的。灌裝閥是儲(chǔ)液箱、氣室(充氣室、排氣室、真空室等)和灌裝容器三者之間的流體通路開關(guān)，根據(jù)灌裝工藝要求，能依次對(duì)有關(guān)通路進(jìn)行切換。

2.4 真空系統(tǒng) 是由真空泵、空氣過慮裝置和電氣控制系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)直接影響灌裝速度和精度。本機(jī)選用了進(jìn)口真空泵(水環(huán)式真空泵)，確保了真空系統(tǒng)的可靠性。

真空泵由變頻器控制，同時(shí)，真空表可隨時(shí)反映灌裝時(shí)的真空度，并可通過閥門控制量的大小，待真空泵的負(fù)壓值達(dá)到所需值后，一般真空度保持在0.01~0.06Mpa之間，按下變頻器面板上的按鈕，灌裝機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。

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