實驗動物瓶裝飲用水自動灌裝機設計

周建麗 蘇銘

摘 要：人類健康問題的研究結果，最終需要通過動物實驗來驗證。因此，對實驗動物的生活環(huán)境尤其是飲食條件需要嚴格要求。本文在了解了飲用水自動灌裝機的基本原理和結構基礎上，設計了一款專門用于實驗動物的飲用水自動灌裝機，該灌裝機可以適用一些低粘度的液體灌裝，具有結構簡單，低成本等優(yōu)點，適合當前市場需求，具有良好的應用價值。

關鍵詞：實驗動物 灌裝機 電氣控制

中圖分類號：TB486 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

在物質生活水平大幅度提高的今天，各種疑難雜癥的出現(xiàn)，導致人類對自身的健康問題越來越重視。醫(yī)學對實驗動物研究的根本目的就是通過對實驗動物生命現(xiàn)象的研究來要探索人類疾病的發(fā)病機制，并且尋找出預防疾病以及治療疾病的方法。因此，實驗動物作為生命科學實驗的研究對象其生活環(huán)境尤其是飲食條件需要嚴格要求。飲用水作為實驗動物每天所必須的能量來源之一，其灌裝過程基本由自動灌裝機完成，盡可能地減少人工干預。

1 灌裝機總體結構設計

按灌裝瓶的進給方式形式可將灌裝機分成：旋轉盤式灌裝機、直線式灌裝機等。

（1）旋轉盤式灌裝機

該式灌裝機進瓶機構呈圓盤轉臺狀，圓盤轉臺上有若干個工位對應灌裝瓶。待灌裝瓶由傳送裝置如傳送帶送入灌裝機進瓶機構，并定位于圓盤轉臺上的工位中，進行灌裝。灌裝好的灌裝瓶再由傳送裝機構，隨著電機的轉動最后將灌裝好的產(chǎn)品傳送到下一個工序。

（2）直線式灌裝機

該式灌裝機利用直線型傳送帶，將待灌裝瓶成排放置在傳送帶上，由推瓶板將空的灌裝瓶向前推送至灌液管的下方，進行灌裝，再由傳送帶將灌裝好的瓶子傳送至下一個工序。

本次設計實驗動物飲用水灌裝機灌裝瓶規(guī)格為250ml/500ml塑料瓶，要求灌裝能力為250ml/3000 瓶每小時；500ml/2500 瓶每小時。灌裝時間為250ml <6s 每次；500ml <6.1s 每次。因此，選擇直線型灌裝機比較合理。

2 灌裝機液料供送系統(tǒng)的設計

2.1 輸送管路的設計

灌裝機液料供送管路一般以圓管為主。假設輸液管管道內徑為d（m），灌裝液體在輸液管內的流速為u（m/s），流量為V（m3/s），則管道內徑可由下式得到。

流量V可由下式得到。

其中：

W-----管內質量流量（kg/s）

ρ-----液體的密度（kg/m3）

Gb-----每瓶灌裝液體的質量（kg）

Qmax-----灌裝機的最大生產(chǎn)能力（pcs/h）

由前文所述要求可得

250ml：V=0.00097（m3/s）

500ml：V=0.00194（m3/s）

根據(jù)流體力學中的連續(xù)性方程可知在保持輸送管流量恒定的情況下，提高液體的灌裝速度可減少輸送管管徑使得設備投入費用減少，但是要增加提速所需要的輸送液料動力。因此，在設計的要求中，應該根據(jù)實際情況，選擇適當?shù)乃俣?，根?jù)系統(tǒng)的設計要求，可根據(jù)文獻[3]的內容，可得飲用水的流速u=3m/s，則輸送管管徑為100mm。

2.2 灌裝時間的計算

由于灌裝液體定量方法的不同以及灌裝閥管口伸至瓶內位置的不同，灌裝時間也有所有不同。設定量杯的橫截面積為定值A0，當定量杯中液料距離管口的高度為Z 時，其瞬時流量為：

則定量杯中的液料全部注入待灌裝瓶內所需的灌裝時間為：

式中， Z1------定量杯中充滿液料時距離管口的高度m；

Z2------定量杯中流完液料時距離管口的高度m；

則相應的灌裝時間為：t=3.3（s），灌裝時間滿足使用的要求。

2.3 灌裝機儲液箱設計

儲液箱的容量設計，要保證液體的充填，最低可以填補，最大不會溢出。因此要確保儲液液箱的底面高出定量杯，但不能高于定量杯的最高水平位置。通常儲液箱的長度、寬度、高度的比例為1：1：1～3：2：1。在此基礎上，結合加熱、冷卻和熱平衡原理，確定儲液箱的的大小為長度900mm、寬度600mm、高度300mm。此外，為了避免液體腐蝕箱體內壁，箱體內壁需進行涂層處理。

3 灌裝機控制系統(tǒng)的設計

3.1 主回路設計

根據(jù)設備電氣傳動的要求，由開關QF引入380V三相交流電源；由接觸開關KM1 控制電動機M的啟閉；由熱繼電器FR 實現(xiàn)電動機M 的過載保護，而短路保護由熔斷器FU 實現(xiàn)。

3.2 控制電路的設計

設備操作板上設置有啟動SB1和停止按鈕SB2 ，通過啟動和停止按鈕可與接觸開關KM3組成自鎖的啟?？刂齐娐?。

3.3 控制線路的工作原理

合上開關QF 引入380V三相交流電后，按下啟動按鈕SB1，常開觸點KM3 閉合，電動機轉動，輸送機開始輸送，當有箱子碰到行程開關SQ1 時，接觸器KM2 通電，接觸器KM2 通電帶動通電延時繼電器KT1 通電（時間設置為從液體灌裝箱到瓶子的整個灌裝時間），接觸器KM2 通電，接觸器KM2 通電帶動溢流閥，開始完成對飲用水的灌裝。接觸器KM2 通電，接觸器KM2 通電帶動失電延時繼電器KT2 通電（時間設置為從液體灌裝箱到瓶子的整個灌裝時間），在設置的時間過后，時間繼電器KT2 常開觸點閉合，使得接觸器KM4 通電，KM4 自鎖，使得接觸器KM2 失電，灌裝結束。接觸器KM2 通電，接觸器KM2通電帶動通電延時繼電器KT3 通電（時間設置為灌裝的整個時間加上飲用水箱后端離開行程開關的時間），在KT3 設置時間過后，接觸器KM4 斷電，其常閉觸點閉合，使得接觸器KM2可以進行下一次的灌裝。接觸器KM2 在次得電后，接觸器KM1 得電，帶動電動機開始轉動，輸送機輸送灌裝后的灌裝瓶箱到下一工位。

4 結語

本次設計從實驗動物飲用水灌裝要求出發(fā)，從機械和電氣兩個方面對灌裝機供送系統(tǒng)進行設計計算。本灌裝機械結構簡單合理、灌裝精度高、操作簡單、工作可靠性高等優(yōu)點，適合當前市場需求，具有良好的應用價值。

參考文獻

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[3] 許德群，王延江.桶裝稱重式自動液體灌裝機的設計[J].包裝與食品機械，2014（12）.

[4] 周燕芳，陳志明等.全自動液體灌裝機進瓶系統(tǒng)的改進設計[J].機電信息，2017（2）.