FGZ-10型灌装机的设计研讨论文

发布时间：2021-12-20 15:26:58 浏览数：次

摘要：介绍了一种FGZ-10型负压灌装机的设计与研制方法。该设备是灌装生产线的关键设备，现场使用结果表明该灌装机使用方便，具有速度可调、计量准确、运行平稳、无噪音和药液不外溢等优点，达到预期设计目标。

关键词：负压灌装机；计算机辅助设计与研制

作者简介：车宁, 36岁，男，重庆荣昌人，工程师，主要研究方向：技术革新。

1 前言

随着市场经济的完善和发展，商品流通的深度和广度进一步扩大，包装工业在国民经济中的作用和地位越来越高。根据各国经济发展水平不同，包装工业的产值通常占国民生产总值的1.5%-2.2%。经济越发达，包装工业所占的比重就越大。灌装机就是包装机械的一种。建国以后，我国陆续建立了一些灌装设备生产厂，但主要是一些小型设备，技术落后。八十年代初，国家开始积极引进国外先进灌装技术，当时灌装技术主要掌握在少数国有企业手中。随着改革开放的推进，一些原来从事机床、农机制造的企业也转到灌装设备的开发制造上，从业厂商逐渐增多。

我国的灌装设备主要是应用在酒业、饮料的灌装上，从灌装原理上大体可分为负压灌装机、常压灌装机、等压灌装机、定量灌装机、料位灌装机等几种类型。但是目前各个设备生产厂家的灌装机在灌装能力、效率、适宜瓶型范围及自动化程度等方面各有优缺点，不同程度地制约着产品包装质量和生产率。

目前，灌装机呈现出新的发展动向，主要为：（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。（2）高速度、高产量。碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达2000灌/分，非碳酸饮料灌装速度最高达1500灌/分。（3）技术含量高、可靠性高、计量精确。

但是，现在灌装机的应用主要在酒类、饮料类等食品行业上，适用于一种瓶形。对于药品灌装来说，尤其是小批次的临床试验用药，灌装要求多变，所以加工能适应规格变化多样的灌装需求、成本较低的灌装机还有很大的市场空间。这就需要将计算机技术进入包装机械设计领域，以达到机械性能的柔性化和系统化程度的迅速提高，以满足不同的市场需求，降低设计与生产成本。。

本设计主要是结合相关药品企业的要求进行的非标产品的整机设计与制造，主要设计思路是借鉴美国进口设备，用计算机辅助设计的方法进行设计，并验证了其工作性能，达到了灌装要求，为灌装机在药品制造业的的应用提供了新的研究思路。

2 原理及结构设计

灌装机是灌装生产线的关键设备，其灌装要求为灌装头数为10头，生产效率为 60-100瓶/分，灌装精度为±2毫升，总功率为2KW。要求速度可调、计量准确、运行平稳、药液不外溢，灌装时无液体滴漏现象，机器噪音低于70分贝。在广泛吸收国内外先进机型的基础上研制开发，设计时采用单室低真空负压等位灌装原理，其工作过程是利用真空设备将瓶内的空气吸走，从而在瓶内产生负压，药液在大气压的作用下，通过管子进到瓶内，当药液达到所需液面时，进液口封闭，吸气口将多余的药液和泡沫吸走。本机由灌装头、真空设备、药液供给控制系统、传动系统、凸轮组合、升降机构、胀紧轮、导柱、主架体、减速机等部分组成。具体结构如图1所示，它结构紧凑、布局合理、维修简单、装拆方便。

图1 FGZ-10灌装机结构图

1.主框架 2.真空系统 3.灌装头 4.液箱5.升降机构 6.升降凸轮 7.供液系统 8.导柱

3 设计分析

3.1 灌装方式和控制目标的确立

根据现场的需求和对美国设备的借鉴我们对该灌装机选用负压灌装的方式，在灌装通道中选用电磁阀来控制液体的灌装，所以通过单片机的控制电路来控制电磁阀的开启和关闭，进而实现对整个灌装精度的精确控制。
3.2 产品设计要求

（1）为了提高产品质量，要求灌装机设备精度高、自动化程度高。但是设备的售价也相应提高，增大了产品的单位成本。因此在设计灌装机时，应结合生产工艺要求，对相关的因素进行综合考虑。

（2）工艺范围宽的原则。灌装机的工艺范围是指其适应不同生产要求的能力。工艺范围越宽，越能提高设备的利用率，实现一机多用，即利用同一设备可以灌装多种物料和多种规格。这就需要把计算机辅助设计引入设计中来。

（3）符合食品卫生的原则。由于灌装机多用于医药、化工、食品等行业，对卫生有特殊要求。因此灌装机在结构上直接接触物料的部件应便于装拆和清洗，不允许有死角。而且要有可靠的密封措施，严防杂物混入和物料散失。在材料上，对直接接触物料的零部件要尽可能采用不锈钢或无毒材料。

（4）使用安全，维修方便的原则。灌装机的操作、调整应方便省力，使用安全可靠。而且其结构应便于拆装组合，零部件应通用化、标准化，另外还应做到价格低、重量轻、体积小。

3.3 主要部件设计

（1）在凸轮组合的设计时，要使设计的适应性强，在设计时重点采用计算机辅助设计凸轮曲线的行程，实现柔性化设计与生产。

（2）其真空系统是由真空泵、空气过滤装置和电气控制系统组成，直接提高灌装速度和精度。选用进口真空泵，确保了真空系统的可靠性，采用变频调速，使生产效率达到60-100瓶/分。

（3）在药液供给控制系统的设计中，采用电控和自控相结合的方式控制药液进给量，为灌装头提供稳定的药液。

（4）在传动系统的设计选材上，传动系统的轴和链轮选用优质不锈钢和碳钢，碳钢经过热处理和镀铬，满足医药行业对材料的特殊要求。

（5）充分考虑润滑与密封，零部件尽量做到通用化、标准化。

4 结果验证

所研制的灌装机头数为10头，生产效率为95瓶/分，灌装精度为±1.5毫升，总功率为2KW。该设备目前已投入运行，现场使用结果表明：该设备速度可调、计量准确、运行平稳、药液不外溢。灌装时无液体滴漏现象，机器噪音低于65分贝。同时，该设备还有操作简单、性价比高等优点，满足设计要求，具有很好的推广前景。

参考文献

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册.机械工业出版社, 2005,3.

[2]陆金贵.凸轮制造技术,机械工业出版社,1989,10.

[3]赵准.包装机械选用手册.化学工业出版社,2001,5.

[4]高德.包装机械设计.化学工业出版社,2005,8.

[5]张棉好,徐洪,刘智强.参数化凸轮轮廓曲线设计[J].现代制造工程,2005,9.

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