洗灌旋三合一灌装设备的结构设计

2014-07-20张秋容龙淑嫔

机械工程与自动化 2014年4期

张秋容，杨伟，龙淑嫔

（1.河源职业技术学院，广东河源 517000；2.佛山职业技术学院，广东佛山 528000）

0 引言

近年来，我国工业的快速发展使得劳动力成本不断上升，这就导致劳动密集型的制造业对于设备自动化升级改造的需求迫在眉睫。本文受某大型矿泉水生产企业的委托，开发了一套基于气压驱动、变频传送、机械传动技术，以PLC控制技术为核心的洗灌旋三合一灌装机，可以实现自动清洗、灌装、旋盖等工序，减少了企业对普工的需求，提高了劳动生产效率，为企业增加了效益。

1 灌装设备工作要求

图1 为矿泉水瓶结构示意图。本设备的工作任务是实现对矿泉水瓶进行清洗、灌装、旋盖等工艺的全自动化。

图1 矿泉水瓶结构示意图

2 灌装设备整体设计方案

本灌装设备的工作流程如图2 所示。主要由送瓶传送机构、洗瓶机、灌装机、旋盖机、星轮传送机构等构成，工艺流程为送瓶—清洗—灌装—旋盖—出瓶。

该三合一灌装设备的具体工作流程如下：

（1）系统开机，清洗机、灌装机、旋盖机等进行初始化，各传感器部件进行自检，各气缸进行测试动作，初始化检测完毕后，方可启动系统。

（2）系统启动后，主电机启动带动星轮、洗瓶机主轴、灌装机主轴旋转，同时启动旋盖机主轴旋转电机，2 s后启动出瓶链电机，此时整台洗灌旋三合一灌装机进入生产状态。

图2 灌装设备工作流程示意图

（3）空塑料瓶由进瓶传送带送入星轮3，星轮3通过月牙形的轨道将塑料空瓶传送到一号清洗机4。清洗机上共有上瓶工位、消毒水洗工位、消毒水滴干工位、清水洗工位、清水滴干工位、下瓶工位6个工位。当塑料空瓶由星轮3送入洗瓶夹后，洗瓶夹随着洗瓶机旋转，当洗瓶夹脱离夹瓶导轨后，自动夹紧空瓶并沿着洗瓶机的S形导瓶导轨将空瓶倒转，翻转后的空瓶瓶口对准洗瓶阀口，洗瓶水泵、消毒水洗洗瓶阀、清水洗洗瓶阀开启，实现第一次清洗塑料瓶。塑料瓶通过星轮5，6，7，8，16传送到二号清洗机9，清洗工序同第一次清洗，实现第二次清洗。

（4）清洗后的塑料瓶由星轮10传送到灌装机11，灌装机上的进料阀、回流水泵、排气阀、回流阀、进料CIP阀、回流CIP阀开启，进行矿泉水或其他饮料的灌装，同时灌装机灌装桶上方的排气阀开启，避免造成灌装桶内气压过高。

（5）灌装好的塑料瓶由星轮15传送到旋盖机12，同时放盖气缸根据检测开关的信号放相应的塑料盖到旋盖机，旋盖机通过吸盖、旋盖，完成旋紧瓶盖的工序。

（6）旋紧瓶盖后由星轮13传送到出瓶链。

（7）设备运行期间，控制系统实现洗灌旋工作流程循环工作，直至人工停止系统工作。

3 灌装设备的主要外围硬件设计

3.1 洗瓶夹

洗瓶夹的结构示意图如图3 所示，其工作原理为：当开夹滚轮5未脱离开夹导轨时，开夹滚轮上的圆柱销4通过椭圆形槽中的前移运动带动开夹转轴2顺时针旋转，此时夹瓶块1打开，塑料瓶可由星轮传入洗瓶夹；当洗瓶夹在走轨道导块3的牵动下脱离开夹导轨时，开夹滚轮5上的圆柱销4通过椭圆形槽中的后退运动带动开夹转轴2逆时针旋转，此时夹瓶块1夹紧，洗瓶夹完成夹紧塑料瓶。安装块6用以将洗瓶夹固定在清洗机上，而翻转转轴7用来实现塑料瓶的翻转。

图3 洗瓶夹结构示意图

3.2 灌装机械阀

灌装机械阀的结构原理图如图4 所示，其工作原理为：当塑料瓶由灌装机上的托瓶装置夹住并随导轨旋转到灌装区时，塑料瓶口进入灌装机械阀阀头，连接管在导套的作用下在阀腔内产生向上运动，密封环上移，实现灌装。回流管用于将多余的液体流回回流罐。

图4 灌装机械阀结构原理图

3.3 旋盖头

旋盖头的结构原理图如图5 所示，其工作原理为：当瓶盖由下盖槽落入旋盖头正下方，此时旋盖头因旋盖凸轮的作用向下运动将瓶盖卡入旋盖口，同时旋盖头在旋盖臂和旋盖转盘的带动下实现旋盖。导杆用于将空瓶盖顶落。

3.4 下盖槽

下盖槽的结构原理图如图6 所示，其工作原理为：瓶盖自理盖器落入下盖槽，当瓶盖的上顶面对着槽轮时，此为正盖向，瓶盖会在自重的作用下通过槽轮落下，当有瓶检测元件检测到有瓶过来，档杆会在放盖气缸的带动下放盖进入旋盖头；当瓶盖反向对着槽轮时，为反盖向，瓶盖会被槽轮挂住，此时反盖检测元件发出信号，反盖剔除气缸带动推盖板将盖剔出下盖槽。

图5 旋盖头结构原理图

图6 下盖槽结构原理图

3.5 气动控制回路设计

本设备的洗瓶机上洗瓶阀开口大小、灌装灌CIP阀、回流罐、水润滑阀等需根据传送链上传送过来的空瓶数进行调节，考虑到设备应用环境、生产效率及结构设计上采用气压传动系统来完成本部分工作，其控制主要采用电磁换向阀及单作用气缸来控制阀口大小。在传送链上的阻瓶和落瓶、旋盖机上的放盖和反盖剔除等均采用电磁换向阀、单向节流阀及双作用气缸完成。