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新式灌装机的设计与工程分析
2 液体灌装机主体机构的方案设计
2.1 灌装机的概述
灌装机广泛应用于食品工业中的矿泉水、啤酒和果汁饮料等产品的装填灌注，即将送来的空包装容器注满液体后，再分个运送出去。液体灌装机是液体包装生产线的核心设备．液体灌装过程中出现的冒泡、灌不满、液位偏高或偏低、增氧量和瓶颈空气超出标准等现象，都会直接导致液损的增加，从而增加了液体的包装成本。因此，灌装机灌装效果的好坏直接影响到企业的经济效益。下面我们先了解一下液体灌装机的基本要求和工作原理．然后再对影响灌装效果的一些主要因素做分析。
不含气液体灌装机的基本要求：
1、产品在正常工作时，灌装头(阀)在非灌装位置不应有滴漏现象。 2、各管路应畅通，且不应有渗漏现象。
3、产品应达到额定生产能力，在正常工作时，瓶损率应不大于0.05%。
4、产品在正常工作时，灌装容量应不少于公称容量，灌装液位差应不大于 ±6mm。 5、灌装合格率应不小于98 %[3]。
液体灌装机是围绕灌装的工艺流程展开的，其工作原理是：从洗瓶机出来的洁净空瓶子由输瓶带送入灌装机的进瓶螺旋，由进瓶螺旋将挨个儿的瓶子以一定间距分开输送，再经进瓶拨瓶轮送至回转台上，使之在回转台上饶回转台中心轴回转。与此同时，液箱内的灌装阀的量杯上端和液箱出液口处阀高调节结构连接，它能随着导轨边旋转边上下运动，当瓶子进入回转台后，灌装阀的量杯沿导轨向下运动，从而使灌装阀的喇叭口紧压瓶口，使量杯中心导管接通，液体沿着导管流入瓶中。当瓶子旋转到一定位置时，量杯此时沿着导轨上升，上升到一定高度使得阀上的喇叭口与瓶口分离，导管被封死，液体不再下流，瓶子里的水也刚好灌至所需高度，然后再经由出瓶口处的拨瓶轮拨传送出去，流入下一步工序，这样便完成了整个灌装过程。 2.1.1 液体灌装机的分类
液体灌装机按灌装瓶的主要运动形式分类可分为以下： （1）旋转型灌装机
图2.1 旋转型灌装机的俯视图
旋转型灌装机如图2.1，空瓶经洗瓶机洗净后由输送带输入灌装机的瓶输送部分，待
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灌瓶由输送部分或人工送入灌装机进瓶机构，瓶子由灌装机转盘带动绕主立轴旋转运动进行连续灌装，转动近一周时瓶子己灌满，然后由转盘送入压盖机进行压盖，然后再由输送带输送成品。其中，瓶子在灌装过程中升降如图2.2。
图2.2 灌装机灌装过程展开示意图
这种灌装机在食品、饮料行业应用最广泛,如汽水、果汁、啤酒、牛奶等的灌装,此机主要由供料装置、供瓶系装置、灌装阀、托瓶机构、瓶高调节装置、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[4]。这类灌装机相比于直线型灌装方式而言，在灌装速度精度上都有所提高，效率大大提高了。 （2）直线型灌装机
直线型灌装机的流程图如图2.3，待灌装的空瓶从上一步操作（一般是洗瓶机）沿直线由传送带传送,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。灌完的瓶子再由传送地运至下一步流程，最后包装成品后完成。
1-推瓶板 2-限位拨盘 3、11、13-传送带 4-传送盘 5-瓶子 6-上盖机构 7-料斗 8-拧紧机构 9-商标盒 10-浆糊盒 12-推料板 14-储液箱 15-灌装管
图2.3 直线灌装机工作流程图
这种灌装机相对旋转型灌装机而言，它结构较为简单，制造方便，但体型比较大，而
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且做得是间歇运动，生产能力的提高有所限制，因此一般只用于无汽液料类的灌装，有很大的局限性，难以用作批量大规模生产。 （3)自动化灌装机
该类型可分为:单机自动机和联合自动机(可以包括连续进行洗瓶、灌装、压盖、贴标、装箱等工序)。自动灌装以采用机械传动控制为主的最普遍[4]。
此外,，还有自动化程度、机械结构及灌装方法等多种方法分类的，具体的详细内容见表2-1：
表2-1 灌装机的分类方法
序号 分类型式 型式、技术特性、灌装方法 1 按自动化程度分 手工灌装机 半自动灌装机 单元自动灌装机 液体包装联合自动机 2 按机械结构分 单排式 多排式 旋转式 旋转式 3 按灌装方法分 真空灌装 变液位的压力在液位高度不变的压下灌装 阀门式 力灌装 滑阀式 在压力下灌装 4 按关闭装置分 旋塞式 气阀式 5 按定量装置分 定量杯定量 液位高度定量 定量泵定量 安瓶定量 2.1.2 液体灌装机的选择原则
灌装机的选择：合理选择灌装机是保证产品质量，提高经济效益的重要途径。一般来说，应密切联系生产实际，尽量选择质量好、效率高、结构简单、使用维修方便、体积小、重量轻的灌装机。灌装机知识在选择灌装机时，应遵循以下原则。
为生产工艺服务的原则。首先应根据灌装物料的性质（粘度、起泡性、挥发性、含气性等）选择适宜的灌装机，以满足生产工艺要求。例如对于芳香较浓的酒液，为避免挥发性芳香物质受到损失，一般应采用容杯式或常压灌装机；对于果汁类料液，为了减少与空气接触，保证产品质量，一般应采用真空加汁类灌装机。其次，应使灌装机的生产能力和前后工序的加工、包装机械的生产能力相匹配。
生产率高和产品质量好的原则。生产率的高低直接反映生产线的生产能力。所以生产率越高，其产生的经济效益越好。为了提高产品质量，应选择设备精度高、自动化程度也高的灌装机。但是设备的售价也相应提高，增大了产品的单位成本。因此在选择灌装机时，应结合生产工艺要求，对相关的因素进行综合考虑。
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。因此为了适应酒水、饮料行业多品种、多规格的生产要求，应选择工艺范围尽可能宽的灌装机[5]。
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2.1.3 灌装的基本方法
灌装就是将一定量的液体注入到空包装容器中的流程。这种液体主要是指具有低粘度的可流动性液体，如酒类、汽水、果汁等。它们可以依据自身重力以一定速度流入到包装容器中。此外，灌装机也可灌装一些粘稠不大的液体和一些粘度很高的物料，如果酱、油脂、牙膏及黄油等等。这些物料，只依靠重力是不能使其灌装到包装容器内的，因此需要施以一定大小色的压力，依靠压力将其挤压到包装容器中。由于液体种类的多样性，其性能不一，如粘度、起沫性、含气性、挥发性等，所以采用不同的灌装方法；其次液体包装容器的多样性，如玻璃瓶、金属罐、塑料瓶、复合纸盒等，所以，灌装机选择合理的灌装方法应该根据不同的包装容器、包装物料及不同的灌装工艺。由于液体物料性能不同,我们常采用以下几种方法进行灌装： (1)常压灌装
常压灌装，又叫重力灌装，即在常压状态下，利用液体本身的重力作用将使其自己流到灌装容器中，它整个工作系统是处于开放状态下，该灌装方法是最原始的灌装方法。至今仍被用在流动性很好的液体灌装中，这各方法比较适用于流动性好、不含气、不易挥发的液体中。如矿泉水、白酒、酱油、牛奶等。 (2)压力灌装
压力灌装，是借助外界压力将液体物料压入包装容器中。外界压力有机械压力、气压、液压等。压力灌装主要适用于粘度较大，流动性较差的薪酬物料的灌装，可以提高灌装速度。压力法灌装与真空法正好相反，灌装密封系统处于高于大气压力的状态中，将正压力加于产品上。压力法对于不能抽真空的产品是很理想的，如酒精类饮料(酒精含量会随真空度增加减少)，热饮料(90℃的果汁，抽真空可引起液料迅速蒸发)，如果采用常压灌装液管道比较细，阻力大，效率低，为了提高灌装速度，可采用压力灌装等。压力法可在产品和排气两端保持高于大气压的压力，且产品端压力更高，这样的系统有利于控制某些饮料保持较高的二氧化碳含量。 (3)等压灌装
等压灌装，即先向包装容器内充气，使容器内压力与贮液缸内压力相等，再将贮液 缸的液体物料灌入包装容器内。等压灌装又称压力重力灌装、气体压力灌装。这种灌装 方法只适用于含气饮料，如啤酒、汽水、香槟等。 (4)负压灌装
负压灌装是先将包装容器抽气形成负压，再将液体物料灌入包装容器内。这种灌装方法不但能提高灌装速度，而且能减少包装容器内残存的空气，防止液体物料氧化变质，可延长产品的保存期。此外，还能限制毒性液体的逸散，并可以避免灌装有裂纹或缺口的容器，减少浪费，适用于不含气体，且怕接触空气而氧化变质的粘度稍大的液体物料，以及有毒的液体物料。如果汁、果酱、糖浆、油类、农药、药水等[1]。
此外还有虹吸法，虹吸法灌装应用虹吸原理使液体料经虹吸管由储液箱被吸入容器，直至两者液位相等为止。此法适合灌装低粘度不含气的液料，设备结构简单，但灌装速度低。该方法出现最早，人们最容易接受，原理也比较简单，但现在很少使用。
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