氣動旋轉(zhuǎn)式自動定量灌裝機(jī)的研制

李 疆

（貴陽學(xué)院實驗中心，貴州 貴陽 550005）

氣動旋轉(zhuǎn)式自動定量灌裝機(jī)的研制

李 疆

（貴陽學(xué)院實驗中心，貴州 貴陽 550005）

氣動旋轉(zhuǎn)式自動定量灌裝機(jī)是在氣動直線式自動定量灌裝機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的產(chǎn)品，繼承了直線式灌裝機(jī)定量調(diào)整方便的特點，同時也解決了直線式灌裝機(jī)生產(chǎn)效率低和工作過程不太穩(wěn)定的問題。文章介紹該灌裝機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，著重介紹該灌裝機(jī)在設(shè)計過程中幾個關(guān)鍵技術(shù)的解決方案。

灌裝機(jī)；PLC；氣動

氣動直線式自動定量灌裝機(jī)在飲料、制藥等行業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用，由于它采用了觸摸屏和PLC，使灌裝機(jī)定量調(diào)整變得直觀和簡捷，因此受到很多需要經(jīng)常調(diào)整灌裝量的包裝企業(yè)的歡迎［1］。但由于直線式灌裝機(jī)灌裝過程是輸送進(jìn)瓶→停止→灌裝→輸送出瓶，整個生產(chǎn)過程是間隙運(yùn)行，生產(chǎn)效率較低；另外，直線式灌裝機(jī)在進(jìn)出瓶時要求輸送設(shè)備頻繁啟停，易造成灌裝物外溢或容器傾倒［2］。氣動旋轉(zhuǎn)式自動定量灌裝機(jī)繼承了直線式灌裝機(jī)定量調(diào)整便捷、灌裝精度高的優(yōu)點，而且還能在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中進(jìn)行灌裝和進(jìn)出瓶，大大提高了工作的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

1 總體結(jié)構(gòu)

氣動旋轉(zhuǎn)式自動定量灌裝機(jī)由機(jī)械傳動部分、電氣控制部分和氣動控制部分組成（見圖1）。機(jī)械傳動部分主要完成進(jìn)出瓶工作；電氣控制部分主要完成定量調(diào)整、存儲、速度調(diào)整以及故障監(jiān)測報警功能；氣動控制部分主要完成氣源的分配及各灌裝閥的開閉。

圖1 氣動旋轉(zhuǎn)式自動定量灌裝機(jī)總圖Figure 1 General layout of pneumatic Rotary quantitative automatic filling machine

2 關(guān)鍵技術(shù)及其解決方案

2.1 灌裝量轉(zhuǎn)換為灌裝閥開閉時間

氣動旋轉(zhuǎn)式自動定量灌裝機(jī)沿用了直線式灌裝機(jī)定時灌裝的方式，即在恒壓狀態(tài)下將灌裝量轉(zhuǎn)換為角座閥開閉時間，并根據(jù)生產(chǎn)過程中檢測出的每個灌裝頭的灌裝誤差，由觸摸屏對各個灌裝頭進(jìn)行校正，將校正參數(shù)存儲于PLC內(nèi)部，所有這些參數(shù)在觸摸屏上均以m L為單位進(jìn)行顯示，因此定量調(diào)整直觀、快捷。觸摸屏畫面見圖2。

2.2 灌裝頭定位的處理

直線式灌裝機(jī)在灌裝時，每個頭的位置相對固定，所有灌裝頭在瓶子輸送到位后同時開啟，而旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)是在旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)瓶和灌裝，由于每個頭的校正參數(shù)不一樣，因此必須在開啟灌裝閥之前判斷是哪一個灌裝頭處于灌裝區(qū)域，從而確定開啟哪一個灌裝閥和通過計算確定閥開啟的時間。在該產(chǎn)品的設(shè)計中，為了使灌裝頭信號準(zhǔn)確送入PLC，將電感式接近開關(guān)固定安裝，并在其下方有效距離內(nèi)安裝一個旋轉(zhuǎn)分度盤（見圖3），該分度盤與灌裝頭準(zhǔn)確對應(yīng)并隨灌裝頭旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)分度盤上的金屬感應(yīng)片和固定安裝架上的接近開關(guān)確定哪一個灌裝頭進(jìn)入灌裝區(qū)，并將信號送入PLC，確保灌裝閥的開啟不會發(fā)生錯誤動作。

圖2 灌裝機(jī)定量調(diào)整及存儲觸摸屏畫面Figure 2 The picture of adjusting quantitatively and storing touch screen of filling machine

圖3 灌裝頭定位裝置Figure 3 Locating device of filling head

2.3 無瓶不灌裝的處理

灌裝過程中確保無瓶不灌裝是非常必要的，由于旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)采用下凸輪結(jié)構(gòu)將瓶子抬起并送入導(dǎo)瓶套內(nèi)，從而確保灌裝嘴與瓶口對齊，當(dāng)有瓶子時，在瓶口送入導(dǎo)瓶套的同時推動信號板抬起，擋住光電開關(guān)，發(fā)出有瓶信號，灌裝閥開啟；如無瓶則信號板不會抬起，光電開關(guān)不發(fā)出信號，灌裝閥也不會開啟，從而實現(xiàn)了無瓶不灌裝（見圖4）。

2.4 旋轉(zhuǎn)儲氣罐進(jìn)氣端品的處理

在旋轉(zhuǎn)式氣動灌裝機(jī)中，負(fù)責(zé)為各灌裝閥提供氣源的儲氣罐是隨灌裝頭旋轉(zhuǎn)的，因此，在設(shè)計中選用了德國Festo旋轉(zhuǎn)型快插接頭 QSRL－G3／8－10（見圖5）作為進(jìn)氣端口接頭，固定進(jìn)氣端與氣源聯(lián)接，旋轉(zhuǎn)進(jìn)氣端與儲氣罐聯(lián)接，從而有效地解決了為旋轉(zhuǎn)中的儲氣罐輸送壓縮空氣的問題。該旋轉(zhuǎn)接頭最大旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)25 r／min［3］，可滿足該產(chǎn)品的最大工作速度的要求。

圖4 無瓶不灌裝裝置Figure 4 No refilling device without bottles

圖5 Festo旋轉(zhuǎn)型快插接頭Figure 5 Festo Rotary quick inserting joint

2.5 電源的分配

灌裝閥的準(zhǔn)確開閉關(guān)系到灌裝精度，為保障在灌裝過程中對每一個電磁閥的準(zhǔn)確控制，采用了全封閉式過孔導(dǎo)電滑環(huán)對PLC輸出端的信號進(jìn)行傳遞，以確保灌裝閥的準(zhǔn)確開關(guān)［4］。

3 PLC程序設(shè)計

旋轉(zhuǎn)式氣動灌裝機(jī)的工作流程見圖6。

圖6 氣動旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)工作流程圖Figure 6 Main procedure of pneumatic Rotary filling machine

灌裝機(jī)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)后，PLC根據(jù)固定在安裝架上的接近開關(guān)的信號，確認(rèn)進(jìn)入灌裝機(jī)的灌裝頭號；同時置瓶臺上升，PLC確認(rèn)灌裝頭下是否有瓶，如有瓶，則調(diào)用存儲在PLC內(nèi)的灌裝量，確認(rèn)灌裝閥開啟時間；使用壓力開關(guān)和浮球開關(guān)確認(rèn)氣壓和液位正常后，打開灌裝閥開始灌裝，在到達(dá)灌裝時間后，關(guān)閉灌裝閥；灌計完畢后置瓶臺下降，出瓶撥盤將完成灌裝的瓶子送出到輸送線上［5，6］。

4 結(jié)論

氣動旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)不僅保留了氣動直線式灌裝機(jī)定量調(diào)整方便、直觀的優(yōu)點，而且還有效解決了氣動直線式灌裝機(jī)生產(chǎn)效率低，間歇式的生產(chǎn)過程，大大提高了生產(chǎn)效率和工作的穩(wěn)定性。由于采用了以PLC為核心的控制系統(tǒng)，因此能適時監(jiān)測氣壓不足、液位不足、卡瓶等故障并及時報警，保障生產(chǎn)穩(wěn)定可靠地進(jìn)行。

1 黃穎為.包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)與設(shè)計［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：201～213.

2 張聰.自動化食品包裝機(jī)［M］.廣東：廣東科技出版社，2003：125～135.

3 徐小東.液壓與氣動應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009：218～219.

4 楊曉青.包裝機(jī)械與設(shè)備［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2009：121～122.

5 梁基照.包裝機(jī)械優(yōu)化設(shè)計［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：89～92.

6 尹章偉，毛中彥.包裝機(jī)械［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：11～14.

Development on pneumatic rotating filling machines of fixed amount

LI Jiang

（Experimental Centre of Guiyang University，Guiyang，Guizhou550005，China）

The pneumatic rotating filling machine of fixed amount is a product that was developed on the basis of linear rotating filling machine of fixed amount.Its quantity can be adjusted conveniently，which is the characteristics of linear rotating filling machine.Moreover，it makes up for the defects of linear rotating filling machine：low production efficiency and unstable working process.This article introduces the main structure of this filling machine，and puts more emphasis on the solutions to several key techniques of its design process.

filling machines；PLC；pneumatic

10.3969／j.issn.1003－5788.2012.01.037

李疆（1969－），男，貴陽學(xué)院實驗中心高級工程師，碩士。E－mail：yongyi17＠vip.163.com

2011－11－01