包装机械概论 随工业自动化水平日益提高，众多工业公司将面临着传统生产线的改造和 重新设计的问题。PLC（可编程控制器）是以微处理器为核心的工业控制装置， 它将传统的继电器控制管理系统与计算机技术结合起来，近年来在工业自动控制，机 电一体化，改造传统生产业等方面得到普遍应用。本次设计主要介绍基于单片机 设计的全自动灌装生产线的基本概念。运用单片机软件程序来控制，整个流水线 由电动机传送带，灌装装置，定位传感器，满瓶检测传感器，空瓶检测传感器等 组成。电动机的启动和停止，灌装装置的灌装，报警显示，料箱自动加料，都是 由单片机控制的。流水线有传感器实时监控，由单片机控制，控制准确，自动化 程度高。可以通一系列的单片机控制达到我们的目的。使得液体自动装，自动的 移动，让我们也可以更加方便的控制。 过去通过分立元件控制的灌装生产线的系统有不少缺点，包括采购成本高， 设备大而重，安装困难，维修费用高等等问题。但是，现在，灌装生产线的缺陷 已经被先进的科技和新的灌装生产线系统所取代，慢慢的变多的公司开始关注和使 用灌装生产线，他们开始意识到灌装生产线能够给他们带来的好处，灌装生产线 在食品，医药，日化生产企业中扮演着重要的角色，优化灌装生产线必然的联系着 产品的质量和生产的效率，因此成为各大生产企业不得不关注的话题。 灌装生产线优点是为制造业提供性能优良，稳定可靠的灌装生产线。材料 浪费少在大规模生产中节省本金。根据相关生产流程进行编程控制，生产效率高。生 产过程对环境污染小等等。 液体灌装生产线是由理瓶，灌装，旋盖，铝箔封口，不干胶等单机组成的瓶 装生产线。各单机能独立完成其工作，有独立的操作系统，以及数控显示等电器 元件控制来调整各参数，并显示设定，能帮企业实现标准化生产。各单机联动， 分离快捷，并且调整快速简单，保证生产的的每个工序能够协调运行。 灌装液体类型 灌装液体产品按其黏度可分为： （1） 流体 依靠自身重力作用即可以按一定速度流过圆管的液体成为流体，其 黏度范围规定为1~100CP（1cp=0.0001pa·s），如矿泉水，酒类，果汁， 汽水，牛奶，蒸馏水，醋，酱油，口服液，针剂等。 （2） 半流体 在大于自身重力的压力作用下才能在圆管中流动的液体成为半 流体，其黏度范围为100~10000cp，如番茄酱，蜂蜜，糖浆，液态蜡等。 灌装容器的类型 灌装容器按照容器的强度可分为： （1） 硬质容器 用金属，玻璃，陶瓷或塑料制成的任何能承受6.8kg的向下 压力而不变形且加封盖后不漏液体的容器都成为硬质容器。 （2） 半硬质容器 用直板，复合纸材和轻量塑料制成的容器都成为半硬质容 器。 （3） 软质容器 用塑料薄膜，金属箔或是由它们的复合制组成的容器都成为软 质容器，如纸袋，塑料袋，铝箔复合袋 此外，灌装容器按其材料分主要有玻璃，金属，纸质，塑料，陶瓷容器等。 当前日渐增长的液体产品需要对其灌装的速度，精度和稳定能力各方面提出了 更高的要求。自从美国Horix公司首次制造了用于灌装番茄酱的灌装机以后，灌 装机械等到了快速的发展。 灌装机械的总体结构和工作原理 不同液体采用不一样的灌装方法，计算方式，和灌装容器机械运行的方式也不同， 灌装机械的的总体机械结构和工作原理也有异同。 按灌装方法分类 不同的液体有不同的化学性质，灌装时应根据工艺技术要求选择比较适合的灌装方法。液 料由料箱灌入包装容器通常由这几种灌装机械来实现。 1.常压灌装机 常压灌装机是在大气压力下直接将液体灌入包装容器中的灌装机。这种灌装机主 要是依靠被灌液体的自重自动流入灌装容器中的。其工艺过程有三个步骤 （1） 进液排气 即当液体进入容器的同时将容器的气体排出。（2）停止进液 即容内 的液体达到定量要求时，停止进液。（3）排出余液 即排出进液管中的残夜。常 压灌装机试用于第黏且不含气体的液体灌装。 典型的常压灌装机的总体结构，其主要由料箱，罐装阀供送拨轮，进瓶输送装置， 升瓶机构，出瓶拨轮，传动系统和控制管理系统组成。在同一水平面上有两个进出 拨到压盖机上。瓶轮，主轴直立安装在轴承之上，料箱主轴最顶端，料箱下面分 配若干个灌装阀，中间部分对应数量的脱瓶与罐装阀配合，通过下部轨道实现升 降运动。其工作原理:通过输送装置送来的空瓶有供送拨轮拨送到回转灌装装置 的升瓶机构中，瓶子在绕灌装机回转的同时抬升当瓶口至罐装阀紧密接触时罐装 阀打开，环形料箱中的液体自动灌入瓶中，灌装结束后瓶子由升瓶机构送到水平 位置，经出瓶轮送出到封盖工位。该灌装结束后可进行自动清洁洗涤，清洗液有进入 料箱中，再经清洗阀和泵，排水管排出机外。 2.等压灌装机 灌装时，先利用料箱上部气室的压缩空气对包装容器进行充气，使两者的气压相 等后，在高于大气压的条件下，依靠自重使灌装液体流入容器内。其工艺过程分 为4部。即空气等压，进液回气，停止进液，释放压力。等压灌装的高压环境能 有效的保持产品中所含二氧化碳气体的含量，并防止由于灌装过程中产生气泡而 影响灌装精度与质量。适用于汽水，啤酒等含气饮料的灌装。 该机的工作原理为：经预处理的瓶子由供送螺杆和进瓶拨瓶星轮送到托瓶台上， 瓶子上升后瓶口与罐装阀紧密接触，进行等压灌装，灌装结束后由出瓶拨瓶轮将 瓶子送到压盖机上 3.负压灌装机 真空灌装是在低于大气压力的条件下进行灌装，可有两种方法，一是重力压差式， 即让料箱处于负压先对容器进行抽气，然后液体依靠自重流进包装容器内。二是 差压负压式，即让料箱处于常压，只对包装容器抽气使之成为负压，料箱内液体 靠与容器间的压差产生流动灌入容器。差压负压式较常用。 压差法灌装的主要工艺过程依次分为容器抽真空，进液排气，停止进液，余液 回流，压差法能灌装速度，且能减少液料与容器内残存空气的接触。故有利于延 长产品的保质期。亦能限制毒性气体和液体的逸散，改善操作条件，故适用于灌 装黏度大一些的液料，含维生素的液料以及有毒的液料，如油类，糖浆，蔬菜汁， 果汁，农药，化工试剂等的灌装，但不宜灌装含有挥发性气体成分的酒类和香水 典型的双缸负压灌装机的总体结构。该机托瓶盘装在下转盘上，它的升降由托瓶 盘升降导轮来驱动，用液位控制装置控制料箱中的液位。罐装阀固定在上转盘上， 高度调节装置可调节转盘的高度，以适应不一样瓶高的要求。调速手轮用于无极调 节主轴转速，以适应主轴生产率的要求。 该机的工作原理：进瓶输送带送入空瓶，经供送螺杆调整为需要的间距，再由 进瓶轮送到升瓶机构上，托瓶盘升降导轮带动升降机构上升，同时瓶子绕灌装机 旋转，当瓶口与灌装阀密封圈盯紧时，由真空管，气缸将瓶内空气抽走，形成一 定的真空度。料箱内的液体在压差作用下经吸液管灌入瓶内，灌装结束后，瓶子 在凹轮导轮作用下下降的水平位置，由出瓶轮将瓶子拨 不干胶贴标机 不干胶贴标机是指利用卷筒式不干胶标签对包装物进行贴标的机械。干胶贴标机 按容器的运行方向可分为立体式贴标机、卧式贴标机和倾斜式贴标机等。下面介 绍一种立式圆瓶不干胶贴标机。 一、 立体式圆瓶不干胶贴标机的组成 立体式圆瓶不干胶贴标机由输送带、分瓶轮、放标盘、打印机、滚贴座、滚贴 带、滚贴板、输送带电机、护栏、支座、以及高低调整架、传感器和微机控制系 统等组成。底座支架主要起支撑作用，其上装有输送带和分瓶轮、供标装置、贴 标装置和传感器以及微机控制管理系统等。其中分瓶轮、供标装置和贴标装置可以在 调整支架上左右、上下调整。输送带主要是完成瓶子的输送，它由输送带电机输 送。分瓶轮主要起到使瓶子分割合适的距离，以免使瓶子在输送过程中漏贴。供 标装置是包括步进电机、送标机构、收标机构、标带张紧机构、不干胶标带。标 签剥离板和印字机等。打印机主要完成标签日期的打印。滚贴带是实现标签与瓶 子的结合，一般有驱动电机带动。传感器及微机控制管理系统是信号检测与发出的核 心控制部分，由软件和硬件两部分组成。它主要完成瓶子的检测，打印装置及供 标装置的步进电机的启动、控制标带的张力、显示瓶子的数量、协调各电机之间 的速度关系和安全报警。 立体式圆瓶不干胶贴标机的工作原理 瓶子由理瓶机进入贴标机输送带之后，经过分瓶轮把瓶子拉开适当的距离。当瓶 子经过检测电眼时，电眼发出信号，信号经过处理后，在瓶子到达与标签位置相 切时，步进电机启动同时打印机工作，在标签上打印日期。当标带经过剥离板时， 由于标带上的标签较硬，它不易延玻璃板急转弯，因此当标带的底纸急转弯时， 标签由于惯性继续向前运动，与底纸分离，顺势与输送到的瓶子粘贴，进入滚贴 装置进行滚压，贴到容器瓶上。另外一个测物电眼检测到一个标签完全经过时， 发出步进电机停转信号。完成不干胶贴标机的一个贴标工作过程。 主要技术参数 1、贴标速度：100—400/分钟（与瓶子及标签尺寸有关） 2、物料尺寸：直径φ 12—φ 100mm、标签长度15—250mm 3、标签规格：标签高度10—150mm、标签长度15—250mm 4、贴标精度：1.0mm左右 （不记包装件和包装误差） 5、电源及总功率：220 VAC 50HZ 1KW 机器的主要机构 1、供标机构 该机构主要是完成标签的输送和底纸的回收。它包括放标机构、剥离板、牵引机 构和收纸机构。在瓶子到达与标签位置相切时，步进电机启动，带动牵引棍拉动 底纸。当标带上的拉力大于摆杆末端的弹簧拉力时，摆杆瞬时针摆动。由于摆杆 顺时针摆动，刹车带与放标盘中心轴脱离，放标盘在标带的拉动不转动。当一个 标签完全经过时，测物电眼步进电机停转的信号，此时由于摆杆末端的弹簧拉力 作用使摆杆复位，刹车带重新抱紧放标盘中心轴，放标盘停转。 2、滚贴装置 滚贴装置主要用于将标签与瓶身结合，它是由滚贴带和滚贴板组成，滚贴板是静 止的，其中滚贴带由滚贴电机带动，搓动圆瓶使圆瓶做纯滚动，使不干胶标签贴 在圆瓶上。 贴标机电气控制管理系统 这种贴标机可单独运行，也可与生产线其他设备组合使用。贴标机电气控制系统 可采用MCS51单片机设计整个控制系统。 整个控制系统由单片机系统部分、贴标纸驱动部分、批号打码部分、贴标起停传 感器接口部分、计数显示部分、收纸带部分、标签滚压部分、传送带控制部分和 电源部分所组成。在整个控制系中，各部分都由不同绕组供电，控制变压器使绕组 间各部分相互隔离，防止干扰。 单片机系统主要是完成各种运行参数的选定，动态显示贴标后圆瓶的个数，为贴 标纸带步进电机驱动部分提供包含有加减速在内的脉冲信号，为批号打码部分提 供打码起停信号。传送织带上的标签在整个运行过程，都是由启动，停车传感器 分别获得控制信号，通过接口电路获得单片机控制。在计算机控制管理系统中，人机 界面主要由键盘，LED显示器完成。当单片机控制管理系统开机时，系统自动进行控 制系统初始化，然后显示当前计数值，并使贴标机系统进入运行工作等待状态。 当有圆瓶经传送带通过启动传感器时，单片机系统获得启动传感器控制信号后， 向贴标机电机驱动器输出步进脉冲，贴标系统运行程序动作完成一次贴标控制， 并停车传感器检验测试到标签走过后的接缝信号后，输入给单片机系统使贴标电机停 车。贴好标签的圆瓶在向前移动中被挤压，使贴标完全粘贴在瓶上。当通过瓶计 数传感器时，计数信号被输入到单片机后，使LED显示器上的计数值自动累加。 如需改变贴标电机工作速度参数，只需要按动相应的功能键就可完成，在贴标系 统运作时的状态下也可运行。当断开贴标机电源或停电时，贴标机单片机系统将会自 动记录下断电或停电时的当前圆瓶计数值。当再次开机时，将会自动在LED显示 器上显示自动记录的计数值，并且，可接着此记录的计数值继续累加计数。即圆 瓶计数部分的控制与圆瓶贴标部分的控制是分开独立控制，保存在单片机中的电 机运行参数和圆瓶计数值可长期保存在单片机存储器中。电机运行参数是用来调 整贴标速度快慢的。

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