CN100578053C - 含果肉型饮料的定量灌装阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含果肉型饮料的定量灌装阀，它的柱塞伸入阀座的腔体中，阀座的下部安装有操纵环，操纵环上具有与阀座开口对应的物料入口，下部具有与阀嘴对应的出料口，该物料入口和出口都与阀座的腔体内部贯通，操纵环通过安装在柱塞内的操纵轴在阀座内转动，当操纵环转动到两个不同位置时，分别使阀座腔体与进料口或者出料口相通。其利用柱塞的往复运动使阀座腔体的容积及压力变化以实现饮料的灌装。本发明采用特殊加工工艺，阀内无密封件，特别适合于一些粘稠度高、依靠自身重力难以流淌的物料的灌装，其过程更加清洁、卫生，整机结构简单，灌装精度高，特别适用于含果肉型果汁的两次灌装工艺。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种流体包装机械式灌装阀，特别是一种含果肉型饮料的定量灌装阀。
二、背景技术
随着人们生活水平的不断提高，对生活质量也提出了更高要求，饮料产品也相应不断推陈出新，而果汁型饮料因其口味佳、营养丰富已经逐步替代了碳酸型饮料。近年来，各饮料生产厂家又分别推出含果肉的果汁型饮料，深受消费者欢迎。含果肉的果汁型饮料中果肉的形状有纤维状的，也有颗粒状和块状的，果肉悬浮在果汁中，其最终产品是固液混合物，从物理形态上看与以前的纯液体的各种饮料有巨大区别。由此，此类饮料的灌装不能简单的沿用现有的设备，需要用新的工艺和设备来完成。
现有含果肉饮料的灌装主要采用两种方式：一是机械灌装果汁，人工添加果肉；缺点是生产效率难以提高，果肉定量不准；二是在现有设备基础上进行改造，将果肉和果汁混合一起后灌装；缺点是只能灌装部分形状的果肉，如含橙肉纤维的果粒橙饮料，因为现有的各种灌装阀的开闭阀均采用密封垫密封，固态果肉的存在会破坏密封垫的密封作用，使得阀开闭的可靠性得不到保证；同时果肉和果汁的混合物容易将回气管堵塞而造成液位不准确；即使果肉和果汁混合后可以灌装，其果肉含量也不准确，不能达到标定含量。
如何保证含果肉饮料中果肉含量的准确，不但关系到产品本身质量合格与否以及消费者的权益，同时也关系到饮料生产厂家的生产成本控制，国内目前尚无好的解决方法。
本申请人提出了一种含果肉型饮料的二次灌装工艺，即将果肉的定量灌注与果汁的定量灌注分开，在同一条灌装生产线上先灌装果肉再灌装果汁，在保证最终产品总容量合格情况下，产品中的果肉含量、果汁含量都分别达到产品标定含量；同时实现了自动化生产，适合大批量生产。为了实现这种二次灌装工艺，果汁的定量灌注可以通过电磁流量计定量灌注方式或者传统的等液位定量灌注方式获得，而果肉的定量灌注由于果肉的特殊性，现有的定量灌装设备还无法满足其需求。
目前用于工业化生产的流体定量灌装机械设备(如啤酒灌装机、饮料灌装机等)，其主要部件——灌装阀有两种形式：机械阀和电子流量计阀。电子流量计阀由于其价格昂贵、使用条件苛刻，一般均采用进口件，国内难以提供。
现行的定量灌装机械阀主要有量杯在灌装缸中升降式、量筒液位探头式等多种形式，它们存在以下不足：
1、以等液位灌装间接实现定量灌装时，由于灌装容器本身存在容积误差，在实现等液位灌装后其实际的灌装量误差较大，没有实现真正意义上的定量灌装，不能符合商品标定的要求，不符合产品计量法及“定量包装商品计量监督管理办法”中的规定要求；
2、采用重力灌装原理，难以灌装粘稠的流体；
3、不能灌装含有颗粒或者块状悬浮物的流体，如前所述：现有的各种灌装阀的开闭阀均采用密封垫密封，固态果肉的存在会破坏密封垫的密封作用，使得阀的开闭的可靠性得不到保证；同时果肉和果汁的混合物容易将回气管堵塞而造成液位不准确；
4、灌装缸内安装有灌装装置，装置浸泡在物料中，不易清洗，且运转时对物料起搅拌作用，不利于灌装。
三、发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述定液位机械灌装阀的不足而提供一种结构简单、动作可靠稳定、灌装容积精确并可以灌装含有颗粒或者块状果粒悬浮物流体的含果肉型饮料的定量灌装阀。
本发明所述的含果肉型饮料的定量灌装阀，其特征是：它包括柱塞、阀座、操纵环、操纵轴和阀嘴，所述柱塞内部沿轴线具有通孔，柱塞自上而下伸入阀座的腔体中并可以沿腔体轴线往复运动；操纵环安装在阀座腔体的下部，其内部具有与阀座腔体对应的凹腔，其外壁面与阀座内腔的内壁面实现动密封，操纵轴安装在柱塞的通孔内并且两端延伸出通孔，在操纵轴上端设有转动部件，下端则固定在操纵环上并可以带动操纵环转动，操纵环侧壁上设有与阀座侧面的物料入口对应的入料口，操纵环的底部设有出料口，该出料口与固定在阀座底部的阀嘴上的物料出口对应，当操纵环转动到两个不同位置时，分别使阀座的腔体与物料入口或物料出口相通。
所述柱塞与阀座、操纵轴及操纵环之间采用无密封件的机械间隙密封，操纵环与阀座之间也采用无密封件的机械间隙密封。
本发明采用特殊加工工艺，阀内无密封件，特别适合于一些粘稠度高、依靠自身重力难以流淌的物料的灌装，其过程更加清洁、卫生，整机结构简单，灌装精度高，特别适用于含果肉型果汁的两次灌装工艺。
利用柱塞的往复运动使阀座腔体容积变化，在膨胀过程中，操纵环被同步转至使进料口与阀座腔体连通的位置，在负压作用下，物料通过进料口被吸入阀座腔体；随后在压缩过程中，操纵环则转至使出料口与阀座腔体连通的位置，物料从出料口排出。
柱塞与阀座、操纵轴、操纵环之间采用无密封件的机械间隙密封，操纵环与阀座之间也采用无密封件的机械间隙密封，操纵环与阀嘴之间采用无密封件的端面密封，其端面密封预紧力通过调整弹簧的压缩量获得。
阀座一侧开有腰形槽，小轴与柱塞水平连接并从腰形槽伸出，套安装在小轴伸出端，升降滚轮通过轴承安装在套上。在小轴末端与腰形槽对应处装有可以在槽内滚动的导向滚轮。操纵轴上端的转动部件包括开闭阀滚轮、小轴和连杆，连杆水平安装在操纵轴上，小轴垂直安装在连杆上，在小轴的伸出端上安装有开闭阀滚轮。这样的结构都是为了满足生产线的需要，通过安装在生产线上的凸轮与滚轮的相互作用，统一控制柱塞和操纵环的协调工作，有序完成物料的灌装。
在阀座上部腔体内装有弹簧座，弹簧座通过轴承支撑在柱塞的台阶上，弹簧套在操纵轴上，弹簧下端抵在弹簧座上，上端由旋紧在阀座腔体顶端的螺母定位。操纵环与阀嘴之间依靠弹簧的预紧力达到面密封。
操纵轴下端为方形，其插在操纵环底部的方孔内并带动操纵环转动；通过调整螺母在阀座内的旋入深度，弹簧的压力通过操纵轴的传递，使操纵环底面与阀嘴上表面之间获得合适的密封力。
此外，在阀座的出料口下安装有可拆卸的阀嘴，这也是为了实现不同口径、不同材质灌装容器的需要，同时使阀嘴的更换和清洁更方便。
下面结合附图说明本发明的工作原理：
闭阀：(如图1)首先，在外部凸轮作用下，操纵轴带动操纵环转至进料口与阀座腔体相通的位置，此时柱塞处于下行程止点位置。
充液：(如图2)外部凸轮通过升降滚轮带动柱塞逐渐上升到设定的定量位置，此时阀座腔体内空间增大形成负压，物料在物料缸内(见图1)正压及柱塞上升形成的负压作用下通过进料口被吸入并充满阀座腔体，完成充液过程。对于同一种外置柱塞式定量灌注阀，阀座腔体内物料容积的设定可以通过改变升降滚轮定位位置即外部凸轮的上下位置来获得，而通过改变阀座腔体的直径则可以获得不同的容积范围系列。
开阀：(如图3)在外部凸轮作用下，操纵轴带动操纵环转至阀座腔体与出料相通的位置，与此同时阀座腔体与物料缸隔断。
灌装：(如图4)升降滚轮在外部凸轮作用下带动柱塞逐渐下降到阀座腔体底部，腔体内物料被挤压出腔体经由阀嘴灌注到包装容器中，完成灌装。
以上四个动作循环进行，实现物料的连续灌装。
本发明的优点：
1、特别适用于含悬浮果肉饮料的定量灌装以及粘稠物料的灌装；本阀内部设置了适合含悬浮果肉饮料以及粘稠物料流通的光滑通道，在操纵环转动以及冲液、灌装时果肉不会被剪切破坏；特别的是：物料流经的通道以及所有的运动配合面均没有密封件，柱塞与阀座腔体、柱塞与操纵轴、操纵环与柱塞腔体、操纵环与阀嘴之间的密封均是通过两者之间精确控制的机械间隙以及独特复合材料形成的水膜来实现的；同时，物料在冲液过程时的被“吸入”以及在灌装过程时的被“挤出”加快了物料在阀内的流动速度，与现有普遍使用的重力灌装相比，本发明可以形象的比喻为“主动灌装”，而重力灌装可称为“自由灌装”，特别适合于一些粘稠度高、依靠自身重力难以流淌的物料的灌装。
2、对不含气的饮料实现了不接触瓶口灌装，保证瓶口清洁，更加卫生；
3、灌装容器(瓶)不需要升降，省去了提升气缸等装置，整机结构简单；
4、定量灌装精度高，计量误差为±2ml；
5、阀内无密封件与物料接触，流道更为畅通并减少可能因密封件破损造成的污染；同时无密封件的结构使得阀的清洗变得简单，消除了因采用密封件果肉可能残留在密封沟槽内而难以清除的隐患；
7、独特的开、闭阀结构设计，使灌装后物料在阀嘴处的残留量降低到最低；
8、结构简单，维修方便。定量容积通过改变凸轮行程或柱塞直径获得；
9、灌装阀始终处于工作状态：定量或灌装，没有工位的浪费；
10、整个阀的结构采用模块化进行设计；
11、本发明非常适合应用于上述两次灌装工艺中。
四、附图说明
图1是本发明闭阀时的工作状态图；
图2是本发明闭阀、进料时的工作状态图；
图3是本发明开阀、进料停止时的工作状态图；
图4是本发明灌注时的工作状态图；
图5是图1的俯视图，表示开闭阀时操纵轴的状态；
图6是图4中A--A剖视图；
图7是图4中B向视图。
图8a和图8b是图2中操纵环的结构示意图。
图2中：1-螺钉 2-滚轮 3-小轴 4-连杆 5-螺母 6-弹簧 7-定位块 8-定位螺钉 9-弹簧座 10-螺钉 11-螺钉 12-升降滚轮 13-小轴 14-导向滚轮 15-操纵轴16-柱塞 17-阀座 18-操纵环 19-阀嘴 20-法兰 23-套 24-垫 27-轴承 28-螺钉29-轴承 30-轴承 31-密封件 40-销
图4中：25-垫 26-垫 32-螺钉 33-挡圈 34-轴承
图6中：21-销轴 35-挡圈 36-螺钉
图7中：22-压板 37-螺栓 38-垫圈 39-螺钉
五、具体实施方式
本发明所述的含果肉型饮料的定量灌装阀，它主要由柱塞16、阀座17、操纵环18和操纵轴14等部分组成，其中柱塞16、阀座17、操纵环18、操纵轴15部分如图2、4所示，柱塞16自上而下伸入阀座17的腔体中；阀座17一侧开有腰形槽，小轴13通过垫圈25水平连接在柱塞16上并从腰形槽伸出，导向滚轮14通过挡圈33安装在小轴13上并在阀座17的腰形槽内滚动，套23通过螺钉11安装在小轴13伸出端，升降滚轮12通过轴承34安装在套23上，升降滚轮12由外部凸轮对其进行控制。
如图2、4、6、7所示，操纵轴15自下而上穿过柱塞16内部的通孔，其下端方头与操纵环18底部的方孔相配合，操纵环18安装在阀座17腔体的下部，其内部具有与阀座17腔体对应的凹腔，其外壁面与阀座17内腔的内壁面实现动密封。操纵轴15上端通过销轴21、挡圈35水平安装有连杆4，小轴3通过螺钉36安装在连杆4上，在小轴3的伸出端上通过垫圈26、轴承27和螺钉1安装有开闭阀滚轮2，闭阀滚轮2由外部凸轮控制带动操纵轴15摆动。阀座17上部腔体内装有弹簧座9，弹簧座9通过轴承30支撑在柱塞16的台阶上，弹簧6套在操纵轴15上，弹簧6下端抵在弹簧座9上，上端由旋紧在阀座17腔体顶端的螺母5定位。在螺母5内壁上还装有支撑操纵轴15的轴承29，螺钉28将轴承29固定在螺母5上，防止轴承29松脱，螺钉32和定位块7用于螺母5调整后的锁紧，螺钉10则防止弹簧座9转动。在阀座17下通过法兰20、垫24、螺钉39安装有可拆卸的阀嘴19。阀座17通过销40、定位螺钉8、压板22、螺栓37、垫圈38、密封件3安装在灌装缸。柱塞16与阀座17、操纵轴15及操纵环18之间采用无密封件的机械间隙密封，操纵环18与阀座17之间也采用无密封件的机械间隙密封。
操纵环18随操纵轴15的摆动(如图5所示)，在阀座17内来回转动；操纵环18上有两个孔，侧壁上的一个孔是与阀座17上的物料进口对应入料口，另一个孔是位于操纵环18底部的偏心孔，它是出料口，该出料口与阀嘴19上的物料出口对应；闭阀冲液时操纵环18上的孔与阀座17上的入料口相通，而与阀嘴19对应的出料口被关闭，物料可以进入到阀座17的腔体内；开阀灌装时，操纵环18上出料口与阀嘴19的物料出口相通，而与阀座17上对应的入料口被关闭，物料通过阀嘴19被排出到容器(饮料瓶)中；操纵环18(如图8a及图8b所示)与阀嘴19之间依靠弹簧6的预紧力达到面密封。调整螺母5在阀座17内的旋入深度，弹簧6的压力通过操纵轴15的传递，使操纵环18与阀嘴19之间获得合适的密封力。
Claims (7)
1、一种含果肉型饮料的定量灌装阀，其特征是：它包括柱塞(16)、阀座(17)、操纵环(18)、操纵轴(15)和阀嘴(19)，所述柱塞(16)内部沿轴线具有通孔，柱塞(16)自上而下伸入阀座(17)的腔体中并可以沿腔体轴线往复运动；操纵环(18)安装在阀座(17)腔体的下部，其内部具有与阀座(17)腔体对应的凹腔，其外壁面与阀座(17)内腔的内壁面实现动密封，操纵轴(15)安装在柱塞(16)的通孔内并且两端延伸出通孔，在操纵轴(15)上端设有转动部件，下端则固定在操纵环(18)上并可以带动操纵环(18)转动，操纵环(18)侧壁上设有与阀座(17)侧面的物料入口对应的入料口，操纵环(18)的底部设有出料口，该出料口与固定在阀座(17)底部的阀嘴(19)上的物料出口对应，当操纵环(18)转动到两个不同位置时，分别使阀座(17)的腔体与物料入口或物料出口相通。
2、根据权利要求1所述的含果肉型饮料的定量灌装阀，其特征是：所述柱塞(16)与阀座(17)、操纵轴(15)及操纵环(18)之间采用无密封件的机械间隙密封，操纵环(18)与阀座(17)之间也采用无密封件的机械间隙密封。
3、根据权利要求1或2所述的含果肉型饮料的定量灌装阀，其特征是：所述阀座(17)一侧开有腰形槽，小轴(13)水平连接在柱塞(16)上并从腰形槽伸出，套(23)安装在小轴(13)伸出端，升降滚轮(12)通过轴承(34)安装在套(23)上。
4、根据权利要求3所述的含果肉型饮料的定量灌装阀，其特征是：在小轴(13)末端与腰形槽对应处装有可以在槽内滚动的导向滚轮(14)。
5、根据权利要求1或2所述的含果肉型饮料的定量灌装阀，其特征是：所述操纵轴(15)上端的转动部件包括开闭阀滚轮(2)、小轴(3)和连杆(4)，连杆(4)水平安装在操纵轴(15)上，小轴(3)垂直安装在连杆(4)上，在小轴(3)的伸出端上安装有开闭阀滚轮(2)。
6、根据权利要求1或2所述的含果肉型饮料的定量灌装阀，其特征是：阀嘴(19)通过法兰(20)、垫(24)、螺钉(39)可拆卸的安装在阀座(17)底部。
7、根据权利要求1或2所述的含果肉型饮料的定量灌装阀，其特征是：操纵轴(15)下端为方形，其插在操纵环(18)底部的方孔内实现两者的固定连接。
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