CN101565159A - 定量灌装机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定量灌装机，尤其是用于液体饮料、药品进行分装的定量灌装机。针对现有的定量灌装机的不足，本发明提供了一种能避免量杯补液时液体起泡的定量灌装机，包括机架(1)、储液缸(4)、量杯(20)及其补液通道和等压通道、灌装头(5)及其排气通道和灌装管(42)，量杯(20)与储液缸(4)相对位置固定，量杯(20)杯底(22)高度低于储液缸(4)液面高度，等压通道设置在量杯(20)顶部，补液通道与等压通道分离并设置在量杯(20)底部；灌装时，补液通道通过切换阀封闭。适用于不含气体的酒类、饮料、药品等液体的定量罐装。

Description

定量灌装机

技术领域

本发明涉及一种定量灌装机，尤其是一种液体饮料、药品进行分装的定量灌装机。

背景技术

目前，在液体饮料、药品分装中，一般采用定量灌装机进行灌装，定量灌装机一般包括机架、储液缸及其液面控制装置、包括排气通道和灌装管的灌装头、容器瓶的传送装置及托盘结构等，灌装头及与之对应的托盘结构一般设置有多个以提高灌装效率。为了提高灌注的定量控制能力，灌装系统通常采用与灌装头一一对应的量杯进行容量控制。

现有的灌注机中，在一次灌装完成后量杯通过其补液通道进行补液，通过等压通道将其内的气体排出。而补液主要通过以下方式完成：一、完成灌注后向储液缸中放入一浮筒改变液面高度，使液体漫入量杯进行补液；二、完成灌注后将量杯没入储液缸液面以下使液体漫入量杯进行补液；三、量杯设置在储液缸底部，完成灌注后将封闭的量杯打开使液体漫入量杯进行补液。

第一、第二种方式，由于通过改变液面和量杯的相对位置关系进行补液，及补液和灌装两者状态间的切换，其补液通道在量杯上的位置即决定了量杯最终液面的高度，因此量杯通常为敞口式量杯，其补液通道及其等压通道通常都通过设置在量杯顶部的敞口实现。

第三种方式，通过改变量杯的状态——即封闭、非封闭两种状态，实现补液和灌装两种状态之间的切换，而为了在完成补液封闭量杯时将多余的液体排出，封闭结构也只能设置在量杯顶部，以避免多余的液体进入等压通道影响定量，封闭结构通常为敞口式量杯的端盖，量杯的补液通道及其等压通道都通过敞口实现。

因此液体都须从量杯顶部漫入量杯，液体冲击大，且气体、液体从同一位置进入和排出量杯，液体容易起泡，从而造成定量不准并影响灌装，导致控制精度下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能避免量杯补液时液体起泡的定量灌装机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：定量灌装机，包括机架、储液缸、量杯及其补液通道和等压通道、灌装头及其排气通道和灌装管，量杯与储液缸相对位置固定，量杯杯底高度低于储液缸液面高度，等压通道设置在量杯顶部，补液通道与等压通道分离并设置在量杯底部；灌装时，补液通道通过切换阀封闭。

本发明的有益效果是：通过顶部等压通道和底部补液通道的设置使量杯和储液缸连为一体，量杯杯底高度低于储液缸液面高度，补液时，液体在自重作用下从量杯底部平稳上升，避免了通过顶部漫入补液时液体的冲击，等压通道和补液通道的分离也避免了气体和液体的混合，避免了液体起泡，因此定量准确。灌装时，补液通道通过切换阀封闭，防止了量杯、储液缸、容器瓶三者同时连通。

为了进一步提高本方案对不同容量灌装需要的适应性，量杯内设置有与其杯壁滑动配合且液密封配合的调量活塞，调量活塞固定在调量装置上并随调量装置直线运动。

附图说明

图1是本发明未灌装时的结构示意图；

图2是本发明未灌装时上半部分的局部放大图；

图3是本发明灌装时下半部分的局部放大图；

图4是调量装置的布置示意图。

图中标记为，机架1、容器瓶2、托盘3、储液缸4、灌装头5、调量装置10、调量手柄11、调量轴12、轴承14、通气孔15、调量螺母16、调量活塞17、活塞密封圈171、键18、轴承座19、量杯20、杯壁21、杯底22、固定底座23、补液口24、等压管25、出液口26、安装孔27、灌装口堵头31、补液通道堵头32、套管33、内密封圈331、外密封圈332、套筒34、连接弹簧35、间隙41、灌装管42、灌装管复位弹簧421、限位台阶422、灌装口423、排气管43、喇叭口431、残液吸管44、竖管441、软管442、横管443、防滴堵头45、堵头密封圈451、堵头复位弹簧46、瓶口密封垫47、导向盘48、智能控制器51、步进电机驱动器52、步进电机53、齿轮组54、驱动齿541、传动齿542、调量齿543。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明的定量灌装机，包括机架1、储液缸4、量杯20及其补液通道和等压通道、灌装头5及其排气通道和灌装管42，量杯20与储液缸4相对位置固定，量杯20杯底22高度低于储液缸4液面高度，所述等压通道设置在量杯20顶部，所述补液通道与等压通道分离并设置在量杯20底部；灌装时，补液通道通过切换阀封闭。

量杯20和储液缸4通过顶部等压通道和底部补液通道连为一体，灌装后，量杯20排空，切换阀打开补液通道，储液缸4内的液体在其自重的作用下自动对量杯20进行补充，当量杯20液面上升至与储液缸4液面一致时停止补液，而储液缸4的液面通过浮球阀进行控制始终高于量杯20杯底22高度。液体从量杯20底部平稳上升，避免了通过顶部漫入补液时液体的冲击，等压通道和补液通道的分离也避免了气体和液体的混合，避免了液体起泡，因此定量准确。灌装时，补液通道通过切换阀封闭，防止了量杯20、储液缸4、容器瓶2三者同时连通。

如图2所示，为了进一步提高本方案对不同容量灌装需要的适应性，量杯20内设置有与其杯壁21滑动配合且通过活塞密封圈171液密封配合的调量活塞17，调量活塞17固定在调量装置10上并随调量装置10直线运动。上述量杯20为敞口量杯并通过调量活塞17封闭，量杯20通过设置在调量活塞17上的等压管25与储液缸4高于液面位置连通形成等压通道。

上述调量活塞17随调量装置10沿量杯20轴线做上下运动，当调量活塞17垂直设置时其也可以通过水平直线运动实现调量的目的，但水平运动时，灌装机的各个量杯20的调整方向不一致会导致调量装置10结构复杂化。

上述等压通道即保证储液缸4和量杯20内气压相等的通道，其并不一定是实际意义上的管路，比如当量杯4为敞口式，调量活塞17垂直设置水平运动，量杯20通过顶部敞口与储液缸4连通时，就不存在实际上的管路。

将上述量杯20设置成敞开式并通过调量活塞17封闭，则是在方便调量活塞17的装配的同时保证量杯20封闭，将量杯20封闭是为了防止量杯20内的液体与外界接触造成污染，当然量杯20也可以采用密闭式等形式，但双层封闭造成材料浪费且调量活塞17装配困难。

由于量杯20封闭通过设置等压管25形成等压通道，上述等压管25也可以设置在量杯20上，将其设置在调量活塞17上是为了使等压管25始终处于量杯20的顶部，避免等压管25被液体封闭导致的失效。为了补液时方便气体排出，调量活塞17从其边缘向等压管25向上倾斜。

上述调量装置10是包括控制单元、驱动单元的自动调量系统，控制单元是智能控制器51，驱动单元包括步进电机53及步进电机驱动器52、通过轴承14及其轴承座19固定的调量轴12、固定在调量轴12底部的调量螺母16、及步进电机53与调量轴12之间的齿轮组54；智能控制器51根据设定值向步进电机驱动器52发出控制信号并控制步进电机53动作，而步进电机53通过齿轮组54驱动调量轴12；调量活塞17通过固定在其上的螺纹管与调量螺母16相配合。

如图4所示，齿轮组54包括与步进电机53驱动轴相连的驱动齿541、固定在调量轴12上的调量齿543、及驱动齿541和调量齿543之间的传动齿542，而灌装机的各个量杯20的调量齿543沿传动齿圆周分布，这样设置只需设置一个步进电机53即可，大大节省了成本并提高了各量杯20容量调整的一致性。而为了提高调整精度驱动齿541可以通过减速器与步进电机53相连、或者在传动齿542和驱动齿541之间设置减速齿。

上述调量装置10除了采用自动调量系统，也可以采用手动调量系统，只需将相应的步进电机及控制单元部分取消并在调量轴顶部设置手柄即可。自动调量系统的控制单元也可以采用可编程控制器或单片机控制等，而驱动单元则可以采用电机、拉绳和复位弹簧调整活塞的结构；采用液压缸驱动活塞的结构；采用步进电机直接驱动调量轴的结构等形式。而齿轮组54也可以采用链条、皮带等传动形式替代，但与齿轮传动相比其它传动结构结构更复杂、精度更低。

为了进一步改善各量杯20容量之间的一致性，尤其时机器出厂初始化时对各量杯20容量的校正，调量轴12顶端设置有与调量齿543固定连接的调量手柄11，调量齿543及调量手柄11与调量轴12之间通过键18连接并与调量轴12沿轴线滑动配合。当需要单独对某个量杯20的容量进行调整时，只需将调量手柄11提起使调量齿543与传动齿542脱离即可进行调整，调整完成后，将调量手柄11放下，调量齿543与传动齿542重新咬合。

为了简化量杯20与储液缸4之间的管路连接，量杯20固定在储液缸4内液面以下的位置，并通过设置在量杯20底部的出液口26与储液缸4连通形成补液通道；调量轴12固定在储液缸4外的机架1上，调量轴12的底部插入储液缸4且为空心管结构，在调量轴12空心管部分高于储液缸4液面位置设置有通气孔15；上述螺纹管是设置在调量活塞17上的等压管25，量杯20通过等压管25及通气孔15与储液缸4高于液面位置连通形成等压通道。通过将量杯20设置在储液缸4内，取消了实际意义上的补液管路，合并了等压管与螺纹管，大大简化了系统管理连接。

上述调量轴12除了可以固定在机架1上以外也可以固定在量杯20或储液缸4上，这里将其固定在储液缸4外的机架1上，是为了在量杯20处于储液缸4内的情形下保证维护的方便性。

上述补液通道即保证储液缸4和量杯20内液体流通的通道，其并不一定是实际意义上的管路，比如上述方式，当然其也可以采用具体的管路连接。

由于负压吸入灌装结构复杂，如图3所示，为了进一步简化系统，灌装头5设置在量杯20下方，其灌注管42为直管插入储液缸4后与量杯20连通；灌装时，灌注管42的灌装口423通过切换阀开启，容器瓶2通过排气通道与储液缸4液面以上位置连通，通过灌装管42及灌装管42的灌装口423与量杯20底部连通。

灌装时，容器瓶2通过排气通道与储液缸4高于液面位置连通。切换阀开启灌装口423而关闭补液通道，同时由于排气通道及等压通道的作用，容器瓶2内和量杯20内的气压都与储液缸4相同，且灌装头5设置在量杯20下方，因此容量瓶2也位于量杯20和储液缸4的下方，量杯20内的液体在其自重作用下自动灌装到容器瓶2中。

灌装管42从设置在量杯20杯底22的出液口26插入量杯20；切换阀包括套管33及设置在其头部的补液通道堵头32、连接弹簧35及固定在灌装管42上的灌装口堵头31；补液通道堵头32及其套管33套在灌装管42外，补液通道堵头32形状与出液口26相适应并随套管33插入到储液缸4内量杯20出液口26的下方；套管33与其内侧的灌装管42通过内密封圈331液密封配合且沿轴线滑动配合，与其外侧的套筒34通过外密封圈332液密封配合并沿轴线滑动配合，其底部通过连接弹簧35与灌装管42连接；灌装口堵头31设置在补液通道堵头32上方并与之液密封配合，灌装口堵头31直径小于出液口26的直径，灌装口423设置在灌装口堵头31下方的灌装管42上。

为了保证堵头的密封效果并降低磨损，补液通道堵头32上下分别设置有与杯底22及套筒34相配合的密封垫，而杯底22及套筒34的相应配合面都为倾斜面；灌装口堵头31上也设置有与补液通道堵头32相配合的密封垫，而补液通道堵头32相应的配合面也为倾斜面。为了方便灌装时液体流出，量杯20杯底22从其边缘向出液口26向下倾斜。

这里在套管33外侧设置套筒34，是为了保证量杯20出液口26、套管33及其上的补液通道堵头32、灌装管42及其上的灌装口堵头31三者之间的同轴度，及后述的等压管25与灌装管42的同轴度要求，避免通过储液缸4或机架1形成配合难以保证同轴度；相对应的量杯20通过杯壁21并通过固定底座23固定在机架1上，出液口26通过固定底座23与杯底22之间的间隙41及杯壁21上的补液口24与储液缸4连通形成补液通道，套筒34与固定底座23的安装孔27相配合。当然量杯20的固定方式也可以采用其它方式，如直接或通过连接件固定在储液缸4上等。

灌装时，容器瓶2在托盘3的作用被举起，迫使灌装管42沿其轴线向上移动，灌装口堵头31也随灌装管42上升并与补液通道堵头32脱离，灌装管42通过灌装口423及出液口26与量杯20连通；而套管33及其头部的补液通道堵头32也通过连接弹簧35随之向上移动，迫使补液通道堵头32与杯底22相接触并通过补液通道堵头32及其套管33将出液口26与储液缸4隔离，将补液通道封闭。而由于连接弹簧35的弹性变形，套管33及其头部的补液通道堵头32的上升高度小于灌装管42的上升高度，在保证补液通道堵头32与杯底22之间的接触和密封的同时，保证了灌装口423的开启。灌装完成后，容器瓶2与灌装管42脱离，灌装管42在自重的作用下复位，此时灌装口堵头31与补液通道堵头32再次接触并将灌装口423封闭，而补液通道堵头32及其套管3也随之复位，补液通道堵头32与杯底22脱开，出液口26与储液缸4随之连通并开始对量杯20进行补液。

上述切换阀在保证切换功能的同时保证了结构的简化，运动关系、配合关系简单，结构紧凑。当然其也可以采用其它的方式，如分别在灌装管和补液通道设置球阀，而通过连接在灌装管阀门和机架之间的连杆结构，连接在灌装管和补液通道阀门之间的连杆结构，通过灌装管的轴线运动通过连杆结构带动球阀的开启和关闭；而除了机械的切换方式以外，也可以采用电磁切换阀和设置在灌装头上的感应开关等电气控制方式进行切换。

为了保证灌装完成后灌装管42复位的快速准确，在套筒34和灌装管42之间还设置了灌装管复位弹簧421。为了方便维护将套筒34头部外径设置的大于补液通道堵头32直径，这里灌装口堵头31为了保证出液口26与灌装口423的连通其直径小于出液口26的直径，也小于补液通道堵头32的直径，因此套筒34头部外径大于补液通道堵头32直径、灌装口堵头31直径、灌装管42外径、套管33外径，因而在将套筒34拆卸后，套管33、灌装管42即可直接抽出进行清洁维护等操作。

为了避免灌装完成后灌装管42内的残液滴落，容器瓶2通过底部套在灌装管42内并固定在灌装管42上的排气管43与储液缸4液面以上位置连通形成排气通道；在灌装头5底部的灌装管42与排气管43之间设置有防滴堵头45，防滴堵头45外壁与灌装管42内壁沿轴线滑动配合且通过堵头密封圈451液密封配合，而其内壁与排气管外壁43之间设置有间隙；排气管43底部设置有与防滴堵头45底部液密封配合的喇叭口431，在防滴堵头45顶部的上方灌装管42上设置有限位台阶422，灌装管42与防滴堵头45之间还设置有堵头复位弹簧46。

灌装时，容器瓶2被托盘3取起，与防滴堵头45上的瓶口密封垫47接触并迫使其沿其轴线向上运动，防滴堵头45上升一段距离后与限位台阶422相接触，推动灌装管42向上运动并触发切换阀的动作，而由于堵头复位弹簧46的弹性变性，防滴堵头45的上升距离大于灌装管42及固定在灌装管42上的排气管，因此防滴堵头45与喇叭口431脱离，灌装管42与容器瓶2连通。而灌装完成后在堵头复位弹簧46的帮助下防滴堵头45复位并封闭灌装管42。而为了方便容器瓶2瓶口与防滴堵头45对准，灌装头5上还设置有固定在灌装管42上的导向盘48。

为了进一步简化系统、方便维护，排气管43整个套在灌装管42内，排气管43和灌装管42穿入量杯20后通过量杯20顶部的等压通道与储液缸4液面以上位置连通。即排气管43套在灌装管42内随之插入储液缸4后从量杯20的出液口26插入量杯20，并从等压管25中穿出量杯20；灌装时，容器瓶2通过排气管43、等压管25、通气孔15与储液缸4液面以上位置连通形成排气通道，通过灌装管42和排气管43之间的间隙及灌装口423与量杯20底部的出液口26连通。

上述排气通道即保证容量瓶2和量杯20内气压相等的通道，其并不一定是实际意义上的管路，比如当容器瓶2和量杯20都与大气相通时，只需在灌装头5设置相应的排气孔、或将灌装管42插入容器瓶2瓶口中心通过瓶口周围与灌装管42的间隙排气，这样就不存在实际上的管路。

上述灌注管42只需插入量杯20即可实现连通，这里将灌注管42从等压管25中穿出量杯20是为了保证灌装管42的密封并使灌装管42顶端也与储液缸4高于液面位置连通，方便液体从灌装管42内流出，避免其内出现气体影响灌装。排气管43随灌装管42穿入量杯20后通过量杯20顶部的等压通道与储液缸4液面以上位置连通，则是为了将排气管43固定在灌装管42顶部，与排气管43从灌装管42侧面穿出后再与储液缸4连接相比，这样设置排气管43能随灌装管42一起插入和抽出，方便了安装和维护。进一步的量杯20和容器瓶2通过储液缸4实现等压，也方便了下述等压负压灌装的实现。

为了进一步减少残液对灌装量控制的影响，储液缸4高于液面位置与负压装置连通；灌装管42上还设置有残液吸管44，灌装管42通过残液吸管44与储液缸4高于液面位置连通；残液吸管44与灌装管42的连接点在防滴堵头45顶部和限位台阶422之间。残液吸管44包括插入储液缸4的竖管441、插入灌装管42的横管443及连接竖管441和横管443的软管442。

灌装时，防滴堵头45将横管443管口封闭使其不影响灌装，而在灌装完成后，防滴堵头45下降复位，横管443管口与灌装管42连通，且在防滴堵头45复位完成前，储液缸4高于液面位置连接上负压装置，使储液缸4同时具备负压室的作用，空气将通过灌装管42回灌，从而造成灌装管42与储液缸4之间的压差，压差迫使残液沿残液吸管44返回储液缸。有效减小了残液对灌装量控制的影响并节约了灌装液体，降低了生产成本。而前述量杯20和容器瓶2通过储液缸4实现等压，从而在实现等压负压灌装时，使储液缸4同时具备负压室的作用省去另外设置的负压室，简化了系统的构成及管路连接，降低了复杂度，节省了成本，而负压灌装也能进一步避免液体起泡。

在本方案中运动部件之间的液密封都通过密封垫完成，这是为了方便维护更换，并尽量避免运动部件之间直接通过装配面配合造成磨损大，并保证液密封时，可能的由于磨损造成的磨屑对灌装液体的影响。

Claims (10)

1.定量灌装机，包括机架(1)、储液缸(4)、量杯(20)及其补液通道和等压通道、灌装头(5)及其排气通道和灌装管(42)，量杯(20)与储液缸(4)相对位置固定，量杯(20)杯底(22)高度低于储液缸(4)液面高度，所述等压通道设置在量杯(20)顶部，其特征在于：所述补液通道与等压通道分离并设置在量杯(20)底部；灌装时，补液通道通过切换阀封闭。

2.如权利要求1所述的定量灌装机，其特征在于：所述量杯(20)内设置有与其杯壁(21)滑动配合且液密封配合的调量活塞(17)，调量活塞(17)固定在调量装置(10)上并随调量装置(10)直线运动。

3.如权利要求2所述的定量灌装机，其特征在于：所述量杯(20)为敞口量杯并通过调量活塞(17)封闭，量杯(20)通过设置在量杯(20)或调量活塞(17)上的等压管(25)与储液缸(4)高于液面位置连通形成等压通道。

4.如权利要求3所述的定量灌装机，其特征在于：

所述调量装置(10)是包括控制单元、驱动单元的自动调量系统，控制单元是智能控制器(51)，驱动单元包括步进电机(53)及步进电机驱动器(52)、通过轴承(14)及轴承座(19)固定的调量轴(12)、固定在调量轴(12)底部的调量螺母(16)、及步进电机(53)与调量轴(12)之间的齿轮组(54)；

智能控制器(51)根据设定值向步进电机驱动器(52)发出控制信号并控制步进电机(53)动作，而步进电机(53)通过齿轮组(54)驱动调量轴(12)；

所述调量活塞(17)通过固定在其上的螺纹管与调量螺母(16)相配合。

5.如权利要求4所述的定量灌装机，其特征在于：

所述量杯(20)固定在储液缸(4)内液面以下的位置，并通过设置在量杯(20)底部的出液口(26)与储液缸(4)连通形成补液通道；

所述调量轴(12)固定在储液缸(4)外的机架(1)上，调量轴(12)的底部插入储液缸(4)且为空心管结构，在调量轴(12)空心管部分高于储液缸(4)液面位置设置有通气孔(15)；

所述螺纹管是设置在调量活塞(17)上的等压管(25)，量杯(20)通过等压管(25)及通气孔(15)与储液缸(4)高于液面位置连通形成等压通道。

6.如权利要求1或5所述的定量灌装机，其特征在于：

所述灌装头(5)设置在量杯(20)下方，其灌注管(42)为直管插入储液缸(4)后与量杯(20)连通；

灌装时，灌注管(42)的灌装(423)通过切换阀开启，容器瓶(2)通过排气通道与储液缸(4)液面以上位置连通，通过灌装管(42)及灌装管(42)的灌装(423)与量杯(20)底部连通。

7.如权利要求6所述的定量灌装机，其特征在于：

所述灌装管(42)从设置在量杯(20)杯底(22)的出液口(26)插入量杯(20)；

所述切换阀包括套管(33)及设置在其头部的补液通道堵头(32)、连接弹簧(35)及固定在灌装管(42)上的灌装口堵头(31)；

补液通道堵头(32)及其套管(33)套在灌装管(42)外，补液通道堵头(32)形状与出液口(26)相适应并随套管(33)插入到储液缸4内量杯(20)出液口(26)的下方；套管(33)与其内外侧的部件液密封配合且沿轴线滑动配合，套管(33)的底部通过连接弹簧(35)与灌装管(42)连接；

灌装口堵头(31)设置在补液通道堵头(32)上方并与之液密封配合，灌装口堵头(31)直径小于出液口(26)的直径，灌装(423)设置在灌装口堵头(31)下方的灌装管(42)上。

8.如权利要求7所述的定量灌装机，其特征在于：容器瓶(2)通过底部套在灌装管(42)内并固定在灌装管(42)上的排气管(43)与储液缸4液面以上位置连通形成排气通道；灌装头(5)底部的灌装管(42)与排气管(43)之间设置有防滴堵头(45)，防滴堵头(45)外壁与灌装管(42)内壁沿轴线滑动配合且液密封配合，其内壁与排气管外壁(43)之间设置有间隙；排气管(43)底部设置有与防滴堵头(45)底部液密封配合的喇叭(431)，在防滴堵头(45)顶部的上方灌装管(42)上设置有限位台阶(422)，灌装管(42)与防滴堵头(45)之间还设置有堵头复位弹簧(46)。

9.如权利要求8所述的定量灌装机，其特征在于：所述排气管(43)整个套在灌装管(42)内，排气管(43)和灌装管(42)穿入量杯(20)后通过量杯(20)顶部的等压通道与储液缸(4)液面以上位置连通。

10.如权利要求9所述的定量灌装机，其特征在于：所述储液缸(4)高于液面位置与负压装置连通；所述灌装管(42)上还设置有残液吸管(44)，灌装管(42)通过残液吸管(44)与储液缸(4)高于液面位置连通；残液吸管(44)与灌装管(42)的连接点在防滴堵头(45)顶部和限位台阶(422)之间。

Images