CN101607687B - 液体自校准型直线容积式灌装机 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种灌装机，具体涉及一种液体自校准型直线容积式灌装机。本发明的优点是，本发明既结合了容积式灌装机的优点，又结合了称重式灌装机的优点，同时具备了灌装速度高，精度高的特点，而且上桶方便，对桶型的适应能力强。

Description

液体自校准型直线容积式灌装机

技术领域

本发明属于一种灌装机，具体涉及一种液体自校准型直线容积式灌装机。

背景技术

直线容积式灌装机技术在国外早已发展成熟，它结构简单，灌装速度快，8～12个灌装头就可以达到2500～3500桶/小时的灌装速度，上桶方便，对桶型的适应能力非常强，换桶型时，基本上不用更换模具，只需简单调整就可以生产，这一点是旋转容积式灌装机不可相比的。容积式灌装机也有它本身固有的缺点，对灌装液体的适应能力比较差，难以保证灌装精度，灌装液体的品种、温度的变化就会导致灌装重量的波动，只有手工操作，经过精细调整才能达到生产要求。现在国外新型的直线容积式灌装机，针对它固有的缺陷，也做了一些技术上的改进，在灌装量的控制上加了一些补偿，如粘度、温度补偿等，但效果并不是很好，原因是补偿需要完善的专家控制系统，而这个系统的建立又需要大量的实践经验和试验数据，对于不同的灌装液体，在短期内得出这些物理数据是不可能的。

由于容积式灌装机本身固有的缺陷，造成了它性能提高上的技术瓶颈，现有的容积式灌装机已不能满足高精度高效率灌装的要求，这使得称重式灌装机在近期得到了很快的发展。称重式灌装机最大的特点就是灌装精度高。由于灌装过程中，灌装机直接控制灌装液体的灌装重量，补偿掉了容积式灌装机不能补偿的一切干扰因素，所以精度很高。但称重式灌装机也存在一些技术缺陷，使得称重式灌装机的发展受到了一定制约。当今市场上称重式灌装机的主流产品有旋转称重灌装机、直线减量称重灌装机、直线直接称重灌装机等。旋转称重灌装机最大的特点是灌装速度相对比较高，但灌装精度相对较低，而且制造成本高，控制难度大。直线减量灌装机灌装精度较高，上桶也比较方便，但灌装速度比较慢，要想达到较高的生产速度，就必须增加灌装头的数量，多数情况这种灌装机都做成双排灌装头，而且灌装速度受灌装液体特性影响比较大，灌装速度不稳定。直线直接灌装机具有一定的灌装精度，但上桶方式不方便，操作工人劳动强度比较大，同时此种灌装机一般也要做成双排灌装头才具有一定的灌装速度。

发明内容

本发明的目的是，提供一种灌装速度高，灌装精度高且对桶型适应能力强的液体自校准型直线容积式灌装机。

本发明是这样实现的，液体自校准型直线容积式灌装机，它包括灌装机机架，机架上端设有油箱，油箱的下部设有灌装容积缸，支架的下部设有灌装横梁，灌装机架上设有伺服电机，灌装横梁上还设有灌装活塞杆，灌装活塞杆的另一端与灌装容积缸连接，其中，所述的灌装容积缸与油箱体通过连接在三通阀的入口的软管连接，所述的油箱体上还设有反馈称重传感器上，反馈称重斗固定在反馈称重传感器，反馈称重斗上还设有排放阀，反馈称重斗上的反馈灌装头通过三通阀出口与其中一个灌装容积缸连接，其余的灌装容积缸通过三通阀的出口与灌装头连接，伺服电机的另一端与减速机连接，减速机与同步带连接，同步带的两端分别与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠与灌装横梁相连。在所述的灌装头的下部还设有桶定位模板。油箱上还设有高低位检测和高低位保护装置。

本发明的优点是，本发明既结合了容积式灌装机的优点又结合了称重式灌装机的优点，同时具备了灌装速度高，精度高的特点，而且上桶方便，对桶型的适应能力强。

附图说明

图1为本发明所提供的一种液体自校准型直线容积式灌装机的主视图；

图2为本发明所提供的一种液体自校准型直线容积式灌装机的后视图；

图3为本发明中的反馈称连接结构视图；

图4为本发明所提供的一种液体自校准型直线容积式灌装机的主结构图。

图中，1油箱，2容积缸，3灌装头，4桶定位模板，5称重反馈称装置，6灌装横梁，7灌装活塞杆，8伺服电机，9减速机，10同步带，11滚珠丝杠，12三通阀，13称重传感器，14反馈称重斗，15反馈称重油箱排放阀，16反馈灌装头，17后机架，18升降装置，19挡桶器，20桶嘴定位器，21灌装头组，22主机架。

具体实施方式

自校准型直线容积式灌装机的研发弥补了容积式灌装机的低精度和称重式灌装机的低速度缺陷，能够实现高精度高速度灌装，灌装速度可达3500桶/小时，精度在7克以内。相同的灌装头数，灌装速度是直线称重式灌装机的2倍，相同的灌装速度下，灌装精度是直线容积式灌装机的3倍。同时自校准型直线容积式灌装机具有自动化程度高和操作方便的特点。能够在线通过称重反馈系统自动跟踪灌装量，能够根据灌装偏差自动调整灌装量，使灌装精度能够控制在7克以内。能够实时测量灌装容积缸内的灌装压力，根据灌装压力合理调节灌装速度，使系统更加稳定更加安全可靠。

自校准型直线容积式灌装机的关键技术点是它的称重自校准系统，这是它能够实现高精度灌装的一个基础。从机械结构来看，它有一个灌装容积缸连接的灌装头，不进行实际的灌装，专门用于称重反馈，将液体灌装到反馈秤的容积箱内，称完重量后，重新排入顶部油箱内，而其他的灌装头要进行实际的灌装，要把液体灌装到容积桶内。称重反馈的重量读回PLC，通过与目标值进行比较，计算出偏差值，然后进行自校准。在称重反馈自校准过程中，采用比例调整与逐差调整相结合，在不同的情况下采用不同的调整方法。如果是刚启动或灌装超差，那么就进行比例调整，让灌装量迅速接近灌装目标值，使偏差减小到允许范围内，使灌装启动。如果称重反馈检测重量没有超差，系统会根据偏差情况对灌装量进行逐差调整，把偏差逐渐减小到最小，使灌装量最大限度接近目标值。

驱动灌装横梁的灌装驱动器选用伺服电机，采用闭环定位控制。伺服电机具有定位精度高，启动速度快，扭矩大，过载能力强，运动特性好等特点，选用2000线的编码器，伺服电机定位精度对灌装精度的影响在0.1克以下。因为反馈自校准系统与灌装系统分离，同步执行，所以称重反馈与调整不会影响灌装速度，所以它具有与直线容积式灌装机同样的灌装高速度。

本发明所提供的自校准型直线容积式灌装机的结构与现有的直线容积式灌装机的结构基本相似，灌装头为单排，每排为8～12头。吸排油容积缸要比灌装头多出一个，用于称重反馈，用于反馈的容积缸与其它容积缸出口的三通阀(容积缸或与油槽通或与灌装头通)要分别控制，以便称重反馈系统与灌装系统独立，当称重反馈自校准时，可以同时进行实际灌装也可以不灌装，当进行实际灌装时，可以进行称重反馈自校准也可以不进行，实现了实际灌装系统与称重反馈自校准系统完全分离，但所有的容积缸吸排油动作是一致的。灌装机带有自动顶线系统，当灌装换品种时，主油箱内的剩余液体被吸到容积缸里，然后从灌装头排到排油接槽内，最终流到设备底端的废油槽里，废油在废油槽里可以通过离心泵排放到设备外边的容器内。灌装机控制系统的设计力求完善，最大限度地满足生产自动化需要，使操作更加方便更加容易掌握.控制系统包括自动灌装系统，手动调试系统，参数设置系统，故障报警系统，故障诊断系统，自动顶线系统，灌装监控系统和称重反馈自校准系统.称重反馈自校准系统硬件采用西门子SIWAREX MS称重模块与西门子S7-200系列PLC扩展连接实现，这样能够很容易地实现数据采集与处理，同时也能很方便地在PLC内进行统一编程，实现对反馈系统的控制。

自校准型直线容积式灌装机总体连接方式如图1所示，油箱体1固定在设备框架的上侧，容积为600L，油箱带有高低位检测，控制进油总阀的启停，同时油箱上也装有高低位保护检测，油位达到高位保护时立即关闭进油阀并同时报警，如果发生触发低位报警，设备立即停止灌装，并发出缺油报警。油槽通过软管连接到灌装容积缸2的三通阀的进油口，由于灌装容积缸比灌装头多出一个，用于称重反馈，所以如图2所示，最后面用于反馈的灌装容积缸与前十个其它容积缸出口的三通阀(容积缸或与油槽通或与灌装头通)要分别控制，以便称重反馈系统与灌装系统独立，当称重反馈自校准时，可以同时进行实际灌装也可以不灌装，当进行实际灌装时，可以进行称重反馈自校准也可以不进行，实现了实际灌装系统与称重反馈自校准系统完全分离，但所有的容积缸吸排油动作是一致的。前十个灌装容积缸三通阀的排出口与实际灌装的灌装头3相连接，最后一个用于反馈的灌装容积缸的三通阀的排出口与称重反馈称体5上侧的反馈灌装头16相连接。桶定位模板4则用于灌装时桶口的定位以确保灌装液体准确灌入桶内。

自校准型直线容积式灌装机灌装驱动的实现方法和机构的连接方式如图2所示。驱动灌装横梁的灌装驱动器选用伺服电机8，采用闭环定位控制。伺服电机具有定位精度高，启动速度快，扭矩大，过载能力强，运动特性好等特点，选用2000线的编码器，伺服电机定位精度对灌装精度的影响能够控制在0.1克以内。伺服电机连接低传动比高精伺服减速机9，减速机通过同步带10与高精滚珠丝杠11相连接，滚珠丝杠的螺母又同灌装横梁6相连，此传动系统的重复精度对灌装量的影响控制在1克以内。灌装横梁连接灌装活塞杆7，从而驱动灌装活塞实现灌装容积缸吸进和排出液体动作，灌装横梁的挠度变形控制在0.1mm以内，并采用补偿气缸对每个灌装活塞杆进行灌装横梁挠度补偿。为了保证每个灌装容积缸灌装的一致性，灌装容积缸的加工精度控制在0.01mm以内，这是称重反馈进行自校准必要的前提条件。

反馈称重传感器13固定在油箱的上部，反馈称重斗14固定在传感器上，反馈称重油箱带有排放阀15，用来排放反馈称重油箱内的液体进入油箱体，反馈灌装头固定在反馈称重油箱上侧的横梁上，这样反馈灌装头可以将液体灌装到反馈称重油箱内进行称重反馈。

称重反馈自校准测量控制系统硬件采用西门子SIWAREX MS称重模块17与托力多传感器标准六线制连接，称重模块同时与西门子S7-200系列PLC扩展连接，这样连接实现称重反馈自校准系统，能够很容易地实现数据采集与处理，同时也能很方便地在PLC内进行统一编程，实现对反馈系统的控制。

油箱体1坐落在后机架17上，通过软管连接到十一个容积缸2的三通阀12的进油口，所有的容积缸2吸排油动作一致。前十个灌装用容积缸三通阀12的排出口与实际灌装的灌装头相连接，最后一个用于称重反馈的容积缸的三通阀12的排出口与称重反馈灌装头相连接。灌装用容积缸2的三通阀12控制容积缸或与油箱连通或与灌装头连通；用于反馈的容积缸的三通阀控制容积缸或与油箱连通或与反馈灌装头连通。

用于反馈的容积缸2的三通阀12与其余十个灌装用容积缸2的三通阀12采用分别控制，当进行称重反馈自校准时，可以同时进行实际灌装也可以不灌装，同样当进行实际灌装时，可以进行称重反馈自校准也可以不进行，实现了两套系统的完全分离。

容积缸2的活塞是由伺服电机8驱动运动的：伺服电机8连接低传动比高精伺服减速机，减速机通过同步带与高精度滚珠丝杠11相连接，滚珠丝杠11的螺母又同灌装横梁6相连，罐装横梁6连接十一个活塞杆，从而驱动容积缸2活塞实现容积缸吸进和排出液体物料的动作。

称重反馈装置5固定在油箱1的上部，反馈称重斗14固定在称重传感器13上，反馈称重斗14带有排放阀，用来排放斗内的液体进入油箱1，反馈灌装头固定在反馈称重斗14上侧，这样可以将物料灌装到反馈称重斗14内进行称重反馈测量。

从整机机械结构来看，有一个容积缸连接反馈灌装头，不进行实际的灌装，专门用于称重反馈，在其他的十个灌装头进行实际的灌装同时，可将物料灌装到反馈称量斗14内，称完重量后，将物料重新排入顶部油箱1内，称重反馈的重量读入PLC，通过与目标值进行比较，计算出偏差值，然后根据偏差情况对伺服电机8的运行参数进行调整，从而完成自校准的工作。

灌装机完整工作流程如下：先通过称重反馈系统进行称重反馈与参数调整，直到灌装量达到要求了，才会启动自动灌装。正式灌装开始后，输送板链以给定的速度输送空桶，到第一只空桶即将到达预定位置时，前挡器的挡桶杆在前光电传感器的检测控制下弹出，挡住空桶，从而使每批第一只空桶都在准确的指定位置；后光电头计测定批量数(本机为十只)；后挡器的挡桶杆作为批与批的隔离杆，保证每批待灌装的空桶(前挡桶杆与后挡桶杆之间)数为10只。当后挡桶杆伸入后，输送板链停止输送避免灌装时静止的桶底部与运动着的输送带表面的摩擦，防止桶底部的不必要磨损，同时保证桶的稳定性，桶嘴定位器伸出，将桶嘴准确定位在灌装头的正下方。在进行以上步骤的同时，伺服电机8启动通过同步带与高精滚珠丝杠11相连接，带动十个灌装容积缸2的活塞杆，从而驱动活塞将液体由油箱2通过三通阀12抽入到容积缸内。之后灌装容积缸的三通阀12切换到与灌装头连通，伺服电机8反向启动，驱动活塞将灌装容积缸内的液体通过三通阀12排到空内。待达到设定参数后，伺服电机8自动停止运转，灌装系统停止向内灌液，桶嘴定位器缩回，挡器的挡桶杆缩回，输送带开动把装满液体的桶送出，同时运进下一批空桶进行待灌装。到此，灌装机完成一个灌装节拍的循环动作。在灌装过程中，可根据实际需要，在灌装的同时，每间隔一定节拍，由称重反馈系统对灌装参数进行一次检测调整，以保证灌装精度。

Claims (3)

1.液体自校准型直线容积式灌装机，它包括主机架(20)，后机架(17)装在所述主机架(20)后部底梁上，所述后机架(17)上方设有油箱(1)，所述油箱(1)的下方设有灌装容积缸(2)，所述后机架(17)的中部设有灌装横梁(6)，所述后机架(17)下部横梁设有伺服电机(8)，所述灌装横梁(6)上还设有灌装活塞杆(7)，所述灌装活塞杆(7)的一端与所述灌装容积缸(2)连接，其特征在于：所述的灌装容积缸(2)与所述油箱(1)通过连接在三通阀(12)的入口的软管连接，所述的油箱(1)上方还设有反馈称重传感器(13)，反馈称重斗(14)固定在所述反馈称重传感器(13)上，所述反馈称重斗(14)设有称重斗排放阀(15)，所述反馈称重斗(14)上的反馈灌装头(16)通过另一个三通阀(12)出料口与其中一个灌装容积缸(2)连接，其余的灌装容积缸(2)通过第三个三通阀(12)的出料口与灌装头(3)连接，所述伺服电机(8)的一端与减速机(9)连接，所述减速机(9)与同步带(10)连接，所述同步带(10)的两端分别与滚珠丝杠(11)连接，所述滚珠丝杠(11)与所述灌装横梁(6)相连。

2.如权利要求1所述的液体自校准型直线容积式灌装机，其特征在于：在所述的灌装头(3)的下部还设有桶定位模板(4)。

3.如权利要求1或2所述的液体自校准型直线容积式灌装机，其特征在于：所述油箱(1)上还设有高低位检测和高低位保护装置。

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