CN102180430B - 一种液体灌装机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体灌装机，属于灌装设备领域，包括进液管和灌装机储液罐其中，进液管穿过机架上端直接与灌装机储液罐上端连接，灌装机储液罐内设置有灌装机储液罐浮动开关和多组气缸，本发明为单气缸控制每个灌装头，无需储液罐内液面等高计量方式，采用恒定液面杯式稳定液面，每个灌装头仅需一支气缸，计量灌装精度高；灌装机加工简单，工控电脑输出点少，可降低成本1/2以上；经久耐用，控制液面简单化，提高了可靠性；无需回流控制，省电，维修简单；密封性好，安全，液体在灌装过程中不易挥发；不仅提高灌装精度而且灌装速度反而更快；可广泛用于回转式、排式等不含气体的液体灌装机。

Description

一种液体灌装机

技术领域

本发明涉及一种包装设备，特别涉及一种灌装机。 

背景技术

在此处键入技术领域描述段落目前，常见的液体灌装机的结构及控制方法主要有两种：第一种为单气缸式储液罐内等高液面及回流控制方法；第二种为外置式双气缸控制每个灌装头，无需储液罐液面恒定计量方式的控制方法。

其中，第一种的单气缸式储液罐内等高液面及回流控制方法如图1所示，包括机架、报警灯、触摸屏、进液管、旁路储液罐、旁路储液罐浮动开关、卫生级防爆泵、灌装机储液罐、气缸、灌装机储液罐浮动开关、灌装阀阀芯、溢流管口、溢流管、主传动轴，其中进液管与旁路储液罐下端相连，旁路储液罐浮动开关位于旁路储液罐内，旁路储液罐的另一端通过回流管道、穿过机架上端、与灌装机储液罐上端相连，灌装机储液罐位于机架内，旁路储液罐与灌装机储液罐之间设置卫生级防爆泵，灌装机储液罐内设置左右两组气缸，并且还设置有灌装机储液罐浮动开关，灌装机储液罐两侧还设有透气孔，灌装机储液罐下端左右两边各设置一个灌装头，气缸的下端为灌装阀阀芯，灌装阀阀芯与灌装头相对应，灌装头下方设置有托瓶盘，灌装机储液罐的下端中间设置溢流管口，溢流管一端与溢流管口相连，并穿过主传动轴，另一端连接旁路储液罐。另外，机架外侧连接触摸屏，触摸屏上端连接报警灯。

其工作原理为：液体通过进液管进入旁路储液罐，当液面达到旁路储液罐浮动开关的设定值后，卫生级防爆泵开始运转，旁路储液罐内的液体随之被送往灌装机储液罐。当灌装机储液罐内的液面达到灌装机储液罐浮动开关的设定值后，灌装机开始运转，然后通过推动气缸以向上的力F打开灌装阀阀芯开始灌装。若液体在灌装机储液罐内的高度超过溢流管口，会通过溢流管溢流入旁路储液罐内，再经卫生级防爆泵将多余溢流出来的液体抽回灌装机储液罐内，这样往复循环达到储液罐内液面高度一致的目的；

这种结构的灌装机，在灌装机储液罐内液体高度保持一致（压强不变），灌装阀灌装孔不变（灌装孔面积不变）的情况下，由工控电脑利用如下程序方程达到计量目的：

1:sqrt(2gh)=V流速；（大气压下情况）

sqrt为开根号，g为重力加速度，h储液罐内液体高度

2：V流速×S孔面积=Q流量；

3：Q流量×T时间=v体积。

由此3个方程可求出液体体积。

这种计量方法对灌装机储液罐内液面高度的一致性要求特别严格，液面高度差2-3mm的情况下计量精度就会偏差1mL，因此为保持液面一致，国内国外都采用了回流装置系统（即设置有旁路储液罐及旁路储液罐浮动开关、卫生级防爆泵等）,因此计量误差大、设备造价高、回流系统占地面积大，控制调试容易出故障，并出故障时液体会溢流到地面，回流系统回流管道长，接头比较多，导致密封性差。

这种结构的灌装机存在以下缺点：

1）设备造价特别高，结构较复杂（为保持液面一致，国内国外都采用了回流装置系统，即设置有旁路储液罐及旁路储液罐浮动开关、卫生级防爆泵等）；

2）灌装容量误差大：灌装机储液罐内液面保持一致性要求特别严格，液面高度差1mm的情况下灌装精度就会偏差1mL，并且回转式灌装机在工作中，储液罐是一种圆周运动，带有向心力，所以难以控制液面高度保持一致性，导致灌装计量误差大；

3)工控电脑控制点数多并且复杂，启动频繁容易损坏；

4）液体在灌装过程中密封性差，液体容易挥发降低浓度，安全性不高；

5)如遇到机器调试不正常时，液体经常溢流到地面；

6) 体积大占用空间。

7)由于回转式灌装机运转速度快，导致向心力比较大，储液罐内液面会形成“凹”形，计量精度下降。

第二种为外置式双气缸控制每个灌装头，无需储液罐液面恒定计量方式的控制方法如图2所示，主要由灌装机储液罐、液位浮动开关、储液杯、进液管、储液杯进液阀气缸、磁致伸缩液位传感器、灌装阀气缸、灌装阀体、灌装阀芯、托瓶盘、机架、储液杯进液阀、进液阀芯组成。其中进液管与灌装机储液罐相连，液位浮动开关位于灌装机储液罐内，储液杯通过进液阀与灌装机储液罐相连，灌装阀体与储液杯相连。另外机架外侧连接触摸屏，触摸屏上端连接报警器。

其工作原理为：灌装液体通过进液管进入灌装机储液罐，当灌装机储液罐内的液面高度达到浮动开关的设定值后关闭球阀，当光电开关检测到有玻瓶后，储液杯进液阀气缸动作提起进液阀芯，使其灌装机储液罐内的液体进入到储液杯内，当磁致伸缩液位传感器给出的模拟量信号达到需要灌装液体的体积高度时(模拟信号说明：随着液位的升高磁致传感器给出:4-20毫安或0-10V的模拟信号给工控电脑的模拟量转换成数字量模块，4-20mA对应数字量模块6400-32000,利用此数字量可计算出液位达到的高度)，储液进液阀气缸关闭，使其每次灌装的液面都保持一致(体积相同)。

这种结构的灌装机，由工控电脑利用如下程序方程达到计量目的：

1：v体积=S杯×H

v体积为在触摸屏上输入的需要灌装的液体体积；S杯为储液杯面积；H为储液杯内液体高度

2：H=(AIWO-6400)×h/32000-6400

AIWO为磁致传感器给出的信号转换成的数字量(6400-32000范围之间)；

h为磁致传感器能够检测的液面高度的最大值；H为储液杯内液体高度

3、综合以上方程可得出：

v体积/S杯=(AIWO-6400)×h/32000-6400

当AIWO给出的信号达到方程中的数字，则进液阀气缸⑤关闭，阻断进入储液杯③的液体，使其储液杯③内的液体体积等于需要灌装的液体体积。

这种结构的灌装机存在以下缺点：

1）          设备造价极高；

2）          结构非常复杂，气缸与气动电磁阀数量比本次发明的灌装机多1倍，每个灌装头必须配置2个气缸与气动电磁阀，另外每个灌装头还要配一支磁致伸缩液位传感器；

3)   工控电脑控制点数非常多，启动频繁容易损坏。 

发明内容

本发明目的在于针对上述存在的问题，提供一种加工简单、生产成本低而且工控电脑输出点数少、响应时间快、灌装精度更高的液体灌装机。

本发明单气缸内置式恒定液面杯控制方法，主要取消了原有方法一的旁路储液罐及回流系统和原有方法二的储液杯进液阀气缸、磁致伸缩液位传感器，仅采用灌装机储液罐与恒定液面杯，让灌装机储液罐内的液面设计成高于恒定液面杯的形式，所采用的技术方案为：

一种液体灌装机，包括机架、进液管和灌装机储液罐，灌装机储液罐内设置有灌装机浮动开关，灌装机储液罐内设置有恒定液面杯体，进液管穿过机架上端直接与灌装机储液罐上端连接，灌装机储液罐内还设置有灌装机储液罐浮动开关和气缸，每个灌装头对应一个气缸，每个气缸下端为灌装阀阀芯，每个气缸的活塞杆和灌装阀阀芯分别位于同一恒定液面杯体内，活塞杆从恒定液面杯体上端穿过，恒定液面杯体上设置有进液口、灌装前通气管和灌装进行中通气管，在活塞杆上设置有与进液口、灌装前通气管和灌装进行中通气管相对应的密封垫、灌装前通气管密封垫和灌装进行中通气管密封垫。

作为优选：机架外侧连接触摸屏，触摸屏上端连接报警灯

具体工作原理如下：如图3，灌装液体通过进液管进入到储液罐内，当储液罐内的液体高度达到液位浮动开关的设定值后关闭球阀，当光电开关检测到有玻瓶后，再由工控电脑推动气缸以向上的力同时提起灌装阀阀芯、进液口密封垫、灌装前进气管密封垫和灌装进行中进气管密封垫，使其在灌装的同时切断储液罐进入恒定液面杯体与灌装前进气管内的液体，也打开了灌装进行中进气管（如图4）,需要提起气缸的灌装时间由如下两种程序方程获得。

方法一:

1:V=K×sqrt(2gh)；(大气压下情况)

V为流速、K为流量系数、sqrt为开根号，g为重力加速度，h为液面高度；

2:dq流量变化量=(dV)流速变化量×s阀孔面积；

3：杯体内液体体积变化量(dv)=(dq)流量变化量×(dt)时间变化量；

4：杯体内液体体积变化量(dv)=等高液面杯内液体高度变化量（dh）×S液面杯面积。

综合以上4方程可得出微分方程:

(dh)/(dt)=K×sqrt(2gh)×s阀孔面积/S容器面积

再利用此微分方程列出积分方程.

(dt)=∫(dh)×S容/ K×sqrt(2gh) ×s阀孔面积

∫为积分区间[0,H]。

利用列出的积分方程用于设置工控电脑PID积分方程运算,以此达到在触摸屏上输入不同体积(dv)时,工控电脑自动计算出需要控制气缸推动灌装阀阀芯的灌装时间(dt),以此达到精确控制灌装量的目的。

方法二:

对每个灌装头进行2秒和5秒的实际测量，把2秒时实际灌装量记为(ML2),把5秒时实际测量记为(ML5),把在触摸屏上输入的目标灌装量记为(ML目),再由以下方程达到计量目的；

ML目-ML2=MLX

ML5-ML2=MLY

MLX×3000=X

X/MLY=Y

Y+2000=T

于是有〔(ML目-ML2)×3000/(ML5-ML2)〕+2000=T

通过此程序方程也可达到在触摸屏上输入不同体积(ML目)时,工控电脑自动计算出需要控制气缸推动灌装阀阀芯的灌装时间(T),以此达到精确控制灌装量的目的。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1)计量灌装精度高；

2)灌装机加工简单，工控电脑输出点少，比第一种单气缸式储液罐内等高液面及回流控制方法方法精确；

3)这种计量方法的灌装机每台比第二种灌装机造价成本降低1/2以上；

3)经久耐用，控制液面简单化，提高了可靠性；

4)无需回流控制，省电，维修简单；

5)密封性好，安全，液体在灌装过程中不易挥发；

6)液体在灌装开始时灌装速度快，但随着杯内液体高度的下降灌装速度也会下降，从而使液体入瓶所产生的气泡减少，不仅提高灌装精度而且灌装速度反而更快；

7)该发明运用广泛，可用于回转式、排式等不含气体的液体灌装机。

附图说明

图1是本发明背景技术灌装机第一种方法示意图；

图2是本发明背景技术灌装机第二种方法示意图

图3 是本发明实施灌装前的结构示意图；

图4 是本发明实施灌装进行中的使用状态图。

图1中标记：1为机架；2为进液管；3为旁路储液罐；4为旁路储液罐浮动开关；5为卫生级防爆泵；6为灌装机储液罐；7为气缸；8为灌装机储液罐浮动开关；9为灌装阀阀芯；10为溢流管口；11为溢流管；12为主传动轴；13为透气孔；14为恒定液面杯体，15为进液口；16为进液口密封垫；17为灌装前通气管；18为报警灯；19为触摸屏；20为回流管道；21为托瓶盘；22为灌装头；A为旁路储液罐内液面高度；B为背景技术的灌装机内液面高度；C为实施例1中灌装机储液罐内液面高度；D为杯体内液面高度；E为实施例1中杯体上端内侧到灌装机储液罐的液面距离；

图2中标记：1为灌装机储液罐、2为液位浮动开关、3为储液杯、4为进液管、5为储液杯进液阀气缸、6为磁致伸缩液位传感器、7为灌装阀气缸、8为灌装阀体、9为灌装阀芯、10为托瓶盘、11为机架、12为储液杯进液阀、13为进液阀芯；

图3和图4中标记：1为机架、2为进液管，3为灌装前进气管密封垫圈、4为灌装进行中进气管密封垫圈、5为进液球阀、6为灌装机储液罐，7为气缸，8为灌装机储液罐浮动开关，9为灌装阀阀芯，10为灌装进行中通气管、12为主传动轴，13为透气孔，14为恒定液面杯体，15为进液口，16为进液口密封垫，17为灌装前通气管，18为报警灯，19为触摸屏，21为托瓶盘，22为灌装头。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图3所示，一种液体灌装机，包括机架1、进液管2，灌装前进气管密封垫圈3、灌装进行中进气管密封垫圈4、进液球阀5、灌装机储液罐6，气缸7，灌装机储液罐浮动开关8，灌装阀阀芯9，灌装进行中通气管10、主传动轴12，透气孔13，恒定液面杯体14，进液口15，进液口密封垫16，灌装前通气管17，报警灯18，触摸屏19，托瓶盘21和灌装头22，其中，进液管2穿过机架1上端直接与灌装机储液罐6上端连接，灌装机储液罐6内设置有灌装机储液罐浮动开关8和多组气缸7，每组气缸7下端为灌装阀阀芯9，每组气缸7的活塞杆和灌装阀阀芯9分别位于恒定液面杯体14内，活塞杆从恒定液面杯体14上端穿过，恒定液面杯体14上设置有进液口15、灌装前通气管17和灌装进行中通气管10，在活塞杆上套设有与进液口15、灌装前通气管17和灌装进行中通气管10相对应的进液口密封垫16、灌装前通气管密封垫3和灌装进行中通气管密封垫4；机架1外侧连接触摸屏19，触摸屏19上端连接报警灯18；

在灌装时(如图4)，进液管2将液体输入灌装机储液罐6后流入恒定液面杯体14，使恒定液面杯体14注满并且使灌装机储液罐6内液面高度高于恒定液面杯体14，当灌装机储液罐6内液面高度达到灌装机储液罐浮动开关8的设置高度后关闭进液球阀5，当光电开关检测到有玻瓶后，再由工控电脑推动气缸以向上的力同时提起灌装阀阀芯9、进液口密封垫16、灌装前进气管密封垫3和灌装进行中进气管密封垫4，使其在灌装的同时切断储液罐6进入恒定液面杯14与灌装前进气管17内的液体，也打开了灌装进行中进气管10。 

Claims (2)

1.一种液体灌装机，包括机架、进液管和灌装机储液罐，灌装机储液罐内设置有灌装机浮动开关，其特征在于：灌装机储液罐内设置有恒定液面杯体，进液管穿过机架上端直接与灌装机储液罐上端连接，灌装机储液罐内还设置有灌装机储液罐浮动开关和气缸，每个灌装头对应一个气缸，每个气缸下端为灌装阀阀芯，每个气缸的活塞杆和灌装阀阀芯分别位于同一恒定液面杯体内，活塞杆从恒定液面杯体上端穿过，恒定液面杯体上设置有进液口、灌装前通气管和灌装进行中通气管，在活塞杆上设置有与进液口、灌装前通气管和灌装进行中通气管相对应的密封垫、灌装前通气管密封垫和灌装进行中通气管密封垫。

2.根据权利要求1所述液体灌装机，其特征在于：机架外侧连接触摸屏，触摸屏上端连接报警灯。

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