某食品厂饮料自动灌装机的设计

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随着自动控制技术的不断发展 ，饮料灌装越来越趋于 自动化 。

目前，大型食品厂在饮料灌装方面已经实现全 自动生产线。然而，- 些小的食品厂由于生产规模小 ，无法实现 大规模的 自动化生产线，因此，还未能够实现饮料的自动灌装，生 产过程不能实现自动控制，多个环节需要人工操作。由于人工操作会带来很多不便之处，例如 ：精确度不高，有生理疲劳周期 ，工作 效率低等。此外，工人 工作环 境得不到改善，工作量大，以及没有充分发挥劳 动力资本。饮料灌装机没有实现自动控制，达不到既能节约原料又省时高效的 目的。为了和市场上同类产品竞争，就必须提高企业生产效率，因此 ，传统 的人工手动操作已远远不能满足企业革新的需要。我的设计就是克服以上困难，实现饮料灌装的自动控制 。

1自动灌装计量方案设计1.1总体流程简图为了改善工人的工作环境及节约原料，主要是在管道上安装-个三通阀门，采用市场上现有的标准件。三通 阀的-个通路连接高压罐，第 三个通 路是连 接饮料瓶 ，第二个通路 是连接饮 料回收 装置，并直接通向大气。这样就可以使饮料不再喷溅，既改善了工人的工作环境也节约了饮料。

图1 饮料罐装设计的总体流程图如图所示 ：(1)漫反射 型红外光电开关 呈周期性控制电动三通阀；(2)电动三通 阀控制阀口通道l和2；(3)漫反射型红外光电开关开启时，电动三 通阀使得 l，3导通时，接料 口挡栅 受饮 料罐气压作用，而上下受力平衡，并在弹簧的作用下开启，于是接料 开始；(4)当饮料瓶罐装到位时，漫反射型红外光电开关立即使电动三通阀门反向开启，电动机 反转，1阀口关闭，2，3连通 ，此时接料 口挡栅上端所受压力大于下端，并克服弹簧作用力向下移 动，堵塞接料 口，接料停止 ，换 新的饮料瓶 ，料 口残余高压饮料从阀 口2导 出；(5)间断换饮料 瓶的时段后漫反射型红外光电开关重复第三步，如此往复，自动灌装。

1.2 电控系统基本结构原理框图图2是电控系统基本结构原理框 图。

图2 电控系统基本结构原理图2 计量方案整个灌装过程使用红外光电开关实现液位 自动控制，当饮料达到在灌装瓶 中的预期位 置时，红外光电开关将接 收并发出信号，由此驱动电动三通阀门，来控制高压饮料的输送 ，由此实现饮料的 自动灌装。

3电动三通阀门的设计3.1 电动阀门简介电动阀的驱动-般是用电机 ，比较耐 电压 冲击。电动阀的开度可以控制，状态有开、关、半开半关，可以控制管 道中介质的流 量。

开或关的动作完成需要-定的时间模拟量 。电动阀-般用于调节。

3.2 电动三通阀门参数的选择阀门工作环境：管道、常温、压强 5MP、腐蚀情况弱。

参数：(1)公称通径 DN 20 inIll；(2)公称压力PN 10 MPa；(3)压力-- 温度额定值：(GB/9124--2OO0)工作温 度

阀门型号：Q948H-- 300I电动法兰T形三通球阀Q-- 球 阀9-- 传动方式 电动4-- 阀兰连接8--T型三通阀H-- 阀座密封面或衬里材料代号 (代表合金钢)300-- 公称压力代号I-- 阀体材料代号厚度：S/B-(P·Dn/2.3[6LP)L代人数据得 (L取0.5)：S/B3.5 mm密封面计算比压 q36阀体结构设计阀体的流道：T型三通直流阀体的结构：采用铸造阀体科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 39 Q： !Science end Technology Innovation Herald4红外线光电开关4.1红外光电开关简介红 外 光电开关 是 -种 新型的非 接触 无损 检测 电子 开关 ，是利 用人眼不可见 (波长为780 nm ～ l mm)的近红外线和红 外线的来检 测、判别物 体 。它工作于红 外波段范 围，其 峰值 波长 为0.93 m，在透明大 气和轻烟薄雾中的穿透性和传输性能要比可见光强。

在不同的诚使用不同的光电开关，例如在 电磁振动供料器上经常使用光纤式光电开关，在间歇式包装机包装膜的供送 中经常使用漫反射式红外光电开关 。

4.2红外光电开关的选择漫反射红外光电开关的型号为EMl8D30N3。其中，E代表的是传感器的类型，即红外线光 电传感器 (红外光电开关)。M代表红外光电开关的结构形式，即所选择为圆柱式 。l8代表的是设计序号。

D代表的是反射类型，即漫 反射。3O代表的是红 外光电开关的检测距离，为30 cm。N代表的是所选择的红外光电开关的输 出类型，即NPN负逻辑型。3代表的是红外光电开关的输出状态，即唱常闭型。

5 交流接触器5.1交流接触器简介接触器是在 外界输入信号下能够 自动地接 通或断开 带有负载的主电路的控制电器，它用磁力来使开关打开或 闭合。

接触器适用于频繁操作，远距离控制强电流电路，并具有低压释放的保护性能、工作可靠、寿命长、体积小等特点。它是继电器-接触器控制系统中最重要和最常用的元件之-。

5.2 交流接触器的结构图如图3N示接触器型号为CJ10-40 A，其主触头额定工作电流为40 A，可以控制额定电压380 V、额定功率20 kw的三相异步电动机 ，该接触器为开启式，动作机构皆为直动式，有动触头 三个，动合、动断。辅助触 头各两个。触头为双短 点式 ，接触部分为 纯银块 ，外壳 用塑料压制而成。其结构紧凑、体积小 、机械寿命长 、成本低、使用维修方便、允许操作频率高、外型美观等特点∩适用于长期间断长期工作，也适合短期和重复短时工作。

6经济性分析6.1成本计算对零部 件的价格初步统计：红外光电开关 (10～50元)；小型通用继 电器 (几十元)；三通阀 (几十元)；接触器 (几十元)；管道费创 新 技 术用 (几十元 )；电动机 (几十元)，接料口打造费 (几十元)；其余费用(几百元)。计算整个灌装设备所需成本费为：500～1000元左右。

以上是单个小批量购买时的成本预算 ，如果大批量购买，最终花费大约是400元左右。

3图3 交流接触器的结构图(型号为CJ10-40A)1-- 唱触头 2-- 常闭触头 3-- 动铁心4-- 线圈 5-- 静铁心6.2实用和适用性分析从设计 的整个系统来 看，它克服 了原始灌装系统的缺点，整个灌装设备 体积小，运转要求容易达到。该套设备性能好，反映精准 ，受环境 影响小 。能实现全 自动 灌装生 产，可以供小 型厂家生产所需，同时也可为大型饮料加工单位所用。

7结语该文研究了自动控制在饮料灌装当中的应用，主要是应用电动三通阀门和漫 反射 型红 外光 电开 关来设计饮料 自动灌装机，替 代传统的单纯由人工手动操作 的控制 方式，从而提 高了饮料灌装时的准确性 、可靠性、灵活性和节省资源并提高生产效率。