小型液體灌裝綜合實踐教學平臺

　　一、作品摘要

　　液體灌裝機械是包裝工程專業(yè)的重要教學內容，在《包裝機械概論》、《包裝機械結構與設計》等課程中均有涉及，其教學目的是讓學生掌握基相應液體灌裝機械原理及其工藝流程等。而現(xiàn)有課程教學缺乏相應實驗，難以清晰地展示復雜的灌裝機械原理;現(xiàn)有教學方式，學生難以了解龐大、復雜且封閉的灌裝生產線的基本結構及原理。

　　基于此本設計結合試驗儀器特點，圍繞液體灌裝試驗需求開展研究，開發(fā)液體灌裝試驗設備。同時，在自主研制的液體灌裝試驗設備上進行液體灌裝試驗，并對試驗結果進行評估，以改進和完善液體灌裝試驗設備的功能。

　　參考國外先進灌裝機的模塊化設計技術，結合本作品的設計要求，采用模塊化設計思路，依據(jù)設計和裝配的模塊化原則，將作品分為了吸灌液模塊、液位跟蹤模塊、自動控制模塊以及檢測模塊四部分，其中吸灌液模塊包含計量模塊、吸灌液驅動模塊、配流模塊和噴嘴模塊。

　　本設計，適用于灌裝多種液料。在該試驗設備上可進行液體灌裝試驗：一方面，通過大量的液體灌裝技術試驗，為灌裝設備的研發(fā)學習提供一定的理論依據(jù);另一方面，獲得的試驗數(shù)據(jù)可以為灌裝生產線調試提供參考依據(jù)。

　　二、項目背景

　　液體灌裝機械是包裝工程專業(yè)的重要教學內容，在《包裝機械概論》、《包裝機械結構與設計》等課程中均有涉及，其教學目的是讓學生掌握基相應液體灌裝機械原理及其工藝流程等。對包裝專業(yè)的的專業(yè)學習以及日后的工作具有重大意義?，F(xiàn)有教學方式主要有以下兩種：

　　1)課堂教學：

　　目前在國內教學課堂上大都是通過書本、多媒體液體灌裝機械知識進行講解，缺乏實物及模型，課堂效果較差;

　　2)生產實習：

　　生產實習過程中多采用參觀的形式，學生難以了解龐大、復雜且封閉的灌裝生產線的基本結構及原理

　　針對上述問題，結合課程內容，設計了一款小型液體灌裝綜合實踐教學平臺，可應用于包裝專業(yè)的實踐教學環(huán)節(jié)。該平臺可實現(xiàn)以下功能：一、原理演示功能：可展示基于壓力灌裝的液體灌裝機械的工作過程;二、實踐教學功能：學生可按照給定或自主提出的相關實驗目的及條件，進行設計性或綜合性實驗，并動手驗證相關理論。

　　三、作品結構原理與功能

　　1、作品結構原理

　　作品分為吸灌液模塊、液位跟蹤模塊、自動控制模塊以及檢測模塊四部分，其中吸灌液模塊包含計量模塊、吸灌液驅動模塊、配流模塊和噴嘴模塊。

　　在上述模塊劃分中，液位跟蹤模塊固定不變，檢測模塊、自動控制模塊、計量模塊、配流模塊、噴嘴模塊柔性可調。因灌裝液料物理性質(粘度高低、有無氣體、有無顆粒)的不同，其灌裝原理(加壓、常壓、等壓、負壓灌裝)不同，檢測、控制、計量方式不同，對應的配流模塊不同。為研究灌裝噴嘴長度、內徑、內壁粗糙度對于灌裝精度、效果的影響，將灌裝噴嘴作為一個單獨模塊。

　　依據(jù)液體灌裝試驗設備原理圖，針對每個模塊進行設計，其整體結構如圖2所示。

　　1-吸灌液驅動模塊;2-計量泵模塊;3-灌裝噴嘴模塊;4-液位跟蹤模塊

　　圖2液體灌裝實踐教學平臺總體結構

　　本試驗設備灌裝過程如下：

　　1)伺服電機轉動產生驅動力，在滾珠絲杠的傳動下，帶動活塞桿上下運動，絲杠與活塞桿之間通過T型板連接，為了保證T型板運動的平穩(wěn)性，在滑塊左側安裝直線導軌;

　　2)在伺服電機驅動下，活塞式計量泵活塞桿上下往復運動，計量泵為圓柱結構，所以活塞桿運動距離對應著計量泵吸液與灌液的體積;

　　3)選用單向閥作為配流機構，在吸液時，進液口單向閥打開，出液口單向閥關閉;在灌液時，出液口單向閥打開，進液口單向閥關閉，從而完成吸灌液動作;

　　4)灌裝噴嘴通過鋼絲軟管與配流結構相連，灌裝容器放置在托盤上，液位跟蹤模塊采用步進電機和滾珠絲杠，滾珠絲杠將步進電機的轉動轉換成托盤的上下運動，從而保證噴嘴到容器液面距離恒定。

　　2、作品主要功能及意義：

　　1)該設備可應用于學校和灌裝設備研發(fā)企業(yè)，進行相關的液體灌裝技術試驗。

　　2)該設備可為液態(tài)產品灌裝企業(yè)實際灌裝生產線調試試驗提供技術支持，簡化灌裝生產線的調試過程，節(jié)省灌裝液料。

　　四、應用前景

　　該液體灌裝實踐教學平臺具有精度高，灌裝量、灌液速度、液位跟蹤距離、噴嘴內徑、噴嘴出液口形狀和噴嘴內壁粗糙度等多個試驗參數(shù)可調的特點，可針對不同液料模擬其實際灌裝情況，進行灌裝工藝試驗和灌裝結構參數(shù)的研究，得出不同灌裝環(huán)境下的最優(yōu)灌裝參數(shù)，為同類灌裝生產線的調試和灌裝機的研發(fā)提供參考依據(jù)。其適用范圍如下：

　　1)在學校和灌裝設備研發(fā)企業(yè)，本設備可作為活塞式液體灌裝基礎技術的研究平臺，指導同類灌裝設備的設計開發(fā);

　　2)在液體產品灌裝企業(yè)，通過灌裝試驗，可指導同類灌裝生產線的調試;

　　3)作為學生、學者和高校教師研究灌裝技術的試驗平臺;

　　4)作為相關專業(yè)實踐教學的試驗設備。

　　作品名稱：小型液體灌裝綜合實踐教學平臺

　　完成單位：武漢理工大學