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灌装机的灌装结构设计及仿真文献综述
【内容摘要】：包装机械能完成产品的全部或部分包装过程，是包装工业的重要基础，对包装业的发展起着重要的作用。包装机械的应用可以大幅地提高生产效率、降低劳动强度和改善劳动条件；它能节约材料、降低成本，以及保护环境、改善包装产品的卫生条件，提高产品质量和延长产品的保质期，并且具有方便流通、减少包装场地面积等优点。对于本次设计，我查阅了一些相关资料，并观看了一些实际生产线的视频，对于设计任务有了初步的了解。在接下来的时间里，我将综合运用我在大学四年中所学的知识，对所设计装置的可行性进行论证，对于设计中所可能遇到的问题和难点进行认真思索。通过思考、查阅资料、提问与探讨、实物观察等方式从理论上进行装置的设计。从而实现对该灌装机的优化，节约资源成本，提升工作效率，提高产品质量。
【关键词】：灌装机；灌装结构；包装机；包装机械
1导言
灌装机主要是包装机中的一小类产品,从对物料的包装角度可分为液体灌装机,膏体灌装机,粉剂灌装机,颗粒灌装机;从生产的自动化程度来讲分为半自动灌装机和全自动灌装生产线.近来随着食品的QS 认证,食用油的厂家已经开始注重产品质量和包装,所以油类灌装机在灌装机中地位凸现.
2课题的目的和意义
上世纪90年代以来，中国的灌装机械行业由于灌装制品的大量需要而出现了高速度发展,年平均增长率为30%[1]。然而，由于中国的灌装机械的发展起点低，规模小，灌装机械的自动化水平远远落后于发达国家。虽然灌装机械设备已广泛的用于社会生产的各个行业，灌装机械设备的需求量也十分巨大，但国内灌装机械依然难以自给自足，目前60%~70%的灌装机械依赖进口，特别是含金量比较高的自动化灌装机械设备。相对于整个机械行业，自动化灌装机械是中国机械的弱势部分。
自动化灌装机械在我国工业行业具有举足轻重的地位，采用自动控制的灌装机械能够极大地提高生产效率和产品质量，有效减轻职工的劳动强度并能降低能源和资源的消耗[2]，尤其是对食品、饮料、药品、电子等行业而言，是至关重要的。随着自动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化，自动化灌装机械设备得到更加广泛的应用[3]。
我国加入WTO后，经济规模不断扩大，经济对外开放的力度也逐步加大，企业越来越重视生产的效率和成本，人工生产的方式越来越不能满足企业的要求，生产的自动化已成为生产发展的必然趋势[4,5]。在国家的大力倡导下，校企合作逐渐成为企业开发新设备的重要手段。为了降低成本，提高研发能力，越来越多的企业开始走校企联合开发路线。
复合灌装袋作为一种重要的灌装材料，被广泛的应用于各个行业。复合灌装袋是由两种或两种以上灌装袋组成。目前复合灌装袋的生产主要以工人方式为主，设备自动化水平极低，有的甚至是纯人工生产方式。复合灌装袋生产的效率难以满足企业的要求，复合灌装袋生产线的自动化水平亟待提高。复合灌装袋的生产过程主要有纸质外袋的生产、薄膜内袋的生产、外袋的运送、内袋的运送、复合灌装袋的套袋、复合灌装袋的缝纫等。无锡某公司作为复合灌装袋生产厂家的一员，并且复合灌装袋是其主要的产品，复合灌装袋生产的自动化对其意义尤为重要。在无锡某厂，复合灌装袋生产的自动化水平还比较低下，其中外袋的生产、薄膜内袋的生产、复合灌装袋的缝纫虽然已经实现自动化，但外袋的运送、内袋的运送、复合灌装袋的塞袋都依然是以工人为主的生产方式。
本课题的研究目的是设计研发一套基于可编程控制器的双工位自动塞袋机，以解决复合灌装袋的生产问题，本课题也是基于无锡某公司的具体要求及其实际生产条件而进行的。本课题主要用于解决企业现有生产方式中存在的诸多问题，包括外袋供给的自动化、外袋张开的自动化、内袋套取的自动化等。本课题研制了具有手动/自动工作状态、参数设置、状态监视等多种功能的自动控制系统，具有良好的推广性。整个控制系统具有良好的性能，该控制系统不仅性能可靠、操作简单、维护方面，还具有不错生产效率，生产的额定效率能达到25个/分钟，并且能根据生产的要求进行效率的调整。
3 国内外发展现状
中国灌装机械经过几十年的发展，已成为机械工业中的重要行业。上个世纪70年代，中国第一台灌装机诞生于北京市商业机械研究所。上世纪90年代以来，我国灌装机械一直处在高速发展的阶段，这期间我国灌装机械有了长足的发展，但是统计显示，我国灌装机械大部分产品还基本停留在仿制阶段，与发达国家相比，我国灌装机械还存在自动化水平不高、生产效率低、产品质量差、产品种类不齐全、管理理念欠佳以及科研投入不足等缺点[6-7]。在我国灌装行业，绝大多数企业都是民营企业和股份制企业，其比例约为85%，而且绝大多数为小企业。每年都有众多企业成立，也有众多企业倒闭或转产；而且约有25%的企业存在重复生产现象[8]。这不仅极大的降低了社会生产力，还极大的浪费了社会资源，严重妨碍了中国的现代化建设。
目前，自动化灌装机械发展最快速的地方在发展中国家。作为发展中国家的一员，从上世纪80年代到2005年，中国的灌装制品的产值大约翻了40倍，产值从100亿变成4100亿，中国已成为世界第三大灌装生产国。灌装工业的总产值在社会生产总值中的比率也大幅提高，目前灌装行业从业人员已达到300多万人。随着中国人民生活水平的不断提高，人们越来越注重物质生活的水平，对于微波食品，休闲食品及冷冻食品和方便食品的需求将继续增加，因此灌装机械产业总量也将逐步变大。2010年，国内食品与灌装制袋机业的总产值达到1300亿元人民币，而市场更是需求达到2000亿元人民币。虽然我国灌装机械有了巨大的提高，但灌装机械的自动化水平依然难以满足市场需求，并且自动化灌装机械的开发很不成熟。例如，半自动GPTG-I灌装机，它由武汉联合灌装机械有限公司自主研发和设计，主要功能是填充各种液体和膏体等流体[9]。但是半自动GPTG-I灌装机无法实现快速封口的要求，因为其仅采用计量调节手轮操作的方式，存在缺陷，难以满足市场多样化的需要。
近年来，随着中国经济的持续发展，灌装机械的自动化已进入了新的增长期。在灌装机械中，机械与自动化的结合已成为现代灌装机械工业的发展方向，灌装机械的自动化有了长足的发展，复合灌装袋最为一种重要的灌装产品，随着灌装业的不断发展，其市场的需求不断提高，旧的生产方式已难以满足复合灌装袋的生产要求。自动化产品在灌装机械中具有巨大的市场潜能。2005年灌装机械中自动化灌装机械的市场规模约8亿元，年增长率超过10%。我国灌装机械的主要控制单元有可编程控制器、单片机、工控机等，在工业控制中基于可编程控制器的控制方式占主导地位。因为它具有可靠性高、功能强、抗干扰能力、编程简单，易操作、使用方便以及体积小等优势[10]。因此本设计采用PLC作为双工位塞袋机的主要控制单元。
提高灌装机械的自动化水平同样成为国外灌装机械发展的必然趋势。美国是世界上最大且最强的灌装机械生产国，美国灌装机械用户主要可分为食品工业和非食品工业。美国灌装工业已经建立了独立的工业体系，其自动化操作程序已用于更多的自动化灌装系统中，代表了自动化灌装机械的一种前进方向。美国各企业都致力于建立一个以机电一体化、激光扫描、纳米技术等为基础的新世界，使灌装机械向着自动化、高效化、节能化的方向发展。
德国的灌装机械在全球机械中占有举足轻重的地位，其灌装机械产值大约是世界总灌装工业产值的20%。德国灌装机械的各个方面均是世界一流。德国的灌装机械具有生产速度快、自动化程度高、可靠性好的特点。自动化机械是德国灌装机械的特点之一。德国的科艾斯公司是全球灌装行业的领导者，其成套设备技术含量高，资源集成度密集，采用PLC作为控制系统的主要控制器，广泛应用于国际社会的灌装业[14]。
意大利的灌装机械在国际市场也享有盛誉，意大利的灌装机械具有外观优美和性价比高的特点。意大利是世界第四大世界灌装机械出口国，糖果灌装机和灌装机等是其重要的灌装机械产品。由于意大利的食品灌装机械行业尤为发达，食品灌装机械出口比例达到80%。意大利灌装机械行业最大的优点是，在保证能很好地完成灌装机械的设计、生产、实验的条件下，依然能够最大限度的满足用户个性化的要求。20世纪90年代以来，意大利的灌装机械一直处在高速发展的阶段，到2010年意大利占据了欧洲机械市场的四分之一，成为世界第二大灌装机械销售国。意大利西帕公司生产的PET瓶一步法生产设备就是意大利灌装机械实力的体现，诸多世界大型跨国公司使用西帕公司的生产设备，如可口可乐公司、百事可乐公司等。
日本的灌装机械兴起于20世纪60年，经过几十年的发展，目前已是成为世界灌装机械的强国。日本的灌装机械主要分为三个部分:小灌装及内灌装、外灌装及打包机械、配套机械。日本的灌装机械相对于他国，具有体积小、精度高、操作方便、自动化程度高的特点。日本成功研制了世界上第一台微电脑控制的卧式成形装填封口机，接着又研制成了世界首台装载热管的热封机器人。日本在灌装机械的驱动上也居世界先进水平，日本的三菱伺服电机、松下伺服电机等都具有较高的性价比，被广泛用于灌装机械的控制，这些驱动器件提高了设备机械性能的柔软性，迅速提高了系统的自动化水平。
4总结
随着我国酒业的快速发展,啤酒、葡萄酒、黄酒、白酒等酒类产量持续增长，我国饮料酒(不含果露酒、发酵酒精)总产量已达2878万千升,同比增长8.2%。有关专家指出，我国饮料行业是高成长性的行业，成熟饮品增长稳定，新的热点和增长点不断涌现，新兴饮品的增长更快。同时，中国包装机械已发展成世界液态食品行业中有重大影响和极大市场占有率行业。因此，液体灌装机市场发展潜力巨大。
我国液体灌装机要满足包装行业快速发展的需求，并积极参与国际竞争，就必须打破“小而散”的行业态势，在“高精尖”的方向上不断前进。业内人士认为，未来液体灌装机将配合产业自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多元化，结构设计标准化、模组化，控制智能化，结构高精度化等几个方向发展液体。因此灌装机的发展为食品、药品的现代化加工和大批量生产提供了必要的保证。 从而再一次证明了液体灌装机的发展市场潜力巨大。
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