液體自校準型直線容積式灌裝機

《液體自校準型直線容積式灌裝機》是北京強度環境研究所於2008年6月20日申請的專利，該專利的申請號為2008101110003，公布號為CN101607687，授權公布日為2009年12月23日，發明人是徐志剛、馮巍。

《液體自校準型直線容積式灌裝機》屬於一種灌裝機，具體涉及一種液體自校準型直線容積式灌裝機。該發明的優點是既結合了容積式灌裝機的優點又結合了稱重式灌裝機的優點，同時具備了灌裝速度高，精度高的特點，而且上桶方便，對桶型的適應能力強。

2016年12月7日，《液體自校準型直線容積式灌裝機》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《液體自校準型直線容積式灌裝機》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：液體自校準型直線容積式灌裝機
• 公布號：CN101607687
• 授權日：2009年12月23日
• 申請號：2008101110003
• 申請日：2008年6月20日
• 申請人：北京強度環境研究所
• 地址：北京市豐臺區南大紅門路1號
• 發明人：徐志剛、馮巍
• Int.Cl.：B67C3/20(2006.01)I、B67D5/04(2006.01)N
• 代理機構：核工業專利中心
• 代理人：高尚梅
• 類別：發明專利

專利背景

直線容積式灌裝機技術在中國國外早已發展成熟，它結構簡單，灌裝速度快，8～12個灌裝頭就可以達到2500～3500桶/小時的灌裝速度，上桶方便，對桶型的適應能力非常強，換桶型時，基本上不用更換模具，只需簡單調整就可以生產，這一點是旋轉容積式灌裝機不可相比的。容積式灌裝機也有它本身固有的缺點，對灌裝液體的適應能力比較差，難以保證灌裝精度，灌裝液體的品種、溫度的變化就會導致灌裝重量的波動，只有手工操作，經過精細調整才能達到生產要求。截至2008年6月，中國國外新型的直線容積式灌裝機，針對它固有的缺陷，也做了一些技術上的改進，在灌裝量的控制上加了一些補償，如粘度、溫度補償等，但效果並不是很好，原因是補償需要完善的專家控制系統，而這個系統的建立又需要大量的實踐經驗和試驗數據，對於不同的灌裝液體，在短期內得出這些物理數據是不可能的。

由於容積式灌裝機本身固有的缺陷，造成了它性能提高上的技術瓶頸，2008年6月之前的容積式灌裝機已不能滿足高精度高效率灌裝的要求，這使得稱重式灌裝機在近期得到了很快的發展。稱重式灌裝機最大的特點就是灌裝精度高。由於灌裝過程中，灌裝機直接控制灌裝液體的灌裝重量，補償掉了容積式灌裝機不能補償的一切干擾因素，所以精度很高。但稱重式灌裝機也存在一些技術缺陷，使得稱重式灌裝機的發展受到了一定製約。截至2008年6月，市場上稱重式灌裝機的主流產品有旋轉稱重灌裝機、直線減量稱重灌裝機、直線直接稱重灌裝機等。旋轉稱重灌裝機最大的特點是灌裝速度相對比較高，但灌裝精度相對較低，而且製造成本高，控制難度大。直線減量灌裝機灌裝精度較高，上桶也比較方便，但灌裝速度比較慢，要想達到較高的生產速度，就必須增加灌裝頭的數量，多數情況這種灌裝機都做成雙排灌裝頭，而且灌裝速度受灌裝液體特性影響比較大，灌裝速度不穩定。直線直接灌裝機具有一定的灌裝精度，但上桶方式不方便，操作工人勞動強度比較大，同時此種灌裝機一般也要做成雙排灌裝頭才具有一定的灌裝速度。

發明內容

專利目的

《液體自校準型直線容積式灌裝機》的目的是提供一種灌裝速度高，灌裝精度高且對桶型適應能力強的液體自校準型直線容積式灌裝機。

技術方案

《液體自校準型直線容積式灌裝機》包括灌裝機機架，機架上端設有油箱，油箱的下部設有灌裝容積缸，支架的下部設有灌裝橫樑，灌裝機架上設有伺服電機，灌裝橫樑上還設有灌裝活塞桿，灌裝活塞桿的另一端與灌裝容積缸連線，其中，所述的灌裝容積缸與油箱體通過連線在三通閥的入口的軟管連線，所述的油箱體上還設有反饋稱重感測器上，反饋稱重斗固定在反饋稱重感測器，反饋稱重斗上還設有排放閥，反饋稱重斗上的反饋灌裝頭通過三通閥出口與其中一個灌裝容積缸連線，其餘的灌裝容積缸通過三通閥的出口與灌裝頭連線，伺服電機的另一端與減速機連線，減速機與同步帶連線，同步帶的兩端分別與滾珠絲槓連線，滾珠絲槓與灌裝橫樑相連。在所述的灌裝頭的下部還設有桶定位模板。油箱上還設有高低位檢測和高低位保護裝置。

改善效果

《液體自校準型直線容積式灌裝機》的優點是：《液體自校準型直線容積式灌裝機》既結合了容積式灌裝機的優點又結合了稱重式灌裝機的優點，同時具備了灌裝速度高，精度高的特點，而且上桶方便，對桶型的適應能力強。

附圖說明

圖1為《液體自校準型直線容積式灌裝機》所提供的一種液體自校準型直線容積式灌裝機的主視圖；

圖2為《液體自校準型直線容積式灌裝機》所提供的一種液體自校準型直線容積式灌裝機的後視圖；

圖3為《液體自校準型直線容積式灌裝機》中的反饋稱連線結構視圖；

圖4為《液體自校準型直線容積式灌裝機》所提供的一種液體自校準型直線容積式灌裝機的主結構圖。

圖中，1油箱，2容積缸，3灌裝頭，4桶定位模板，5稱重反饋稱裝置，6灌裝橫樑，7灌裝活塞桿，8伺服電機，9減速機，10同步帶，11滾珠絲槓，12三通閥，13稱重感測器，14反饋稱重斗，15反饋稱重油箱排放閥，16反饋灌裝頭，17後機架，18升降裝置，19擋桶器，20桶嘴定位器，21灌裝頭組，22主機架。

技術領域

《液體自校準型直線容積式灌裝機》屬於一種灌裝機，具體涉及一種液體自校準型直線容積式灌裝機。

權利要求

1.液體自校準型直線容積式灌裝機，它包括主機架（20），後機架（17）裝在所述主機架（20）後部底樑上，所述後機架（17）上方設有油箱（1），所述油箱（1）的下方設有灌裝容積缸（2），所述後機架（17）的中部設有灌裝橫樑（6），所述後機架（17）下部橫樑設有伺服電機（8），所述灌裝橫樑（6）上還設有灌裝活塞桿（7），所述灌裝活塞桿（7）的一端與所述灌裝容積缸（2）連線，其特徵在於：所述的灌裝容積缸（2）與所述油箱（1）通過連線在三通閥（12）的入口的軟管連線，所述的油箱（1）上方還設有反饋稱重感測器（13），反饋稱重斗（14）固定在所述反饋稱重感測器（13）上，所述反饋稱重斗（14）設有稱重斗排放閥（15），所述反饋稱重斗（14）上的反饋灌裝頭（16）通過另一個三通閥（12）出料口與其中一個灌裝容積缸（2）連線，其餘的灌裝容積缸（2）通過第三個三通閥（12）的出料口與灌裝頭（3）連線，所述伺服電機（8）的一端與減速機（9）連線，所述減速機（9）與同步帶（10）連線，所述同步帶（10）的兩端分別與滾珠絲槓（11）連線，所述滾珠絲槓（11）與所述灌裝橫樑（6）相連。

2.如權利要求1所述的液體自校準型直線容積式灌裝機，其特徵在於：在所述的灌裝頭（3）的下部還設有桶定位模板（4）。

3.如權利要求1或2所述的液體自校準型直線容積式灌裝機，其特徵在於：所述油箱（1）上還設有高低位檢測和高低位保護裝置。

實施方式

自校準型直線容積式灌裝機的研發彌補了容積式灌裝機的低精度和稱重式灌裝機的低速度缺陷，能夠實現高精度高速度灌裝，灌裝速度可達3500桶/小時，精度在7克以內。相同的灌裝頭數，灌裝速度是直線稱重式灌裝機的2倍，相同的灌裝速度下，灌裝精度是直線容積式灌裝機的3倍。同時自校準型直線容積式灌裝機具有自動化程度高和操作方便的特點。能夠線上通過稱重反饋系統自動跟蹤灌裝量，能夠根據灌裝偏差自動調整灌裝量，使灌裝精度能夠控制在7克以內。能夠實時測量灌裝容積缸內的灌裝壓力，根據灌裝壓力合理調節灌裝速度，使系統更加穩定更加安全可靠。

自校準型直線容積式灌裝機的關鍵技術點是它的稱重自校準系統，這是它能夠實現高精度灌裝的一個基礎。從機械結構來看，它有一個灌裝容積缸連線的灌裝頭，不進行實際的灌裝，專門用於稱重反饋，將液體灌裝到反饋秤的容積箱內，稱完重量後，重新排入頂部油箱內，而其他的灌裝頭要進行實際的灌裝，要把液體灌裝到容積桶內。稱重反饋的重量讀回PLC，通過與目標值進行比較，計算出偏差值，然後進行自校準。在稱重反饋自校準過程中，採用比例調整與逐差調整相結合，在不同的情況下採用不同的調整方法。如果是剛啟動或灌裝超差，那么就進行比例調整，讓灌裝量迅速接近灌裝目標值，使偏差減小到允許範圍內，使灌裝啟動。如果稱重反饋檢測重量沒有超差，系統會根據偏差情況對灌裝量進行逐差調整，把偏差逐漸減小到最小，使灌裝量最大限度接近目標值。

驅動灌裝橫樑的灌裝驅動器選用伺服電機，採用閉環定位控制。伺服電機具有定位精度高，啟動速度快，扭矩大，過載能力強，運動特性好等特點，選用2000線的編碼器，伺服電機定位精度對灌裝精度的影響在0.1克以下。因為反饋自校準系統與灌裝系統分離，同步執行，所以稱重反饋與調整不會影響灌裝速度，所以它具有與直線容積式灌裝機同樣的灌裝高速度。

《液體自校準型直線容積式灌裝機》所提供的自校準型直線容積式灌裝機的結構與2008年6月之前的直線容積式灌裝機的結構基本相似，灌裝頭為單排，每排為8～12頭。吸排油容積缸要比灌裝頭多出一個，用於稱重反饋，用於反饋的容積缸與其它容積缸出口的三通閥（容積缸或與油槽通或與灌裝頭通）要分別控制，以便稱重反饋系統與灌裝系統獨立，當稱重反饋自校準時，可以同時進行實際灌裝也可以不灌裝，當進行實際灌裝時，可以進行稱重反饋自校準也可以不進行，實現了實際灌裝系統與稱重反饋自校準系統完全分離，但所有的容積缸吸排油動作是一致的。灌裝機帶有自動頂線系統，當灌裝換品種時，主油箱內的剩餘液體被吸到容積缸里，然後從灌裝頭排到排油接槽內，最終流到設備底端的廢油槽里，廢油在廢油槽里可以通過離心泵排放到設備外邊的容器內。灌裝機控制系統的設計力求完善，最大限度地滿足生產自動化需要，使操作更加方便更加容易掌握.控制系統包括自動灌裝系統，手動調試系統，參數設定系統，故障報警系統，故障診斷系統，自動頂線系統，灌裝監控系統和稱重反饋自校準系統.稱重反饋自校準系統硬體採用西門子SIWAREXMS稱重模組與西門子S7-200系列PLC擴展連線實現，這樣能夠很容易地實現數據採集與處理，同時也能很方便地在PLC內進行統一編程，實現對反饋系統的控制。

自校準型直線容積式灌裝機總體連線方式如圖1所示，油箱體1固定在設備框架的上側，容積為600L，油箱帶有高低位檢測，控制進油總閥的啟停，同時油箱上也裝有高低位保護檢測，油位達到高位保護時立即關閉進油閥並同時報警，如果發生觸發低位報警，設備立即停止灌裝，並發出缺油報警。油槽通過軟管連線到灌裝容積缸2的三通閥的進油口，由於灌裝容積缸比灌裝頭多出一個，用於稱重反饋，所以如圖2所示，最後面用於反饋的灌裝容積缸與前十個其它容積缸出口的三通閥（容積缸或與油槽通或與灌裝頭通）要分別控制，以便稱重反饋系統與灌裝系統獨立，當稱重反饋自校準時，可以同時進行實際灌裝也可以不灌裝，當進行實際灌裝時，可以進行稱重反饋自校準也可以不進行，實現了實際灌裝系統與稱重反饋自校準系統完全分離，但所有的容積缸吸排油動作是一致的。前十個灌裝容積缸三通閥的排出口與實際灌裝的灌裝頭3相連線，最後一個用於反饋的灌裝容積缸的三通閥的排出口與稱重反饋稱體5上側的反饋灌裝頭16相連線。桶定位模板4則用於灌裝時桶口的定位以確保灌裝液體準確灌入桶內。

自校準型直線容積式灌裝機灌裝驅動的實現方法和機構的連線方式如圖2所示。驅動灌裝橫樑的灌裝驅動器選用伺服電機8，採用閉環定位控制。伺服電機具有定位精度高，啟動速度快，扭矩大，過載能力強，運動特性好等特點，選用2000線的編碼器，伺服電機定位精度對灌裝精度的影響能夠控制在0.1克以內。伺服電機連線低傳動比高精伺服減速機9，減速機通過同步帶10與高精滾珠絲槓11相連線，滾珠絲槓的螺母又同灌裝橫樑6相連，此傳動系統的重複精度對灌裝量的影響控制在1克以內。灌裝橫樑連線灌裝活塞桿7，從而驅動灌裝活塞實現灌裝容積缸吸進和排出液體動作，灌裝橫樑的撓度變形控制在0.1毫米以內，並採用補償氣缸對每個灌裝活塞桿進行灌裝橫樑撓度補償。為了保證每個灌裝容積缸灌裝的一致性，灌裝容積缸的加工精度控制在0.01毫米以內，這是稱重反饋進行自校準必要的前提條件。

反饋稱重感測器13固定在油箱的上部，反饋稱重斗14固定在感測器上，反饋稱重油箱帶有排放閥15，用來排放反饋稱重油箱內的液體進入油箱體，反饋灌裝頭固定在反饋稱重油箱上側的橫樑上，這樣反饋灌裝頭可以將液體灌裝到反饋稱重油箱內進行稱重反饋。

稱重反饋自校準測量控制系統硬體採用西門子SIWAREXMS稱重模組17與托力多感測器標準六線制連線，稱重模組同時與西門子S7-200系列PLC擴展連線，這樣連線實現稱重反饋自校準系統，能夠很容易地實現數據採集與處理，同時也能很方便地在PLC內進行統一編程，實現對反饋系統的控制。

油箱體1坐落在後機架17上，通過軟管連線到十一個容積缸2的三通閥12的進油口，所有的容積缸2吸排油動作一致。前十個灌裝用容積缸三通閥12的排出口與實際灌裝的灌裝頭相連線，最後一個用於稱重反饋的容積缸的三通閥12的排出口與稱重反饋灌裝頭相連線。灌裝用容積缸2的三通閥12控制容積缸或與油箱連通或與灌裝頭連通；用於反饋的容積缸的三通閥控制容積缸或與油箱連通或與反饋灌裝頭連通。

用於反饋的容積缸2的三通閥12與其餘十個灌裝用容積缸2的三通閥12採用分別控制，當進行稱重反饋自校準時，可以同時進行實際灌裝也可以不灌裝，同樣當進行實際灌裝時，可以進行稱重反饋自校準也可以不進行，實現了兩套系統的完全分離。

容積缸2的活塞是由伺服電機8驅動運動的：伺服電機8連線低傳動比高精伺服減速機，減速機通過同步帶與高精度滾珠絲槓11相連線，滾珠絲槓11的螺母又同灌裝橫樑6相連，罐裝橫樑6連線十一個活塞桿，從而驅動容積缸2活塞實現容積缸吸進和排出液體物料的動作。

稱重反饋裝置5固定在油箱1的上部，反饋稱重斗14固定在稱重感測器13上，反饋稱重斗14帶有排放閥，用來排放斗內的液體進入油箱1，反饋灌裝頭固定在反饋稱重斗14上側，這樣可以將物料灌裝到反饋稱重斗14內進行稱重反饋測量。

從整機機械結構來看，有一個容積缸連線反饋灌裝頭，不進行實際的灌裝，專門用於稱重反饋，在其他的十個灌裝頭進行實際的灌裝同時，可將物料灌裝到反饋稱量斗14內，稱完重量後，將物料重新排入頂部油箱1內，稱重反饋的重量讀入PLC，通過與目標值進行比較，計算出偏差值，然後根據偏差情況對伺服電機8的運行參數進行調整，從而完成自校準的工作。

灌裝機完整工作流程如下：先通過稱重反饋系統進行稱重反饋與參數調整，直到灌裝量達到要求了，才會啟動自動灌裝。正式灌裝開始後，輸送板鏈以給定的速度輸送空桶，到第一隻空桶即將到達預定位置時，前擋器的擋桶桿在前光電感測器的檢測控制下彈出，擋住空桶，從而使每批第一隻空桶都在準確的指定位置；後光電頭計測定批量數（本機為十隻）；後擋器的擋桶桿作為批與批的隔離桿，保證每批待灌裝的空桶（前擋桶桿與後擋桶桿之間）數為10隻。當後擋桶桿伸入後，輸送板鏈停止輸送避免灌裝時靜止的桶底部與運動著的輸送帶表面的摩擦，防止桶底部的不必要磨損，同時保證桶的穩定性，桶嘴定位器伸出，將桶嘴準確定位在灌裝頭的正下方。在進行以上步驟的同時，伺服電機8啟動通過同步帶與高精滾珠絲槓11相連線，帶動十個灌裝容積缸2的活塞桿，從而驅動活塞將液體由油箱2通過三通閥12抽入到容積缸內。之後灌裝容積缸的三通閥12切換到與灌裝頭連通，伺服電機8反向啟動，驅動活塞將灌裝容積缸內的液體通過三通閥12排到空內。待達到設定參數後，伺服電機8自動停止運轉，灌裝系統停止向內灌液，桶嘴定位器縮回，擋器的擋桶桿縮回，輸送帶開動把裝滿液體的桶送出，同時運進下一批空桶進行待灌裝。到此，灌裝機完成一個灌裝節拍的循環動作。在灌裝過程中，可根據實際需要，在灌裝的同時，每間隔一定節拍，由稱重反饋系統對灌裝參數進行一次檢測調整，以保證灌裝精度。

榮譽表彰

2016年12月7日，《液體自校準型直線容積式灌裝機》獲得第十八屆中國專利優秀獎。