一、玻璃瓶自動灌裝機(jī)的分類和原理

不同的液體具有不同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),在進(jìn)行灌裝作業(yè)的時候,需要保持液體特性的穩(wěn)定,因此要求采用不同的灌裝方法,具體的灌裝方法主要有如下幾種。
1常壓灌裝法
以定量杯灌裝為例,如下圖所示。這種方法利用純重力的基本原理,在常壓狀態(tài)下,液體自重流人玻璃瓶里,類似白酒、牛奶、醋等可以自由流動,而且沒有含氣的液體,都可以采用這種方法進(jìn)行灌裝。

2.等壓灌裝法
等壓灌裝法如下圖所示這種方法采用的是壓力和重力相結(jié)合的基本原理,為保證玻璃瓶與貯液箱等壓,需要對玻璃瓶進(jìn)行充氣,隨后液體自重流人玻璃瓶里,類似啤酒、汽水等可以自由流動,而且含氣的飲料都可以采用這種方法進(jìn)行灌裝,有效防止這些飲料的CO2流失,保持飲料的質(zhì)量與定量精度。

3真空灌裝法
真空灌裝法如圖所示。

這種方法的基本原理是降低玻璃瓶的氣壓,使其低于大氣氣壓,常見的有壓差真空式和重力真空式兩種,前者是直接對玻璃瓶抽氣,保持瓶內(nèi)真空狀態(tài),并與貯液箱形成壓差,液體則依靠壓差作用流人玻璃瓶內(nèi),后者是貯液箱本身真空,對玻璃瓶抽氣,保持瓶內(nèi)真空狀態(tài),液體自動流人瓶內(nèi),這種方法適用于糖漿、油類等粘度比較大的液體,以及含有維生素的液體物料和有毒物料,可以延長液體保質(zhì)期和減少毒性氣體外泄。
4.壓力灌裝法

這種方法的基本原理是利用氣壓或者機(jī)械壓力將液體擠進(jìn)玻璃瓶內(nèi),適用于粘度比較大的稠性液體,譬如番茄醬、牙膏等,汽水的灌裝也可以利用這種方法,能提高灌裝效率,但會稍微影響灌裝質(zhì)量。

以上幾種灌裝方法,根據(jù)液體的粘度、含氣量、揮發(fā)性、保質(zhì)期等進(jìn)行選擇,也就是說,玻璃瓶自動灌裝機(jī)的基本原理都是根據(jù)灌裝物本身的性質(zhì)而決定的,譬如牛奶等不含氣的飲料,為了提高飲料的保質(zhì)期,要求所采用的灌裝法能夠減少玻璃瓶中的含氧量。

二、玻璃瓶自動灌裝機(jī)的設(shè)計

根據(jù)玻璃瓶自動灌裝機(jī)設(shè)計的基本原理,結(jié)合待灌裝液體的性質(zhì),對灌裝機(jī)的各個結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計。

1閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計
玻璃瓶自動灌裝機(jī)的閥門結(jié)構(gòu)主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)中可以運動部分的運動形式設(shè)計的,有單移閥、旋轉(zhuǎn)閥、多移閥3種。
（1）單移閥：單移閥,即閥體結(jié)構(gòu)中相對于固定部分的可動部分。在開啟或者關(guān)閉閥門的時候,呈直線運動狀態(tài),有端面式和柱面式兩種,其中端面式在開啟和關(guān)閉閥門流體通路的時候,需要借助移動塊的斷面,適用于廣口玻璃瓶的灌裝。其結(jié)構(gòu)要求閥座與閥蝶用螺紋連接,以及用螺母吊緊,然后再用螺母將閥座固定在貯液箱上,橡皮活門和閥蝶之間需要用彈簧密封,最后再升瓶處理,液門形成于活門和閥蝶之間,以便進(jìn)行灌裝。
其中灌裝閥的開啟和關(guān)閉,對徑向孔位置有一定的要求,需要利用反復(fù)式的圓柱形閥芯和閥體,并用螺紋將定量杯和閥芯連接,便于排除罐體內(nèi)的氣體和切斷真空系統(tǒng),最后灌裝頭的彈簧作用于閥芯,使其恢復(fù)到原來狀態(tài),就完成整個循環(huán)工作,比較適合非粘性液體的灌裝。
（2）旋轉(zhuǎn)閥：旋轉(zhuǎn)閥有柱式和盤式兩種,柱式可動部件是旋塞的圓柱面，柱式可動部件在圓柱面上面開設(shè)帶有夾角的孔洞,與閥座固定的孔洞相對應(yīng),將旋柄的擺動角度控制好,就可以利用旋塞開啟和關(guān)閉閥座,控制流體的出人,但旋塞來回轉(zhuǎn)動的作用,容易磨損漏液,解決該問題的辦法是將旋塞改成錐形,并用彈簧適當(dāng)壓緊。而盤式的可動部件是端平面上的閥蓋,而且閥蓋上面留有一定夾角的孔洞。
在不動部件的閥座上面則留有相應(yīng)的孔洞,用螺釘將閥座固定在貯液箱的轉(zhuǎn)盤上面,并留有兩個氣體孔道和兩個液體孔道,其中1個氣孔與氣室相連,另外1個氣孔與灌裝瓶相連,兩個液體孔道則分別與液室和灌裝瓶相連,只要撥動閥蓋的擋塊,閥蓋就能夠在閥座的不同位置旋轉(zhuǎn),滿足各種灌裝需求,譬如從原始位置旋轉(zhuǎn)至40。,閥蓋的兩個氣孔和閥座的兩個孔道相對應(yīng),貯液箱里面氣體進(jìn)入閥座上孔道,再由閥蓋的另外一個氣孔流人灌瓶里面,最后完成整個充氣等壓的過程。
（3）多移閥：多移閥有氣動式和機(jī)械式兩種,前者是利用機(jī)械的作用力打開氣閥,往玻璃瓶里面充氣,直到玻璃瓶內(nèi)的氣壓和貯液箱的氣壓相等,利用玻璃瓶內(nèi)氣壓的往上作用力,克服液閥的密封阻力,打開液閥灌液。譬如啤酒含氣飲料的灌裝閥,先用螺栓將閥體固定在貯液箱底部,閥體周圍有密封圈防止漏液,液門位于液閥和閥座底部,氣門則位于錐形端部和膠圈之間,通過開啟和關(guān)閉氣門與液門,就能夠完成啤酒的灌裝。具體流程是充氣等壓、進(jìn)液回氣、液滿關(guān)閥、壓力釋放、排除余液,基本能夠滿足各種含氣飲料的等壓灌裝需求,設(shè)計時重點兼顧裝配和調(diào)整工作,提高灌裝的穩(wěn)定性程度。
機(jī)械式則是利用機(jī)械的作用力打開氣閥,間隔一段時間后,再打開液閥,由托瓶臺的上升作用力和閥端密封圈的頂緊作用,完成對玻璃瓶的充氣和抽氣,直到氣管上升到極限狀態(tài),再用拖瓶臺頂起玻璃瓶,打開下液管和下液門,將玻璃瓶里面的氣體擠回氣室,完成進(jìn)液回氣的整個流程。

2.閥端結(jié)構(gòu)設(shè)計
閥端結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要解決氣體和液體進(jìn)出玻璃瓶出現(xiàn)的問題,需要結(jié)合長管閥和短管閥的結(jié)構(gòu)特點,按照環(huán)隙回氣和環(huán)隙回液的氣液道布置方法,滿足氣體和液體進(jìn)出玻璃瓶的條件。
（1）長管閥設(shè)計
長管閥設(shè)計目的是在玻璃瓶灌裝時可以將閥管從瓶口深人到瓶底,一方面是在液體達(dá)到玻璃瓶口之前,從管嘴自由出流;另一方面是在液體蓋過玻璃瓶口之后,從管嘴淹沒出流。尤其是第二方面,是整個灌裝流程的重點,要求控制氧氣在液體中的溶解量,鑒于灌裝的長管徑口的尺寸比較小,而且玻璃瓶本身的結(jié)構(gòu)具有限制性,因此管閥在設(shè)計時,需要解決灌裝流量偏低的問題。
（2）短管閥設(shè)計
短管閥設(shè)計目的是在玻璃瓶灌裝時可以將閥管從瓶口深入到瓶底,確保液體能夠穩(wěn)定地從短閥管的管嘴自由出流。因此在設(shè)計時,需要在回氣管上面設(shè)置分散罩,以便沿著管壁引流灌裝，減少液體灌裝的阻力,形成穩(wěn)定的層流。除此之外,采用定量的方法控制玻璃瓶液體灌裝的高度,在設(shè)計閥端節(jié)后的時候,盡量縮短液門和瓶口的距離,便于玻璃瓶里面的液體升到氣管位置的時候,可以利用玻璃瓶徑口的空間,高效壓縮氣體,平衡玻璃瓶內(nèi)外的灌裝氣壓,但出液體口的截面設(shè)計要適中,太大可能會形成截流現(xiàn)象,影響定量灌裝的精確度。

3.閥門啟閉結(jié)構(gòu)設(shè)計
玻璃瓶自動灌裝機(jī)閥門開閉的結(jié)構(gòu)設(shè)計,要求在控制升瓶結(jié)構(gòu)、固定擋塊、回轉(zhuǎn)撥叉、瓶內(nèi)充氣壓力,具體設(shè)計方法有以下幾種。
（1）升瓶結(jié)構(gòu)設(shè)計
升瓶結(jié)構(gòu)設(shè)計是通過控制閥體的可移動部分,沿著軸向直線移動,主要針對單移閥和多移閥,通過玻璃瓶的升降,用機(jī)械方式打開和關(guān)閉液閥,一般分兩次來完成控制動作,而且不需要另外增設(shè)控制結(jié)構(gòu)。為了便于打開玻璃瓶上面部位的氣閥,需要提高升瓶結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平。
（2）固定擋塊設(shè)計
固定擋塊設(shè)計是為了能夠控制閥體結(jié)構(gòu)可動部分的回轉(zhuǎn)擺動、徑向直線移動、軸向直線移動動作,需要將固定擋塊安置在灌裝機(jī)的轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)軌道旁邊,以控制閥門的開啟和關(guān)閉,其中壓力法單移閥和多移閥壓力的釋放都是采用固定擋塊進(jìn)行控制的,主要目的是防止玻璃瓶撤離時液閥仍然存在漏液現(xiàn)象,為了提高自控的效果,可以用氣動、電動、機(jī)械等方法,用固定擋塊防止灌裝的失控。
（3）回轉(zhuǎn)撥叉設(shè)計
主要針對閥體的清洗,玻璃瓶閥門的開啟和關(guān)閉,固定擋塊不能夠代替的時候,以及多移閥中氣閥的開啟和關(guān)閉,同樣可以用回轉(zhuǎn)撥叉來代替升瓶結(jié)構(gòu)的控制,只需要在設(shè)計的時候?qū)懿娣胖迷谶m當(dāng)?shù)奈恢蒙厦?就能夠克服升瓶結(jié)構(gòu)打開上端氣閥的阻力。
（4）玻璃充氣壓力控制的設(shè)計。
這種設(shè)計主要針對含氣飲料玻璃瓶自動灌裝機(jī),目的是控制灌裝過程中玻璃瓶里面氣壓和貯液箱氣壓的平衡,要求在打開液門的時候,液閥的彈簧可以自動打開,并自動完成灌裝,保護(hù)好玻璃瓶,同時,還可以確保玻璃瓶上面的孔洞不會漏液,提高自動灌裝時的穩(wěn)定性,這對彈簧的精度設(shè)計要求比較高。

4.閥門密封結(jié)構(gòu)設(shè)計
玻璃瓶自動灌裝機(jī)的閥門密封,其結(jié)構(gòu)設(shè)計是在安裝流體通路開關(guān)的基礎(chǔ)上,確保閥門不會漏氣或者漏液,其設(shè)計的主要部位是閥門打開和關(guān)閉的接觸面,其中包括可動部分和不動部分,尤其是貯液箱結(jié)合面和壓緊瓶口的接觸面,一方面是接觸平面的密封設(shè)計,可以采用密封材料壓緊密封,設(shè)計時只需要改變壓緊力,或者在磨損之后重新密封,就能夠滿足設(shè)計的要求,并延長接觸面的密封壽命,安全性和可靠性也比較高;另一方面是相對運動圓柱面的密封,采用自動型密封的方法,用密封材料進(jìn)行壓緊,以及利用密封材料的反彈力作用,防止閥門在運動磨損之后出現(xiàn)泄露現(xiàn)象,尤其是預(yù)緊力太大的情況下,更換密封材料之后,能夠使得磨損速度相對降低,大大提高閥門結(jié)構(gòu)的密封效果。