膏体产品气动连续灌装机设计

2011-07-25刘晖

液压与气动 2011年1期

刘晖

(华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640)

0 引言

对于医药(皮炎平、红霉素软膏、防冻霜、妇科用药等)、日化 (牙膏、鞋油、润肤霜、口红等 )、食品 (芝麻酱、甜面酱、番茄酱、奶油等)、化工(玻璃胶、密封胶、白乳胶等)、润滑油及特殊行业的膏体灌装，膏体灌装机是膏体生产厂家的必备设备，其性能的好坏直接影响膏体包装的定量、质量与美观[1]。为此，我们探讨设计一种膏体气动灌装机，在动力、控制及一些关键结构的设计上进行了创新。

1 工作原理及结构

本设计课题的工作对象为膏体，由于膏体的自主流动性差，强迫流动的阻力不大，我们采用图 1所示的计量与连续充填装置。

如图 1所示，料仓 2中的物料须由搅拌推进浆 3施加推进力，由配流阀 4进行强制配流。配流阀处于图示状态时，计量缸 5与料仓连通，计量缸驱动气缸带动计量缸右行抽吸，将膏体物料吸入计量缸内。配流阀 4逆时针转 90度，使计量缸与排料充装口 8连通，计量驱动气缸带动计量缸左行排料(充装)。针对不同的包装容量要求，可设置不同容积的计量缸，或者调节计量缸驱动气缸的行程，以满足不同容量的要求，灌装容量范围可调，可实现一机灌装不同容量的包装筒，使用十分灵活。要求特别纯净的产品，计量缸可以采用不锈钢制作。如果产品具有一定的腐蚀性，就灌装机自身来讲，可以考虑将缸体、调节杆、滑动活塞、上下端盖采用聚四氟塑料或其他耐特定产品腐蚀的材料制作。

图1 装置结构图

2 气动系统

气动系统因具有自洁性好、对环境要求不高、操作使用方便等特点被广泛应用于工业生产中[2]。但由于气体固有的可压缩性、气缸摩擦力的影响和气动系统的低阻尼特性等原因，导致气动系统刚度低、定位精度差，在活塞运动接近行程末端时，如不采取措施，易产生很大的冲击、振动、噪声或机件损坏。这不仅关系到工作环境和气动元件的工作性能，而且给计量缸的寿命等带来很大的影响。在系统设计时，我们已经在连杆末端触头安装了橡皮垫来实现减震和缓冲。此外，很重要的缓冲途径来自于气缸本身的缓冲功能和系统的缓冲。我们采用排气节流，如图 2所示。在安装调试时，分别调节两个节流阀的开口大小，可以实现对活塞杆双向运动速度的控制。

图2 气动系统原理图

3 系统的协调控制

气动伺服控制采用闭环式 PWM控制气动高速开关阀系统(结构如图 3所示)，因为其具有以下特点：1)结构简单，成本低，可靠性高;2)对工作介质的污染不敏感，对环境要求不高;3)抗干扰能力强，故障少，维护方便;4)易于实现计算机数字控制;5)阀的驱动电路简单[3]。

图3 气动高速开关阀系统

气动系统执行气缸必须相互协调一致，执行气缸工作状态和电磁阀通电状态工况如表 1所示。

表1 执行气缸工作状态和电磁阀通电状态

实现连续充装的循环工序为：配流阀驱动气缸电磁阀状态 1DT(+)，使计量缸与料仓相连→计量缸驱动气缸电磁阀状态 2DT(-)，从料仓抽取设定容量的物料至计量缸→配流阀驱动气缸电磁阀状态 1DT(-)，使计量缸与包装袋(筒)相连→计量缸驱动气缸电磁阀状态 2DT(+)，计量缸向包装袋(筒)充填产品。结合反馈测量元件(电磁限位开关、压力传感器等)实现每步工序之间协调一致，实现对膏状产品的连续分装。