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湖湖 南南 农农 业业 大大 学学 全全日日制制普普通通本本科科生生毕毕业业设设计计 啤酒瓶回收清洗机构设计啤酒瓶回收清洗机构设计 DESIGN OF RECYCLING AND WASHING MECHANISM FOR BEER BOTTLE 学生姓名学生姓名： 学学 号：号： 年级专业及班级：年级专业及班级： 指导老师及职称：指导老师及职称： 学学 院：院： 工学院工学院 湖南长沙 提交日期：2013 年 5 月 2 湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计 诚 信 声 明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工 作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 3 目 录 摘要1 关键词2 1 前言2 2 研究课题的提出2 2.1 课题研究的意义及现状2 2.2 国内外研究现状3 2.3 课题研究方向3 3 设计任务书4 3.1 设计题目及工作原理4 3.2 功能原理5 3.3 啤酒瓶回收清洗机的技术要求6 3.4 设计任务6 3.5 原始数据6 4 方案设计6 4.1 分析设计要求6 4.2 推瓶机构的选择7 4.2.1 自动上料装置中常见的几种机构7 4.2.2 方案的选择8 4.3 送料方式确定及数据计算9 4.3.1 送料方式的确定9 4.4 洗瓶机构的选择10 4.4.1 洗瓶装置简图10 4.4.2 洗瓶设计说明10 4.5 洗瓶总体方案设计11 4.5.1 总体方案及运动说明11 4 4.5.2 方案评估12 4.6 传动部分结构设计12 4.6.1 方案确定12 4.6.2 凸轮设计12 4.6.3 齿轮设计16 4.7 方案的可行性验算21 4.8 输入端方案确定及结构设计22 4.8.1 输入端结构设计计算22 4.9 输入端轴的设计计算23 4.9.1 轴的材料23 4.9.2 轴的各段直径的确定23 4.9.3 轴的各段长度的确定24 4.9.4 轴上零件的轴向定位24 4.9.5 轴的设计计算24 4.9.6 轴的强度校核26 5 结论27 参考文献 28 致谢29 0 啤酒瓶回收清洗机构设计啤酒瓶回收清洗机构设计 摘 要： 洗瓶设备主要用于啤酒瓶灌装前的清洗。机械生产中，工件的加工和装配过程的自 动化，不仅大大提高了生产率，把人们从繁重的劳动中解脱出来;而且对提高产品质量，降低成本、 促进产业结构的合理化起到了积极的作用。 该课题是啤酒瓶回收清洗机构设计。文中针对课题的设计要求设计了一款自动上料装置。该 自动上料装置采用不完全齿轮和凸轮机构的组合机构来获得较长的停歇时间。方案新颖，结构简 单、紧凑，其清洗时间与上下料时间的比值较大，能大大提高清洗的效率。文中详细的介绍了该 装置的设计思路及步骤。并将其分为 3 大部分：送料部分、传动部分和动力部分。文章主要针对 这三个部分进行方案分析、方案选择、零件参数的确定及数据计算、方案验证等。 关键词:啤酒瓶；洗瓶机；推瓶机构；凸轮机构；不完全齿轮机构； 1 Design of Recycling and Washing Mechanism for Beer Bottle Abstract: The washing bottle cleaning equipment is mainly used for washing beer bottle before filling. Not only could the automatization of the tools machining and the fitting improve productivity,but also could it advance the quality of the product and reduce the cost in the mechanical producting. My project mainly design an equipment which is used for beer bottle washing .This equipmengt use incomplete gears to cease ,and adopt cams for transport bearings.This design is creative.The structure is simple and compact. As the clearing time is more longer than the transporting time,the clearing efficiency could be developed rapidly.In the passage we could find the process of the design.It consist of three part,transporting ,driving and power.My passage primarily tell of scheme analyzing,scheme choosing and data accounting,scheme validating. Key words: Beer bottles;Rinsing machines; Push bottles of institutions;CAM mechanism; Incomplete gear mechanism. 1 前言 从上世纪九十年代以来，随着社会经济的高速发展，啤酒消费市场得到急剧扩大， 啤酒行业的成品酒包装形式日益多样化，已出现瓶装、罐装、桶装及 PE 瓶灌装等多 种啤酒包装形式。目前国内啤酒市场受消费习惯及生产成本等因素影响，仍以玻璃瓶 容器为啤酒灌装的主要包装形式。成品啤酒流入市场销售前通常有两类灭菌方式，一 类为高温(巴氏灭菌法)灭菌，行业上称为熟啤酒;另一类为低温膜过滤灭菌，行业上 称为纯生啤酒。现阶段纯生啤酒的市场份额占总啤酒销售量的百分之五，纯生啤酒的 灌装用瓶基本上是第一次投用的全新玻璃瓶或经过预洗的一级回收玻璃瓶。熟啤酒是 目前国内市场上的主流啤酒，占国内啤酒市场的总销售份额百分九十五。受生产成本 制约，熟啤酒的灌装用瓶除少量使用新瓶外，基本使用多次回收的旧玻璃瓶。 国内啤酒企业普遍使用的熟啤酒回收玻璃瓶经历成品消费、中转回收、场地储运、 清洗再生产、投放市场消费及再次回收等多次循环后，瓶源状况逐步转差。回收瓶均 有不现程度的沾污，需经过严格筛选，分别存放使用。正式生产过程中必须对回收旧 瓶进行碱浸泡消毒灭菌，并要求脱除旧瓶瓶身上的残留标纸及瓶内污物等，回收旧玻 璃瓶的工艺处理要求较高。旧啤酒瓶在清洗过程中会产生较多的碎玻璃、残标纸、污 泥及废碱液等杂物，生产现场的运行管理工作量较大，且啤酒瓶的冼净率低、能耗偏 2 高。通常洗瓶设备的能物耗消耗量占灌装生产线全线约百分之四十五。高能耗、低效 率等局面成为了困扰啤酒行业灌装生产线日常管理的难题。 本论文以啤酒生产企业的洗瓶设备为研究对象，通过对其实际运行状况进行分析， 从而找出影响啤酒瓶通用洗瓶设备的设计缺陷，为改善啤酒行业洗瓶设备的运行效率 及降低洗瓶设备的能物耗消耗提供切实可行的设计方案。 2 研究课题的提出 2.1 课题研究的意义及现状 啤酒瓶属于日用玻璃范围，是一种常见的普通钠-钙-硅酸盐玻璃，具有机械强度 高、化学稳定性好等一系列优质性能。啤酒瓶多为玻璃瓶，颈细下粗状，将空气抽出 后钉上瓶盖，方可出厂。喝完后啤空酒瓶可以被回收利用。在高温下同类汽水瓶容易 发生爆炸。啤酒瓶多用于庆祝活动，比如西方流行的开酒庆祝仪式正是利用啤酒瓶内 的气压把里面的啤酒喷出来，表示欢庆。就目前市场而言，啤酒瓶回收还是薄利行业， 主要原因是回收要求高造成的回收成本高。很多啤酒企业坦言，回收一个啤酒瓶的成 本有时比买一个酒瓶成本还高，这就造成很多企业不愿意进行酒瓶的回收再利用，造 成大量污染和浪费。为此，有效降低回收成本是酒瓶回收的关键。而在啤酒瓶回收的 工业加工过程中对成品质量影响非常大，轻则降低包装线的运行效率，增加水电汽等 运行成本；重则影响啤酒的生物稳定性甚至会造成投诉率上升，影响企业形象。由此 啤酒瓶回收清洗机便应运而生。啤酒瓶回收清洗机主要有以下优点：一、降低了人们 的劳动强度，提高了工作效益。二、清洗彻底，有效提高了卫生标准。 2.2 国内外研究现状 上世纪六、七十年代我国开始引入国外设备，并对设备进行了测绘仿制以及改良 完善，即消化吸收与自主创新阶段。此阶段设备运行速度先后经历了 8000, 1.2 万、 2 万、2.4 万、3.6 万、4.4 万等多品种及单端、卧式双端、立式双端等多种类型。上 世纪 70 年代中期第一代洗瓶机瓶盒排数为 16 排，主链瓶盒运行间歇动作，产量最高 为 8000 瓶每小时。由于本机具有结构简单，容易制造等优点，在计划经济时代仍占 据市场相当长的一段时间。第一代洗瓶机是现有洗瓶机的早期产品，生产速度低，主 链运动空运转行程对能耗浪费较大。 上世纪 80 年代，德国 SEN、 H如果采用四连杆机 构的功能原理，怎样实现推头推瓶的均匀速度和推头快速返回原位等等。在这些可能 的运动规律中，要找出一个适合客观规律的最优方案。 （3）进瓶机构的设计 洗瓶机如要进行生产，必须要有进瓶机构作为各工序间的 连接。另外进瓶机构还起到协调瓶流的作用，这意味着性能优秀的进瓶机构可以起到 提高生产线的产量、效率，甚至降低成本的作用。 （4）机构的分析和综合综合出合适的机构类型后，怎样进一步确定机构中各构 件尺寸和结构形状，也是一项要研究的问题。结合实际分析连杆机构的运动规律及外 型尺寸最终确定其整体外型尺寸。洗瓶机设备只用一个动力源，实现三个功能运动的 机构必须联动，井且其主要功作必须协调。 4 3 设计任务书 3.1 设计题目及工作原理 洗瓶机是由送料机构、推瓶机构、导辊机构和转刷机构共同来完成它的工作的。 根据下面洗瓶机工作情况示意图，首先是由推瓶机构以均匀的速度将瓶子推上工作台 （导辊)，推头的往复运动使瓶子一个一个不间断的送上工作台进行清洗工作，由于 瓶子是从静止到具有一定的速度，推头和瓶子之间必然存在着一定的冲击，所以就要 考虑推头的材料不能是刚性材料，要用其有一定韧性的塑性材料以保证在工作过程中 不至于将瓶子碰碎。第二，瓶子送到工作台的同时导辊己经进入了旋转的状态并且喷 水机构也开始对瓶子进行喷水，使瓶子随着导辊的旋转进行圆周运动，安装在导辊上 而旋转的转刷能够将瓶子的四周都能够清洗干净。如图所示。 图 1 洗瓶机工作示意图简图 Fig 3-1 Bottle washing machine working schematic diagram 3.2 功能原理 在实际工作中，要设计的机器往往比较复杂，其使用要求或工艺要求往往需要很 多的功能原理组合成一个总的功能原理。下面我们来分析一下洗瓶机是通过什么功能 原理来实现它所要完成的工作的。 首先推瓶机构所采用的功能原理是用机械能迫使瓶子由工作台的一侧运动到另一 侧，则要求有一个工作行程为 L 往返运动的推杆，同时推头在工作过程中要匀速，回 程时要快速，能够满足此运动规律可以有很多种，如可以设计成凸轮连杆机构等实现 其往复运动来完成其工作。要运用此功能原理来满足其工作需要，在运动规律设计方 而就要考虑用什么来带动凸轮机构的转动，一般我们都用电机来完成此项转动功能。 5 其次是转辊机构所运用的是机械的转动规律，也是机械运动中比较简单的运动规 律，只需要有一定的转动速度与推瓶机构、转辊机构相配合来实现洗瓶设各的整体工 作功能。它是有两个长圆柱型导辊旋转，带动瓶子旋转并且由导辊的一侧移动到另一 侧的，其中导辊只完成其中的