果粒饮料盒中袋灌装机的设计及关键技术研究

摘要

盒中袋相对于普通包装能够延长果粒饮料的保存时间、方便运输，但是利用普通盒中袋灌装机灌装果粒饮料易出现果粒沉淀、压碎和阀道堵塞等问题。传统工艺采用果粒、饮料分步灌装的方法，但是该方法自动化程度低、工作效率低。为了更好的解决果粒饮料盒中袋灌装问题，本课题设计一种新型果粒饮料盒中袋灌装机。
　　首先，根据果粒饮料盒中袋灌装原理设计出灌装机机械系统，该系统主要由供料系统、灌装系统、机架结构以及检测系统组成，采用SolidWorks软件完成以上各系统的三维实体建模。
　　其次，通过FLUENT模拟仿真对灌装阀阀道结构进行参数优化，从而降低果粒饮料对灌装阀的冲击，提高灌装稳定性。选用正交试验设计方法，开展储液搅拌缸内果粒饮料的搅拌过程仿真分析研究。借助极差分析方法，研究分析各仿真变量对果粒含量的影响规律和影响程度主次顺序。结果表明:桨直径的影响程度最大，其次为搅拌速度，下层桨高度影响程度最小，选取最优参数，最终实现果粒含量4.71％-5.38％，满足要求。
　　最后，根据灌装机生产工艺要求，基于分块式编程思想将果粒饮料盒中袋灌装机控制部分划分为供料系统控制、灌装系统控制、称重系统控制三个模块。通过可编程控制器，采用增量式PID闭环控制分别对储液缸液位与灌装质量进行实时监测，使得灌装精度保持在0.5％以内。增设SMART LINE1000ie触摸屏为操作人员提供直观快捷的操作界面，使用人员可在操作界面直接控制果粒饮料盒中袋灌装机的运行。
　　对果粒饮料盒中袋灌装机样机进行调试、运行以及灌装实验，结果表明:该果粒饮料盒中袋灌装机运行稳定可靠，不仅满足预设生产要求，而且提高了果粒饮料的灌装效率、灌装质量、灌装自动化程度、扩宽了盒中袋的使用范围，为灌装机的继续研发提供了理论依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题的科学意义和应用前景

1．2 灌装机国内外研究现状

1．2．1 灌装机结构部分国内外研究现状

1．2．2 灌装机控制部分国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容和研究思路

1．3．1 论文的主要研究内容

1．3．2 论文的研究思路

1．4 本章小结

2 果粒饮料盒中袋灌装机的总体方案设计

2．1 引言

2．2 灌装机基本参数的确定

2．3 灌装机灌装工艺的确定

2．3．1 灌装方法的确定

2．3．2 定量方式的确定

2．4 灌装机的总体结构与工作原理

2．4．1 灌装机的总体结构

2．4．2 灌装机的工作原理

2．5 本章小结

3 果粒饮料盒中袋灌装机机械系统设计

3．1 引言

3．2 供料系统的设计

3．2．1 储液搅拌缸的设计

3．2．2 超声波液位检测装置的选择

3．2．3 输送管道的计算选择

3．2．4 输液泵的选择

3．3 灌装系统的设计

3．3．1 灌装阀的设计

3．3．2 加盖去盖机构的设计

3．3．3 气动回路的设计

3．4 机架结构的设计

3．5 检测系统的设计

3．6 本章小结

4 果粒饮料盒中袋灌装机关键结构的优化

4．1 引言

4．2 灌装阀阀道结构的优化

4．2．1 盒中袋灌装阀阀道模型及ICEM CFD前处理

4．2．2 灌装阀阀道流场控制方程的选择

4．2．3 建立求解模型

4．2．4 设定边界条件

4．2．5 模拟结果与数据说明

4．2．6 盒中袋灌装阀阀道结构优化方案

4．3 储液搅拌缸最优参数的选择

4．3．1 计算模型的选择

4．3．2 建立三维模型

4．3．3 搅拌工况下储液缸中流体的流动状态

4．3．4 网格划分

4．3．5 多重参考系法-MRF

4．3．6 RNGκ-ε模型

4．3．7 求解设置

4．3．8 模拟仿真分析

4．4 储液搅拌缸的参数优化

4．4．1 基于正交试验法的储液搅拌缸搅拌的数值模拟试验

4．4．2 确定试验指标

4．4．3 确定影响因子及水平

4．4．4 正交表的选取与实验结果

4．4．5 正交试验法步骤结果分析及优化方案的确定

4．5 本章小结

5 果粒饮料盒中袋灌装机控制系统设计

5．1 引言

5．2 灌装机控制系统方案确定

5．3 控制系统硬件设计

5．3．1 可编程控制器的选型

5．3．2 触摸屏的选型

5．4 控制系统软件设计

5．4．1 供料系统控制

5．4．2 灌装系统控制

5．4．3 称重系统控制

5．5 监控组态软件程序设计

5．5．1 主要控制界面的设计

5．5．2 地址分配

5．6 本章小结

6 果粒饮料盒中袋灌装机安装调试与运行

6．1 引言

6．2 果粒饮料盒中袋灌装机样机展示与实验

6．2．1 样机安装注意事项

6．2．2 样机展示

6．2．3 灌装实验

6．3 果粒饮料盒中袋灌装机的结构改进

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文情况