0 引言
直線式自動定量灌裝機屬機電氣一體化設備, 因其定量調整方便, 適應范圍廣而受到包裝市場的歡迎, 廣泛應用于白酒、礦泉水等液體的常壓灌裝;按照使用的定量閥的不同, 分為電磁閥類和氣動閥類, 電磁閥在灌裝過程中需要頻繁開閉, 易損壞, 因此逐漸被市場淘汰, 氣動閥則以清潔衛生、經久耐用而被用戶認可。下面以一種氣動角座閥直線灌裝機為例, 介紹其氣動控制系統的工作原理及系統方案。
1 直線式自動定量灌裝機的結構及其工作原理
1.1 直線式自動定量灌裝機的主要結構
直線式自動定量灌裝機如圖1所示, 分為電控部分、輸送部分、定位升降部分和灌裝部分。
(1) 電控部分由傳感器、PLC及觸摸屏等自控元件組成, 主要完成定量調整、自動控制任務; (2) 輸送部分由輸送機、出瓶氣缸、進瓶氣缸組成, 進瓶氣缸帶動進瓶門刀控制進瓶數量, 出瓶氣缸帶動出瓶門刀控制出瓶數量; (3) 定位升降部分由固定架、左右升降氣缸、升降導向桿、復位彈簧、彈簧調節螺母、升降絲桿、瓶口導向套組成。所有灌裝定量角座閥安裝在固定架上, 當灌裝瓶高不同時, 由升降調節絲桿帶動固定架上下移動調節高度;固定架在常態下是由左右復位彈簧壓緊在最上端位置, 當左右升降氣缸動作時, 固定架沿升降導向桿向下運動, 利用瓶口導向套將灌裝瓶口與灌裝嘴對正, 從而確保灌裝液不噴濺在瓶口外; (4) 灌裝部分由總進液角座閥及二位四通電磁換向閥、蓄液箱、灌裝定量角座閥組成, 總進液角座閥的開閉由蓄液箱內的浮球液位開關控制, 灌裝定量角座閥的開閉由PLC通過計算控制, 其開閉的時間的準確性直接影響到灌裝精度[1], 因此灌裝嘴出口直徑不宜過大 (以≤4mm為宜) 。
圖1 直線式自動定量灌裝機結構簡圖 下載原圖
1-總進液閥2-二位四通電磁換向閥3-二位三通電磁閥島4-灌裝定量角座閥5-輸送機6-儲氣罐7-氣源處理三聯件8-升降絲桿9-出瓶氣缸10-升降導向桿11-出瓶檢測光電開關12-固定架13-右升降氣缸14-彈簧調節螺母15-復位彈簧16-左升降氣缸17-進瓶檢測光電開關18-瓶口導向套19-進瓶氣缸
1.2 直線式自動定量灌裝機的主要工作原理
1.2.1 定量控制
文中示例的直線式灌裝機采用恒壓定時方式, 即在確保儲液箱液位相對穩定的情況下 (一般液位變動不超過10mm) , 將灌裝量轉換為氣動角座閥開閉時間, 從而實現定量灌裝的方式。首先根據經驗或現場測定的方式確定時間系數K, 用灌裝量L1除以時間系數K得到灌裝閥主開啟時間T1, 即T1=L1/K;由于各個灌裝閥通道直徑有偏差, 因此每個灌裝頭均應在主開啟時間T1的基礎上增加一個灌裝校正時間T2, 灌裝校正時間T2=灌裝校正量/K, 每個定量角座閥的總開啟時間T=T1+T2。
所有參數的設定均通過觸摸屏完成, 每個灌裝頭開閉時間的計算由PLC自動計算完成, 并最終使用這個時間控制氣動角座閥的開閉, 從而實現定量灌裝。經現場使用證明, 灌裝誤差不超過3m L (以灌裝量L1=500m L為例) 。
1.2.2 工作流程
灌裝機所有參數的設定在觸摸屏上完成, 灌裝機工作流程由PLC根據預設程序工作。如圖1所示, 當灌裝機啟動后, 輸送機啟動運轉, 出瓶氣缸關閉, 進瓶氣缸打開, 將灌裝瓶送至灌裝區, 進瓶檢測光電開關檢測到足夠的進瓶數后, 進瓶氣缸關閉, 輸送機停止, 左、右升降氣缸同時動作, 帶動固定架向下移動, 在確保所有灌裝瓶口進入瓶口導向套并到達下限位時, 全部灌裝定量角座閥開啟, 時間到達總開啟時間T后, 角座閥復位關閉。當全部灌裝定量角座閥全部關閉后, 左、右升降氣缸回縮, 固定架在復位彈簧作用下帶動灌裝閥向上移動, 在全部灌裝瓶口離開瓶口導向套并到達上限位時, 出瓶氣缸帶動出瓶門刀打開, 輸送機啟動, 當出瓶檢測光電開關檢測到全部灌裝瓶已移出灌裝區后, 出瓶氣缸關閉, 并進入下一輪工作循環[2,3]。
2 直線式自動定量灌裝機氣動控制系統方案
直線式自動定量灌裝機氣動控制系統原理圖如圖2所示。
圖2 直線式自動定量灌裝機氣動控制系統原理圖 下載原圖
2.1 氣源處理
空壓機送出的壓縮空氣進入氣罐后, 在安全閥和壓力繼電器的共同控制下, 得到壓力繼電器預設的壓力, 并經截止閥送出后, 經油水分離器和分水濾氣器進行過濾和凈化, 經減壓, 閥減壓后獲得氣壓傳動系統所需的穩定壓力氣源, 在氣路開啟的狀態下, 油霧器將潤滑油霧化后送入氣流中, 并送至相應的氣缸。
2.2 進出瓶氣缸
進、出瓶氣缸為雙作用氣缸, 由2個二位五通電磁換向閥控制, 負責帶動2個門刀對進出灌裝區域的瓶子進行分隔, 分別采用2個單向節流閥用于進出瓶氣缸開閉速度的調節, 單向節流閥1、3負責開啟速度的調節, 單向節流閥2、4, 負責關閉速度的調節。
2.3 左右升降氣缸
左右升降氣缸為單作用氣缸, 由2個二位三通電磁換向閥控制, 負責固定架水平上下移動, 向下移動時由壓縮空氣推動氣缸活塞向下移動, 向上移動時氣缸回縮, 由復位彈簧帶動固定架向上平移。通過彈簧調節螺母調節復位彈簧的壓力來控制固定架向上平移的速度。
2.4 定量控制角座閥
定量控制角座閥為單作用閥, 分別由二位三通電磁換向閥控制, 角座閥常態下為關閉狀態, 由角座閥彈簧將閥門關閉;閥門的開啟由壓縮空氣推動。二位三通電磁閥線圈由PLC輸出端Y控制, PLC根據計算出的開啟時間T值控制線圈的通斷, 從而達到控制角座閥的開啟時間的目的。為確保作用在每個定量控制角座閥上的氣源壓力穩定, 設備上將二位三通電磁閥集中安裝在閥島上, 由統一的氣源控制每一個定量控制角座閥。
2.5 總進液角座閥
在灌裝過程中總進液角座閥根據浮球開關檢測儲液箱液位完成開閉, 只要儲液箱液位變化不超過10mm, 可確保灌裝精度要求[4,5,6]。
3 結束語
采用機電氣一體化設計的直線式灌裝機, 適應瓶型廣, 設備故障率低。由于采用了電磁-氣控方式, 因此設備控制系統簡單、自動化程度高。靈敏的氣動控制系統也確保了灌裝精度的要求, 實現了安全生產和清潔生產。