啤酒瓶洗瓶机说明书学士学位论文.doc

塔里木大学毕业设计
前 言

啤酒是人类最古老的酒精饮料之一，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料。啤酒是以大麦芽、酒花、水为主要原料，经酵母发酵作用酿制而成的饱含二氧化碳的低酒精度酒，被称为“液体面包”。啤酒乙醇含量极少，故喝啤酒不易醉人伤身，少量饮用反而对身体健康有益处，因此啤酒越来越成为了人们生活中最喜爱的饮料之一[1]。
啤酒行业也是食品行业之一，食品行业对卫生标准有十分严格的要求。每个涉及食品的企业都要根据相关部门的相关要求，定期对生产设备进行消毒清洗。啤酒生产商想方设法提高产量，降低生产成本。在这种刺激下啤酒生产设备不断更新换代，啤酒瓶洗瓶机也随之发展[2]。
根据啤酒瓶原料及外形，设计一种简易高效的啤酒瓶洗瓶机。本洗瓶机的工作原理：用槽轮机构间歇性地将污瓶进料、用凸轮连杆机构推动瓶子前进，在前进的过程中齿轮传动双辊机构使瓶子旋转，此时毛刷机构开始清洗瓶子外表面，这一过程结束时，推杆气压通入瓶子内表面。清洗结束后瓶子归位[3]。
本文所设计的啤酒瓶清洗机，结构简单可行，生产成本低，生产效率高。

关键词：清洗机；啤酒瓶；槽轮机构；凸轮连杆机构

目 录
1绪论 1

1.1课题的研究意义 1

1.2 啤酒瓶洗瓶机国内外现状及发展趋势 1

1.3国内啤酒瓶洗瓶机存在的问题 2

2传动方案的拟定 2

2.1 设计任务及技术参数 2

2.2 送料机构的说明 5

2.3 推瓶机构的说明 7

2.4送料机构的设计计算 7

2.5导辊机构的说明 8

2.6毛刷机构的说明 10

3主要零部件的选择与计算 11

3.1电动机的选择 11

3.2减速器的选择 11

3.3凸轮连杆机构的设计 11

3.4槽轮机构的设计计算 12

3.5V带的计算 13

总 结 15

致 谢 16

参考文献 17

1绪论
1.1课题的研究意义
随着社会的发展，人们的生活水平逐渐提高。酒类饮料特别是啤酒类饮料已经常为了人们最喜爱的饮料之一。逢年过节，总能在商店里或者家里看到成堆的酒类饮料。这其中，啤酒饮料占据了酒类饮料的半壁江山。啤酒中的乙醇含量相比白酒的少，故喝啤酒不但不易醉人伤身，还能养颜保健。在这种趋势下，啤酒需求量与日俱增，日益剧增的需求量刺激了啤酒包装的更新换代。啤酒生产商想方设法提高产量，降低生产成本。由此，啤酒瓶清洗机出现在我的视野中。我所设计的这种啤酒瓶洗瓶机有以下优点：
（1）降低劳动强度，提高工作效率；
（2）清洗彻底，有效提高卫生的标准；
（3）提升生产效益。使用这种洗瓶机，将会在市场中更具有竞争力，从而占据市场，获得经济利益[4]。
1.2 啤酒瓶洗瓶机国内外现状及发展趋势
1.2.1酒瓶洗瓶机国内现状
上世纪六、七十年代时，我国开始慢慢的引入国外洗瓶机，并对洗瓶机仿制和改良完善，即消化吸收与自主创新阶段。此阶段洗瓶机先后经历了很大的变化，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，主链甁盒运行间歇动作，产量最高为800瓶每小时。由于这种洗瓶机具有结构简单，方便制造等优点，在市场上占据了相当长的的一段时间[5]。
进入21世纪以来，洗瓶机设备取得了新的技术进步，现在已出现了采用无轴变频传动取代万向联轴节传动的新型传动洗瓶机，除标方式上出现了立式轴流泵喷冲，或对原有离心泵喷淋进行了完善升级[6]。
我们的国内洗瓶机市场发展比其欧美国家落后，而且我们国家的技术在一定程度上跟不上市场发展的需要，导致国内市场上的洗瓶机没有形成一定的强势资源，各个生产厂家技术保密，不能形成很好的信息交换和共享，导致市场上洗瓶机的发展参差不齐，功能不全面[7]。
1.2.2啤酒洗瓶机国外现状
拥有发达技术的国外企业促进了洗瓶机市场在国外的发展。新技术的发展也给洗瓶机的市场带来一股新的活力，特别是大量的企业采用新的计算机技术，二维的CAD早已在制造业普及，三维的设计也在慢慢推广。电气设计部分采用ED 等先进设计手段，引入定子调压和变频调速，PLC 参与系统控制，采用了大量高新传感元器件，实现了定位准确，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通过专家系统的应用，极大地推进了创新设计的进程，并且利用系统论和信息论等现代计算机应用技术研究成果，使得洗瓶机的创新设计开始向数字化化方向发展。
1.2.3啤酒瓶洗瓶机发展趋势
随着新世纪全球工业格局的新变化和我国工业技术水平的快速发展，洗瓶机市场近年来异常的活跃起来。现代计算机控制技术飞速发展，使得洗瓶机的设计在综合考虑控制系统安全性、可靠性、操作的舒适性、机构及结构广义优化等方面有了更高层次的要求。因此洗瓶机的设计必须从原来的常规设计模式中跳出来，用新观点、新原理、新方法、新技术、新工艺来设计适应新形势的新产品。未来洗瓶机的设计是基于现代设计理论和方法，应用微电子、信息、管理等现代科学技术，以提高产品质量、缩短产品开发周期[8]。
1.3国内啤酒瓶洗瓶机存在的问题
我国在包装技术这一块上相比其他国家起点低、起步晚，根据调查，存在着以下问题：
（1）洗瓶装置易碎瓶；
（2）安全性无保障；
（3）技术流转在各个小作坊，不能快速地实现共享和互换。
2传动方案的拟定
2.1 设计任务及技术参数
2.1.1设计任务
根据啤酒瓶的尺寸，设计全自动啤酒瓶清洗装置，其参数要求如下：
设计槽轮机构和凸轮机构，使其间歇式地运输瓶子、推动瓶子[9]。
（1）推瓶机构以均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后推头快速返回原位，准备进入第二个工作循环。
（2）按洗瓶速率每分钟3个的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回时的平均速度为工作时平均速度的三倍。
（3）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。
2.1.2啤酒瓶的参数
在设计开始之前，首先应明确此次设计所要服务的对象，了解其数据信息和基本特性。啤酒洗瓶机的对象是啤酒瓶，它的数据信息或物质特性直接决定洗瓶机的某些结构的设计。
本次设计主要针对啤酒瓶来进行设计，下面简单介绍一下啤酒瓶的基本参数。
根据实际测量得知啤酒瓶瓶底直径为70±1mm，瓶高285±1mm。啤酒瓶使用玻璃为制作材料，玻璃材料具有易碎的特性，所以在输送时不能承受太大冲击。
2.1.3啤酒瓶洗瓶机设计要求
啤酒瓶洗瓶机是由进瓶机构、推瓶机构、导辊机构和转刷机构共同完成工作的。首先是推瓶机构以均匀的速度将瓶子推上导辊，推头的往复运动使瓶子一个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，所以用橡胶制作推头，保证在工作过程中尽可能减少瓶子的破碎率。第二，瓶子送到工作台的同时导辊进入旋转的状态并且开始清洗瓶子。整体结构如下图所示。

1.带轮 2.皮带 3.小齿轮 4.V带 5.电机 6.减速器 7.减速器齿轮 8.传动齿轮 9.皮带 10.涡轮蜗杆 11.凸轮机构 12.连杆机构 13.导辊 14.导辊齿轮 15.锥齿轮 16导辊齿轮 17.内洗瓶机构 18.槽轮机构 19.涡轮蜗杆
图2-1 啤酒瓶洗瓶机整体图

1.机壳 2.输瓶板
图2-2 啤酒瓶洗瓶机外部图
方案运动说明：
首先需将瓶子放入传送带2上，通过进瓶机构间歇的送到导辊轨迹上，通过凸轮连杆组合机构带动毛刷插入瓶子，毛刷在导杆的推动和旋转下边前进边清洗内表面，推动瓶子沿导辊前进，再由外面转动的刷子将瓶子外表面洗净[10]。
由下列工艺动作过程来实现上述功能：
（1）皮带做间歇直线运动；
（2）瓶子由皮带滑动到导辊；
（3）内表面毛刷匀速推进瓶子内；
（4）推头作直线或者近似直线运动,将瓶子沿导辊推到指定的位置；
（5）推头沿直线运动推动瓶子移动的程中,瓶子同时跟着两同向转动的导辊转动；
（6）当瓶子沿导辊移动时将瓶子的外表面就清洗干净；
（7）离开皮带,而推瓶机构急回至推瓶初始位置,进入下一个工作循环；
（8）洗好的瓶子由斜面滑下，进入匀速转动的皮带送出。
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。以下介绍啤酒瓶洗瓶机是通过什么功能原理来实现其所要完成的工作的。
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。要完成这个功能就需要有一个工作行程为L往返运动的推头，同时推头在工作过程中要匀速，工作完回程时要快速。能够满足此运动规律的常见机构有曲柄-四杆机构或者凸轮连杆机构 [11]。
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备的整体工作功能。它是由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旋转功能，移动功能是由推瓶机构来实现的。
最后是转刷机构所采用的功能原理，它与导辊机构相同运用的都是机械的转动规律，与其不同的是转刷机构的旋转要有很高的速度来完成其对瓶子外壁的清洗工作。推瓶机构、导辊机构和转刷机构都是由一台电机来提供所有的机械转动规律的，这就要求我必须对它们深入分析、研究各构件之间运动规律的联系，进而的设计出符合其联动规律的整体设备，来满足预期想要实现的目标。
2.2 送料机构的设计
2.2.1间歇机构设计
槽轮机构由具有径向槽的槽轮2、带有圆销A的拨盘1和机架组成。拨盘1作匀速转动时，驱使槽轮2作时转时停的间歇运动。拨盘1上的圆销A尚未进入槽轮2的径向槽时，由于槽轮2的内凹锁住弧β时被拨盘1的外凸圆弧α卡住，故槽轮2 静止不动。图中所示位置是当圆销A开始进入槽轮2的径向槽时的情况。这时锁住弧被松开，因此槽轮2受圆销A驱使沿逆时针转动。当圆销A开始脱出槽轮的径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被拨盘1的外凸圆弧卡住，致使槽轮2又静止不动，直到圆销A再进入槽轮2的另一径向槽时，两者又重复上述的运动循环。这一机构构造简单，机械效率高，并且运动平稳。

1.拨盘 2.槽轮
图2-3 槽轮机构简图
我设计的是当主动拨盘（缺口圆盘）匀速转一周，从动槽轮转90°，而传动带的导杆也转过90°，而且要等于一个瓶子的长度 。所用时间是洗瓶装置的一个来回，即：
（2-1）
则主动拨盘角速度：
（2-2）
2.2.2进瓶装置简图

图2-4 进瓶装置简图
2.3 推瓶机构的说明
推瓶机构的方案选定：根据前述设计要求,推瓶机构应为一个具有急回特性的机构,为了提高工作效率,一是行程速比变化系数K尽量大一些；在推程(即工作行程)中,应使推头作直线运动,或者近似直线运动,以保证工作的稳定性。
推头的运动要求主要是满足急回特性,能满足急回特性的机构主要有曲柄滑块机构,曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构。
运用前述设计的思想方法以及在大学学习中的熟悉程度，再考虑到机构的急回特性和推头做往复直线运动的特点，在此选择凸轮连杆机构组合机构为推瓶机构设计方案。
2.3.1凸轮连杆机构组合机构的分析
要准确的实现给定运动规律及运动轨迹，凸轮机构是首选，因为盘形凸轮轮廓就是根据从动件运动规律来设计的，而任意平面轨迹总可以用
（2-3）
表示，因此把两个凸轮机构组合起来就可以准确实现轨迹。
2.4送料机构的设计计算

图2-5 进瓶机构示意图
在这里我选用槽轮间歇机构作为进瓶主要构件，负责把瓶子传送到洗瓶装置上。因为按照生产率为3/min得到每洗一个要20s，所以设计主动拨盘转一周所需时间为20s，这样从动拨盘就每20s转动90°，再让它转过90°时的路程等于一个瓶子的长度即285mm，则可以确定主动带轮1的直径，因为
（2-4）
得出
进瓶机构传动过程：进瓶机构借助大齿轮带动上图中小齿轮，又由小齿轮带动轴旋转，再由轴带动蜗轮蜗杆，然后蜗轮蜗杆带动上面的齿轮，再由齿轮带动间歇机构槽轮完成瓶子的输进。
2.5导辊机构的说明
2.5.1推瓶起点设计
（1）起点时的简图

图2-6 推瓶装置起点简图
（2）推瓶起点设计说明
上图是刚刚开始推瓶时候，推杆回到最左端，此时，刚好进瓶装置送下一个瓶子，内刷子随推杆插入瓶子内，刷毛选用软性材料制作而成，方便内刷子插入瓶内，这样随着凸轮带动推杆内刷子伸进瓶子内，等推头挡板抵到瓶口时，瓶子才受到推杆的推力，推头才会推动瓶子运动，进行外表面的清洗，一直到导辊完。
2.5.2推瓶终点设计
（1）推瓶终点设计说明
推瓶终点简图与推瓶起点简图类似。当推瓶推到终点的时候，推杆推到最右端，此时，瓶子在推杆的作用下，走到导辊末端，在重力的作用下，瓶子沿内刷子随刷杆滑入瓶子出瓶轨道内，刷杆和刷毛尽量选用软性材料，方便瓶子滑入出瓶滑道内，这样随着凸轮带动推杆往回运动，内刷子退出瓶子内，瓶子滑出内刷子后，瓶子落到出瓶滑道内，推头继续做回复运动，不过要避免死点的产生，才能稳定的进行下一个瓶子内外表面的清洗，一直循环工作。
2.6毛刷机构的说明
2.6.1外毛刷结构简图
外毛刷装置由三个毛刷轮组成，三个毛刷轮由齿轮带动，其传动方案如下图所示。

图2-7 外毛刷结构简图
2.6.2内毛刷结构简图

图2-8 内毛刷结构简图
如上图将推头设计成可以清洗瓶子内表面的刷子，它比瓶子的内径稍大一些，瓶子在进瓶机构的输送下开始进入洗瓶机构，在推头的作用下，后面又有洗外表面刷子的阻力，内刷子就可以很轻松的插入瓶内，待到推头的挡板抵到瓶口之后就可以推着瓶子走了。随着导辊的转动，瓶子内外表面都可以得到很好的清洗。
另外，值得注意的一点是，内刷子因为要伸到瓶子里面，所以要选用软一点刷子，内刷刷杆设计成管状，并且带有小孔，从端部对刷杆通入气压，可以把毛刷吹起来，同时，气压也有助于吹干净瓶子内表面。
3主要零部件的选择与计算
3.1电动机的选择
3.1.1选择电动机的类型
Y系列电动机具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，工作环境温度不超过+40摄氏度，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电压220V，频率50Hz[11]。
YZR系列为绕线转子电动机，YZ系列为笼型转子电动机。冶金及起重用电动机大多采用绕线转子，但对于30Kw以下电动机以及在起动不是很频繁而电网容量又许可满压起动的场所，也可采用笼型转子。
按照工作要求和条件，选用Y系列电机。通过考虑安全生产，生产效率等问题，选择Y132M2-6型电动机。
3.1.2确定电动机转速
根据工作条件，确定电动机转速为1440r/min，
3.2减速器的选择
根据啤酒瓶洗瓶机的工作环境和工作条件，选择较为实用的减速器。选择ZDY型减速器[12]。
3.3凸轮连杆机构的设计
3.3.1压力角的检验及机构尺寸的确定
为了防止自锁，保证凸轮机构正常工作并具有一定的传动效率，必须对压力角加以限制。凸轮轮廓曲线上各点的压力角一般是变化的，在设计时应使最大压力角不超过许用值。通常，对于直动从动件凸轮机构，取许用压力角[ɑ]=30°；对于摆动从动件凸轮机构，取许用压力角[ɑ]=45°。现确定直动从动件ɑ=17º<[ɑ]，摆动从动件ɑ=12º<[ɑ]。都符合许用值，且符合设计要求。
3.3.2机构尺寸的最终确定
表3-1 机构杆件设计参数
杆件代号
l1
L2
l3
设计参数值(mm)
900
600
135
表3-2 直动凸轮的设计参数
基圆半径

压力角
90mm

17°
表3-3 摆动凸轮设计参数
基圆半径
压力角
72mm
12°
3.4槽轮机构的设计计算

图3-1 槽轮机构计算示意图
槽轮槽数： （3-1）
根据结构简图及各构件尺寸得槽轮中心距，并将摩擦轮尺寸考虑进去得：
（3-2）
在此取
从动轮运动角： （3-3）

主动轮运动角： （3-4）

从动轮轴心到槽口长度： （3-5）

主动曲柄长度： （3-6）

滚子半径： （3-7）

取
锁止弧半径： （3-8）

取
槽轮上槽口至槽底深： （3-9）

周期 （3-10）
从动轮运动时间： （3-11）

从动轮停歇时间： （3-12）

3.5V带的计算
3.5.1已知条件
V带在载荷变动微小的情况下工作，所需传递的额定功率，小带轮转速为，传动比
3.5.2确定计算功率
= （3-13）

式中：计算功率，kw
工作情况系数，根据洗瓶机工作情况及查表得
所需传递的额定功率，
3.5.3选择V带的带型
根据及小带轮转速，选择A型V带。
3.5.4确定基准带直径，并验算带速。
（1）小带基准直径的初选。
根据V带带型，使， （3-14）
（2）验算带速v
由 （3-15）

（3）计算大带轮的基准直径
由 （3-16）

（4）确定中心距a并选择V带的基准长度
初选带传动中心距
由式 （3-17）
得
取
式中，初选的带传动中心距
（5）计算相应的带长
+ （3-18）

（6）计算中心距a
（3-19）

即中心距为432mm。

总 结
随着毕业的到来，毕业设计也接近了尾声。经过为期十二周的奋战，我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，通过这次毕业设计我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还有太多。本次设计主要是针对脏啤酒瓶设计的。总得来说通过这次毕业设计我体会到了学以致用的含义并学到了更多的知识。许多能力也在这次毕业设计中得到锻炼：
1、机械类方面的设计大体都一样，在弄清楚和计算好机械零部件的情况下，设计起来会相对得心应手。这次的毕业设计，因为在设计前就进行了深入了解，在设计中自然更加容易。如零部件该由什么材料制造，在以后设计中遇到相同的条件就可以选择相同的材料。
2、这次毕业设计也进一步加深了对槽轮机构和凸轮机构的理解和运用。因为在大二时期学过有关这两个机构方面的知识，通过这次设计更加的巩固了以前的知识并发现了间歇机构在生活中的好处，比如电影放映机卷片机构就是运用槽轮机构制作而成的。但是凸轮机构却是我这次设计中的重点和难点，由于学识有限，在这方面处理的不是很好。
3、经过调查发现市场上有很多种啤酒瓶洗瓶机，但是都是连续运转的，这样一来就加剧了机器的损坏。我所设计的是一种间歇性的洗瓶机，其不连续性可以给机器一个缓冲，降低损坏程度。
4、整机结构简单，都是利用我们生活中熟悉但是可能没有留意过的一些常用结构组合而成的，比如槽轮机构和凸轮机构。这两个机构在本设计中起到了非常重要的作用。虽然设计的不完美，但却是对大学四年所学知识的融会贯通。
5、随着生活的发展，人们对食品行业的要求越来越高。啤酒也是食品行业，设计一种高效清洗瓶子的机器能快速占领市场、提高人们的期望值、获得更高的利益，为人们的健康造福。
6、这次设计也提升了对一些绘图软件如AutoCAD和SolidWorks和办公软件Word、PowerPoint的熟悉和运用。

致 谢
这次的毕业设计是在安静老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。从毕业设计选题到设计完成，安静老师都给予了我耐心的指导与细心的关怀。正是因为安静老师的耐心指导与细心关怀我才不会在设计的过程中迷失方向，失去前进的动力；最终顺利完成毕业设计。在为期一年的毕业设计中，安静老师严肃的科学态度、严谨的治学精神和精益求精的工作作风都深深地感染了我，这些都是我所需要学习的。感谢安静老师给予了我这样一个学习机会，谢谢！
感谢与我并肩作战的舍友与同学们！每当我在毕业设计中遇到困难时，他们总能无私地帮助我、指导我，使我通过这次毕业设计学到了更多的知识。特别感谢机械电气化工程学院，四年里，我在这个大家庭里逐渐成长，变得成熟。尤其是我的代课老师，他们或风趣或幽默，或严谨或认真，都深深地感染了我，对我以后的工作无疑会起到巨大的帮助。再次感谢！

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