高速玻璃啤酒瓶理瓶机机械系统设计及技术研究.pdf
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1、学校代码:10 2 55学号:2 0 8 0 517高速玻璃啤酒瓶理瓶机机械系统设计及技术研究M E C H A N I C A LS Y S T E MD E S I G NA N DK E YT E C H N O L O G YR E S E A R C HO NH I G H S P E E DG L A S SB E E RB O T T L EU N S C R A M B L E R专业:机械设计及理论指导教师:毛立民作者姓名:胡瑞华答辩时间:2 0 10 年3 月东华大学学位论文原创性声明IIII lUUlIIIIIIIIIUIY 2 13 5 6 7 6本人郑重声明:我恪守学
2、术道德,崇尚严谨学风。所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写,我对所写的内容负责,并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:嘲鳓锋日期:矽f 年了月;j 日I t 一r9。0一卜东华大学学位论文版权使用授权书皂学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同1 i c。意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采
3、用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口,在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密d o学位论文作者签名:川踢彳日期:力口l|年子月;1 日将撕繇劢彩日期:仞够月目兽ffv-东f 仁人学f 映f j 学位论文摘要高速玻璃啤酒瓶理瓶机机械系统设计及技术研究摘要啤酒瓶理瓶机是现代化啤酒包装生产线的配套设备,其功能是对杂乱的回收啤酒瓶进行整理,使瓶体依照特定的次序排列,以满足后道工序的使用要求。目前,国内啤酒包装以玻璃瓶为主,而现有的玻璃啤酒瓶理瓶技术并不成熟,相应的理瓶机产品存在或多或少的缺陷,如结构复杂、体型庞大、价格昂贵、可靠性差,并不能满足高速生产或符合企业需求。因此,对
4、玻璃啤酒瓶理瓶机机械系统进行深入的研究有较强的现实意义与迫切性。本课题旨在研制出一套符合国内企业需求的高速玻璃啤酒瓶理瓶设备,使机器理瓶取代传统的人工理瓶,提高啤酒包装生产线的生产效率及自动化程度,同时提升啤酒生产企业的经济性及市场竞争力。课题之初,进行了大量的前期调研工作,分析、比较了国内外现有相关玻璃瓶理瓶技术及产品的功能特性与优缺点,并结合国内啤酒生产企业的实际情况,确定了水浮式玻璃啤酒瓶理瓶机机械系统的设计方案。为了确保水浮式理瓶的可靠性,从理论上对水浮式理瓶机的工作机理及理瓶过程中可能会影响理瓶效果的众因素进行了深入的分析研究,为啤酒瓶瓶体运动路线的合理规划及水浮式理瓶机的结构设计提
5、供了可靠的理论依据。在以上基础上,对水浮式理瓶机的主要参数进行了详细验算,细化了理瓶机各部分的结构,并应用S o l i d W o r k s 软件完成了水浮式理瓶机三维模型的建立及相关图纸的绘制。最后,应用多体动力学软件R e c u r D y n 对水浮式玻璃啤酒瓶理瓶机出瓶系统部分进行了动力学建模与仿真,虚拟呈现了出瓶系统的工作过程,得到了出瓶系统运行过程中相关参数的变化曲线,验证了出瓶方案的可靠性,为出瓶系统的进一步优化设计提供了有效的理论依据。关键词:理瓶机;玻璃啤酒瓶;高速;水浮;多体动力学;R e c u r D y na量东华人学硕lj 学位论文摘曼M E C H A N
6、I C A LS Y S T E MD E S I G NA N D K E YT E C H N O L O G YR E S E A R C HO NH I G H S P E E DG L A S SB E E RB o T T L EU N S C R A M B L E RA B S T R A C TB e e rb o t t l eu n s c r a m b l e ri sa na u x i l i a r ye q u i p m e n to fm o d e mb e e rp a c k a g i n gp r o d u c t i o nl i n e,w
7、 h i c hi su s e dt ou n s c r a m b l et h em i x e da n dd i s o r d e r e dr e c y c l i n gb e e rb o t t l e sa r r a n g i n gi ns p e c i f i cs e q u e n c e,i no r d e rt os a t i s f yt h er e q u i r e m e n ti nn e x tw o r k i n gp r o c e d u r e C u r r e n t l y,i tg e n e r a l l yu
8、 s e sg l a s sb o t t l ef o rb e e rp a c k a g i n gi nd o m e s t i c,w h i l et h ee x i s t i n gt e c h n o l o g yf o ru n s c r a m b l i n gg l a s sb e e rb o t t l ei sn o tm a t u r e,S Ot h eu n s c r a m b l e rp r o d u c t sh a v em o r eo rl e s sd e f e c t s,s u c ha sc o m p l e
9、 xs t r u c t u r e,l a r g es i z e,h i g hp r i c ea n dp o o rr e l i a b i l i t y,w h i c hc a nn o ts a t i s f yt h eh i g h s p e e dp r o d u c t i o no ri na c c o r d a n c ew i t ht h eb u s i n e s sn e e d s T h e r e f o r e,i n d e p t hr e s e a r c hf o rt h em e c h a n i c a ls y
10、 s t e mo fg l a s sb e e rb o t t l eu n s c r a m b l e rh a ss t r o n gp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n du r g e n c y T h i sp r o j e c ta i m st od e v e l o pah i g h s p e e dg l a s sb o t t l e su n s c r a m b l e ri na c c o r d a n c ew i t ht h ed o m e s t i ce n t e r p r
11、 i s en e e d s,b yu s i n gm a c h i n eo p e r a t i o ni n s t e a do ft r a d i t i o n a lm a n u a lo p e r a t i o nt oi m p r o v ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n da u t o m a t i o no fb e e rp a c k a g i n gp r o d u c t i o nl i n e,a n dt oi n c r e a s et h ee c o n o m ya n
12、dm a r k e tc o m p e t i t i v e n e s sf o rb e e rp r o d u c t i o ne n t e r p r i s e A tt h eb e g i n n i n go ft h i sp r o j e c t,ag r e a td e a lo fp r o p h a s er e s e a r c hw o r kh a sb e e nd o n e,t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fe x i s t i n gg l a s sb
13、 o t t l eu n s c r a m b l i n gt e c h n o l o g ya n dp r o d u c t si nd o m e s t i ca n df o r e i g nh a v eb e e na n a l y z e da n dc o m p a r e d,a n dt h em e c h a n i c a ls y s t e md e s i g ns c h e m eo fw a t e r-f l o a t i n gg l a s sb o t t l e su n s c r a m b l e rc o m b i
14、 n e dw i t hb e e rp r o d u c t i o ne n t e r p r i s e sa c t u a ls i t u a t i o ni nd o m e s t i ch a sb e e nd e t e r m i n e dI no r d e rt oe n s u r et h er e l i a b i l i t yo fw a t e r-f l o a t i n gu n s c r a m b l e r,i n d e p t ha n a l y s i so nt h ew o r k i n gp r i n c i
15、p l ea n df a c t o r sw h i c hm a yi n f l u e n c eu n s c r a m b l ee f f e c to fw a t e r-f l o a t i n gg l a s sb o t t l e su n s c r a m b l eh a sb e e nd o n e,w h i c hp r o v i d e dr e l i a b l et h e o r yb a s i sf o rb e e rb o t t l eo p e r a t i o nr o u t ep l a n n i n ga n
16、ds t r u c t u r ed e s i g n0 nt h i sb a s i s,r e l a t e dp a r a m e t e r sa n de a c hd e t a i l e dp a r ts t r u c t u r ef o rw a t e r-f l o a t i n gu n s c r a m b l e rh a v eb e e nc a l c u l a t e d,t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e lo fw a t e r-f l o a t i n gu n s c r a m b
17、 l e ru s i n g3 Dd e s i g ns o f t w a r eo fS o l i d W o r k sh a sb e e nc o n s t r u c t e d胁l l y,t h ed y n a m i cm o d e l。f b。t t l e。u t p u ts y s t e mw h i c hw a su s e di nw a t e r-n o a t i 艘l Ih i g h s p e e dg l a s sb e e rb o t t l eu n s c r a m b l e rh a sb e e nb u i l t
18、a n ds i m u l a t e db yt h em u l t i-b o d yd y n a m i cs o f t w a r eR e c u r D y n,i tr e p r o d u c e dt h em o v e m e n to fb o t t l eo u t p u ts y s t e me f f e c t i v e l y F u r t h e r m o r e,r e l a t e dp a r a m e t e rv a r i a t i o n sc a r v eh a so b t a i n e dw h e nb
19、o t t l eo u t p u ts y s t e mi sw o r k i n g,t h ed a t ao fs i m u l a t i o na l s ov e r i f i e st h er e l i a b i l i t yo fc o n v e y i n gp r o c e s sa n dp r o v i d e sv a l u a b l et h e o r e t i c a lb a s i sf o ro p t i m i z a t i o n K E YW O R D S:U n s c r a m b l e r;G l a
20、s sB e e rB o t t l e;H i g l l-S p e e d;W a t e r-F l o a t i n g;M u l t i-B o d yD y n a m i c s;R e c u r D y n目录摘要IA B S T R A C T I I第一章绪论11 1 引。言11 2 课题研究背景21 2 1 现代化啤酒包装流水线简介21 2 2 啤酒瓶理瓶机的引进31 2 3 现有理瓶机产品分析31 3 课题研究意义和内容71 4 本章小结8第二章高速玻璃啤酒瓶理瓶机机械系统方案设计92 1 引一言92 2 典型理瓶机工作原理92 3 玻璃啤酒瓶理瓶技术路线1
21、02 4 高速玻璃啤酒瓶理瓶机机械系统方案设计1 12 4 1 相关专利技术112 4 2 机械式理瓶系统方案132 4 3 混合式理瓶系统方案162 4 4 水浮式理瓶系统方案172 4 4 设计方案评价192 5 本章小结2 0第三章水浮式高速玻璃啤酒瓶理瓶机关键技术分析2l3 1 引言213 2 水浮式理瓶机工作机理的研究2 13 2 1 啤酒瓶参数与模型2 13 2 2 实验数据2 33 2 3 瓶体竖立原理2 33 2 4 瓶体稳定性分析2 43 2 5 结论2 73 3 瓶体在流体中的漂浮特性2 7l V东f 仁人学顺l:学位论文目录3 3 1 物体漂流的最大速度2 93 3 2
22、物体漂流的速度变化曲线2 93 3 3 结论3 03 4 本章小结3 1第四章水浮式高速玻璃啤酒瓶理瓶机结构设计3 24 1 水浮式玻璃啤酒瓶理瓶机总体设计3 24 1 1 瓶体运动3 24 1 2 总体结构3 24 1 3 操作流程3 34 2 立瓶系统的设计3 44 2 1 预整理区域3 44 2 2 立瓶区域3 54 2 3 储存缓冲区域3 84 2 4 立瓶系统总体水位分析3 84 2 5 部分元器件的选用4 04 3 出瓶系统的设计4 24 3 1 送瓶装置的设计4 34 3 2 输送链的设计4 64 3 3 落瓶装置的设计4 94 3 4 传动的布置5 04 3 5 电机的选用51
23、4 4 本章小结5 2第五章水浮式高速玻璃啤酒瓶理瓶机出瓶系统动力学仿真5 35 1 引言一一5 35 2R e e u r D y n 软件概述5 35 3 出瓶系统建模理论5 45 3 1 建模流程5 55 3 2 链条的建模5 75 3 3 链节间的力5 95 3 4 接触碰撞6 05 3 5 线性衬套6 15 4 出瓶系统动力学仿真6 25 4 1 送瓶装置可靠性分析6 25 4 2 输瓶链动态性能分析6 6V查竺叁兰堡土堂篁笙苎目录一一!:5 4 3 落瓶装置稳定性验证7 15 5 本章小结7 2第六章总结与展望7 36 1 课题总结7 36 2 未来工作的展望7 3参考文献一7 5
24、攻读硕士学位期间发表的学术论文7 8致谢7 9V IF东华人学颂,I:学位论文第一章绪论1 1 引言第一章绪论弟一早珀了匕包装机械是包装工业的配套设备,在轻工机械中占有重要的地位。多年来,包装机械为包装工业提供了重要的技术保障,对包装工业的发展起着重要的作用。我国的包装机械从无到有,从小到大,从仿制到自主研发,经过多年来的发展,如今已初具规模【l】。理瓶机(U N S C R A M B L E R)作为包装机械领域近年来出现的新产品,它的出现不但对现有的包装机械种类进行了丰富与拓展,而且将有效提高包装生产流水线的生产效率与自动化程度。顾名思义,理瓶机是对杂乱无章堆放于料箱内的待处理瓶体进行整
25、理,使其按一定的次序、方向排列,以满足下一道工序要求的机械设备。国内理瓶机的大规模使用最早是在制药行业,出于对卫生的特殊性要求,使得理瓶机成为制药行业的唯一选择,用以取代以前的手工操作,理瓶机的出现有效改善了制药行业的生产状况。抛开制药行业的特殊性要求,理瓶机的高效、节能、自动化程度高等一系列优异特性引发了各相关行业的关注,饮料、乳品、啤酒等行业相继在自身生产线上引进理瓶机,一个理瓶系统革新的时代来临了。理瓶机的显著特点和重要性大致有以下三点:(1)提高包装加工流水线的工作效率;(2)保证被充填物特别是食品和药品的卫生清洁度;(3)提高和完善包装机械全面自动化程度。同大多数新产品一样,初期的理
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