2. Описание и принцип работы машины

Машина (рис.1) представляет собой моноблок, в котором на общем основании смонтированы фасовочная и укупорочная с турникетом части, имеющие общий привод.

Привод машины осуществляется от электродвигателя с вариатором через клиноременную передачу на редуктор карусели укупоривания, который одновременно является распределительным элементом передачи. От червячной передачи редуктора осуществляется привод элементов турникета и фасовочной части машины.

На стойках турникета смонтирован транспортер машины, по которому проходит цепь транспортного устройства линии. Цепь подсоединенного транспортера должна перемещаться с той минимальной скоростью, которая необходима для поступления достаточного количества бутылок.

Фасуемая жидкость поступает снизу по центральной питающей трубе. Распределительное устройство направляет жидкость в резервуар. Через газораспределительную часть распределителя происходит подача двуокиси углерода на клапан подачи газа (противодавление), воздуха к подъемным цилиндрам и отвод газовоздушной смеси от отводящего поплапкового клапана.

Принцип работы машины

Вымытые бутылки, пройдя контроль, транспортным устройством линии подаются к делительной звездочке, которая с определенным интервалом подает их в загрузочную звездочку турникета.

Звездочка загрузки выставляет бутылки на столики подъемных цилиндров карусели фасования, которые поднимают бутылки вертикально вверх в ловитель центрирующего колокольчика. При подъеме в крайнее верхнее положение достигается их герметизация с фасовочным патроном через уплотнитель центрирующего колокольчика и начинается осуществление процесса фасования продукта.

Вращаясь совместно с каруселью, кулачек механизма управления фасовочным устройством набегает на ролик механизма управления открыванием и поворачивается в положение, соответствующее открытию газового клапана соответствующего фасовочного патрона. При этом газовая смесь, из наджидкостного пространства резервуара, через газовую трубку фасовочного патрона устремляется в бутылку. После уравнивания давления в бутылке и наджидкостном пространстве резервуара автоматически пружиной открывается жидкостной клапан фасовочного патрона и через кольцевой зазор между горловиной бутылки и конусным кольцом газовой трубки жидкость начинает поступать в бутылку. После открывания газового клапана кулачок механизма управления патроном набегает на роликовый упор и переводится в нейтральное положение. При этом вилка механизма управления устанавливается в положение, обеспечивающее автоматическое закрывание газового и жидкостного клапанов фасовочного патрона. Это необходимо для того, чтобы исключить потерю продукта и давления газа в резервуаре при разрыве нестандартных бутылок под патроном во время уравнивания давления и наполнения бутылок.

Благодаря конусной манжете газовой трубки фасуемая жидкость направляется на стенку бутылки и стекает по ней в виде шатра равномерной пленкой, что обеспечивает спокойное заполнение бутылки и устраняет вспенивание продукта.

Во время наполнения бутылки газовая смесь из нее вытесняется через газовую трубку в наджидкостное пространство резервуара. Когда уровень жидкости достигнет отверстия в нижней части трубки и перекроет его, оставшийся в бутылке газ не может более вытесняться - фасование прекращается.

Продолжая вращение, заполненная до уровня бутылка подходит к механизмам закрывания клапанов и дросселирования, где происходит принудительное закрывание газового и жидкосного клапанов фасовочного патрона (закрывание патрона), а затем сброс давления газа из бутылки в атмосферу.

При дальнейшем движении под действием копира подъемные цилиндры опускаются, бутылки выходят из-под центрирующего колокольчика, центральной звездочкой турникета снимаются с карусели фасования и передаются на карусель укупоривания.

После вывода бутылки из-под фасовочного патрона производится продувка газовой трубки. Это осуществляется кратковременным открыванием газового клапана устройства продувки.

В случае поступления под фасовочный патрон бутылки со сколотым венчиком горловины или пробитой насквозь наполнение ее не произойдет, так как в такой бутылке не произойдет выравнивания давлений и открывание патрона не осуществиться. Это способствует уменьшению потерь продукта и помогает отбраковать дефектные бутылки.

Осколки стекла разорвавшихся при фасовании бутылок смываются струей воды. Управление смывом осуществляется оператором.

В укупорочном агрегате машины осуществляется укупоривание бутылок кроненпробками. Каждый укупорочный патрон по копиру опускается на стоящую под ним бутылку и обжимает кроненпробку по венчику горловины бутылки. После обжима укупорочные патроны копиром поднимаются вверх, укупоренные бутылки звездочкой выгрузки передаются на отводящее транспортное устройство линии.

Подача кроненпробок из бункера в укупорочные патроны осуществляется наборным устройством и пробкопроводом. При избыточном накоплении бутылок на отводящем транспортере блокирующее устройство останавливает машину.

3. Принцип работы и описание принципиальной схемы укупорочного агрегата

Агрегат укупорочный (рис.2) осуществляет укупоривание кроненпробками бутылок, поступающих с карусели фасования.

Он установлен на основании машины и поддерживается прикрепленным к плите турникета фланцем 12. Агрегат монтируется на неподвижной стойке 1, которая совместно с корпусом редуктора 2 прикрепляется к основанию машины. Редуктор укупорочного агрегата связан клиноременной передачей с электродвигателем.

На неподвижной стойке 1 установлена вращающаяся стойка 8, опирающаяся на упорный шарикоподшипник 3. К нижнему фланцу стойки 8 прикреплено червячное колесо 5. При помощи прокладок 7 производится регулировка зацепления червячной передачи редуктора. К последующим фланцам стойки 8 прикреплены зубчатые колеса 10, 11 для привода центральной и выгрузочной звездочек турникета и стол укупоривания 13. В столе укупоривания 13 и в прикрепленной к нему при помощи винтов накладке 14 имеются совмещенные отверстия, в которых установлены столики 16 и амортизирующие подушки 15. Благодаря этому обеспечивается сохранность бутылок при их укупоривании. Установленная на столе звездочка производит центрирование бутылок.

Имеющееся в столе лабиринтное уплотнение препятствует проникновению фасуемого продукта или воды при мойке к подшипнику скольжения. Вода, проникающая через столики, дренажным отверстием во фланце отводится из этой полости.

На вращающейся стойке 8 с помощью подвижного шпоночного соединения установлен корпус патронов 17, в котором размещены укупорочные патроны 18. В проточке корпуса патронов проставкой 23 закреплен совместно с шарикоподшипником 22 стакан 21, являющийся второй опорой корпуса патронов. На проставке закреплено зубчатое коническое колесо 24.

Стакан 21 внутренней поверхностью посажен на неподвижную стойку 1 и может перемещаться по ней при помощи подъемного винтового механизма 26, что необходимо для регулирования укупорочного агрегата по высоте.

К верхнему торцу стакана прикреплена опора 25, в которой закреплен привод 33, и установлен неподвижный копир 20 для укрепления подъемом и опусканием укупорочных патронов. На опоре установлен бункер с наборным устройством 32 и пробкопроводом 34 для подачи кронен пробок.

Для смазки подшипников стойки укупорочного агрегата на опоре предусмотрена масленка 28. При работе масло, стекая по стойке, смазывает ее поверхность и собирается в сборнике у ее основания и при помощи крана 4 сливается для восстановления и повторного применения.

Для того, чтобы бутылки не отбрасывались центробежным усилием, когда они не находятся в центральной или выгрузочной звездочках и не захвачены укупорочными патронами, в укупорочном агрегате предусмотрены направляющие для их удержания. Эти направляющие закреплены на фланце 12 и могут регулироваться с помощью имеющихся пазов.

Для достижения качественного укупоривания бутылок важно отрегулировать укупорочный агрегат по высоте.

Регулирование производится при помощи подъемного винтового механизма 26. Перед регулированием следует освободить винт механизма от гайки 31 и стопорной шайбы 29. Высота укупорочного агрегата должна быть установлена так, чтобы венец горловины бутылки входил в обжимное кольцо на 10-12 мм (расстояние между торцем горловины бутылки и нижней частью держателя пробок на выходе бутылки должно быть 17 мм). При высоком расположении укупорочного агрегата (горловина бутылки входит в обжимное кольцо менее чем на 10 мм) кроненпробки обжимаются недостаточно. При подъеме укупорочных патронов бутылки будут зависать в них, произойдет значительный бой.

При низком расположении укупорочного агрегата будет происходить интенсивный износ укупорочных патронов.

После регулирования винт подъемного механизма следует зафиксировать. Рекомендуется периодически приводить в движение подъемный механизм укупорочного агрегата, чтобы подвижные части не заклинило, чтобы они, в случае необходимости, работали надлежащим образом.

4. Описание принципа работы и конструкции укупорочных патронов

Патроны укупорочные (рис.3) предназначены для укупоривания бутылок. Они размещены в гнездах обоймы и при помощи роликов, перекатывающихся по профильной дорожке неподвижного копира, осуществляют вертикальное перемещение. При этом патроны перемещаются от верхних роликов 6, а с помощью нижних 7 происходит передача усилия для обжатия кроненпробок. На осях нижних роликов установлены подшипники 3. Подшипники перемещаются в направляющих планках, прикрепляемых к обойме, и тем самым удерживают узел от поворота вокруг оси. Составные части укупорочных патронов монтируются в корпусе 1. В корпусах размещаются направляющие 19 с подпружиненными плунжерами 14 и шариковыми фиксаторами. При помощи гаек 18 направляющие прочно удерживаются, а подвижным шпоночным соединением центрируются в корпусах. На плунжерах установлены резиновые кольца 22, препятствующие попаданию смазки из патрона на укупориваемые бутылки.

В держателях направляющих установлены обжимные кольца 24, при помощи винтов 26 прикреплены держатели пробок 25.

Специальные проточки в розетках держателей пробок образуют дорожку для кроненпробок. Для хорошего вхождения кроненпробок, в каждой розетке предусмотрен паз для выхода вытесняемого кроненпробкой воздуха, а для надежного удержания кроненпробок установлены (на клее водостойком) по два магнита 28 в радиальных направлениях. Установка магнитов производится по отношению друг к другу противоположными полюсами. При вращении укупорочного агрегата каждый укупорочный патрон под воздействием копира опускается на находящуюся под ним на столе укупоривания бутылку и конусной поверхностью розетки центрирует ее. Кроненпробка, находящаяся в держателе пробок, одевается на венчик горловины бутылок. Опускающееся обжимное кольцо находит на кроненпробку и обжимает ее. Полное обжатие кроненпробки завершается при углублении бутылки в обжимное кольцо на 10-12 мм. На такую же величину происходит перемещение плунжера 14, при этом запирающие шарики 16 фиксатора из зацепления не выходят. Усилие на укупоривание передается через шарики. После обжатия укупорочный патрон копиром поднимается вверх, а плунжер пружиной 10 выталкивает бутылку из обжимного кольца. При поступлении бутылок с завышенным размером по высоте плунжер переместится на величину свыше 12 мм, запирающие шарики выйдут из зацепления с кольцом упорным 15, усилие на укупоривание в дальнейшем начнет передаваться через пружину. Корпус 1 продолжит опускание самостоятельно. При этом движение направляющей 19 прекратится, плунжер войдя до упора во втулку 11 тоже прекратит перемещение и высокая бутылка не разрушится. После подъема укупорочного патрона подвижные части его возвратятся в исходное положение. Благодаря применению предохранительного устройства - шарикового фиксатора бутылка предохраняется от разрушения.

Пружина укупорочного патрона имеет значительную жесткость и, с целью исключения травмирования, сборку узлов производить только в специальном приспособлении.

При сборке патронов гайку 18 нужно затянуть до упора и закрепить стопорным винтом 23. При монтаже важно обеспечить соблюдение размера 495,5±0,15 мм. Регулировка производится путем поворота эксцентрика 5 верхнего ролика (эксцентриситет оси - е=0,8).

Регулировка эксцентриком производится при установке укупорочных патронов по линии направляющей дорожки розеток для кроненпробок с отклонениями по 0,15 мм в обе стороны, а также для компенсации износа деталей патрона в процессе эксплуатации.

Для демонтажа укупорочных патронов из обоймы следует поднять укупорочный агрегат на 25 мм относительно рабочего положения, снять звездочку стола. Затем после снятия оси 2 отсоединить эксцентрик 5 с роликом 6 и вынуть укупорочный патрон движением вниз.

5. Определение мощности двигателя и элементов исполнительного органа

Дан электродвигатель марки АИР 112 МА6.

Мощность - =3 кВт;

Частота вращения

Частота вращения с учетом скольжения

Частота сети f=50 Гц.

6. Расчет прямозубой цилиндрической передачи внешнего зацепления

Дано:

Р=3 КВт- мощность подводимая к валу шестерни,

n₁=16 об/мин- частота вращения шестерни, =48 - число зубьев шестерни,

=72 - число зубьев колеса, Модуль зацепления m=6.

-привод от электродвигателя.

По заданным числам зубьев определяем передаточное отношение:

Определяем частоты вращения и угловые скорости валов:

-ведущего:

-ведомого:

1.Проектировочный расчёт

Выбираем материал для шестерни и колеса (табл.1)

Таблица 1

Определение относительной частоты вращения шестерни и колеса:

Определение числа циклов перемены напряжений шестерни и колеса:

,

,

 - количество контактов зубьев шестерни и колеса за один оборот, количество оборотов принимаем равным 1, тогда:

, , ,

, , ;

Определяем допускаемые напряжения:

а) контактные:

,

где  - предел контактной выносливости,

 - коэффициент безопасности,

 - коэффициент долговечности, тогда

,

так как  и , то ,

,

для колеса -,

для шестерни - ,

,

в качестве расчётного принимаем ;

б) изгибные:

, где

, тогда

,

, так как , то ,

, ,

;

в) предельные:

,

.

Определение коэффициентов расчётной нагрузки:

Коэффициенты расчётной нагрузки соответственно при расчётах на контактную и изгибную выносливость равны:

,

,

где, k_А=1- коэффициент внешнего динамического нагружения для случая равномерно нагруженного движения;  - коэффициенты неравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий (при НВ>350 и Ψ_вd1=0.5), .35 - коэффициент динамической нагрузки для 8-ой степени точности,

k_Ha= k_Fa=1.25

,

.

Начальный (делительный) диаметр шестерни:

,

где,

,

 - коэффициент ширины шестерни относительно её диаметра,

, тогда

.

Модуль зацепления:

По ГОСТ 9563-60 округляем модуль до m=4 мм, но по начальным условиям m=6 мм, поэтому берем последнее значение модуля. Тогда

,

.Проверочный расчёт.

Проверка передачи на контактную прочность:

,

где ,

- коэффициент, учитывающий форму сопряжённых поверхностей зубьев,

 - угол наклона прямого зуба, - угол профиля зуба.

Для колес Е₁= Е₂=2,15 10⁵ МПа, Z_m=Ö Е/p(1-n²⁾-коэффициент учитывающий механические свойства материалов сопряжённых колёс;n=0.3 ( коэффициент Пуассона)_m=275(МПа)^1/2

При коэффициентах смещения X₁ +X₂ =0 Z_H=1.764- коэффициент формы сопряженных поверхностей зубьев.

- коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий, так как колесо прямозубое, то ;

Найдем окружную скорость:

,

уточним коэффициент расчётной нагрузки:

, где

- удельная окружная динамическая сила, где

 - коэффициент, учитывающий влияние вида зубчатой передачи и модификации профиля зубьев,

 - коэффициент, учитывающий влияние разности основных шагов зацепления зубьев шестерни и колеса, тогда

,

- удельная расчётная окружная сила в зоне наибольшей концентрации, где

 - полезная окружная сила,

 - ширина зубчатого венца, тогда

,

следовательно: ,

, ,

определяем удельную расчётную окружную силу:

,

Таким образом недогрузка 50%,

Для более рационального использования зубчатой передачи уменьшим ширину шестерни и колеса, чтобы действительные контактные напряжения приблизились к допускаемым.

Принимаем

тогда,

,

,

,

Таким образом перегрузка 3.8%,

.Проверка зубьев передачи на изгибную выносливость.

,

определим коэффициенты формы зубьев шестерни и колеса:

 для ,

 для ,

, ,

так как 91.78<92,то проверяем на прочность зуб шестерни:

,

, где

 - коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев, при 8-ой степени точности.

 - коэффициент, учитывающий наклон зубьев, тогда

.

4.Проверка на конструктивную и изгибную прочность при действии максимальной нагрузки (проверка на перегрузку, на предотвращение пластической деформации или хрупкого излома):

,

;

5.Определю геометрические и другие размеры шестерни и колеса:

диаметр вершин зубьев:

,

,

диаметр впадины зубьев:

,

,

, ,

определяем диаметр отверстия под вал в колесе:

,

, где

 , тогда

,

Принимаем d_в=70мм.

7. Проверочный расчёт вала

Определение реакций в опорах.

рис.5.1 Схема нагружения быстроходного вала

Окружная сила, действующая в зацеплении:

(кН);

(кН);

(кН);

Эквивалентная нагрузка:

,

где  - диаметр муфты._m=0.2*0.9055=0.1811(кН)

Найдём реакции связей:

.

(кН)

(кН)

Найдём моменты, действующие на вал, и построим эпюру моментов:

(Н/м);

(Н/м);

(Н/м);

(Н/м);

(Н/м);

(Н/м);

Расчёт на статическую прочность.

, где α₀=0

Проверка вала на выносливость.

Коэффициент запаса при одновременном действии нормальных и касательных напряжений

,

где - коэффициент запаса для нормальных напряжений;

- коэффициент запаса для касательных напряжений.

.

Здесь = 250 МПа - предел выносливости гладкого образца при симметричном цикле напряжений изгиба;

- эффективный коэффициент концентрации напряжений для детали.

= 5.28(МПа);

;

где = 1,69 - эффективный коэффициент концентрации напряжений для полированного образца;

 =0,85- коэффициент влияния абсолютных размеров детали.

= 1.09

= 1.1

Коэффициент запаса

= 3.95;

Коэффициент запаса для касательных напряжений

.

Здесь = 150 МПа - предел выносливости гладкого образца при симметричном цикле напряжений кручения;

- эффективный коэффициент концентрации напряжений для детали;

= 0 - коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений при кручении.

= 0.244(МПа);

,

где = 1,46 - эффективный коэффициент концентрации напряжений для полированного образца;

= 0,85 - коэффициент влияния абсолютных размеров детали.

= 1.09;

= 1.1;

= 1.63.

Коэффициент запаса

= 13.03

Коэффициент запаса при одновременном действии нормальных и касательных напряжений

8. Расчет и выбор подшипников по динамической грузоподъёмности

При частоте вращения n>=1(об/мин) подшипники выбирают по динамической грузоподъемности. Выбор подшипников по динамической грузоподъемности состоит в проверке его расчетной долговечности при заданных условиях работы.

Номинальная долговечность подшипника в миллионах оборотов:

,

где С - каталожная динамическая грузоподъемность данного типа размера подшипника, F - эквивалентная расчетная нагрузка на подшипнике, р - степенной показатель, для шарикоподшипников равный 3.

Номинальная долговечность подшипника L_h связана с долговечностью L зависимостью:

L_h=10⁶*L/60*n.

Для радиальных подшипников:

F=V*F_r*K_σ*K_т,

где F_r - радиальная нагрузка на подшипнике (качестве радиальной нагрузки на подшипник принимаем максимальную реакцию в опорах вала), V=1 - коэффициент вращения при вращении внутреннего кольца подшипника [2], K_σ =1.3 - коэффициент безопасности [2], K_т=1 (если t<150^oC) - температурный коэффициент [2].

На ведущем валу принят подшипник 204 ГОСТ 8338-75. Каталожная динамическая грузоподъемность С=33.2(кН).

.

Динамическую грузоподъемность определяют по формуле:

.

Здесь ,

где Ln -расчетный ресурс, n - частота вращения,  - коэффициент вводимый при необходимости повышения надежности [2],  - коэффициент учитывающий качество материала подшипников [2].

Принятый подшипник отвечает условиям задания по динамической грузоподъёмности.

9. Список используемой литературы

1. Анурьев В. И. «Справочник конструктора-машиностроителя»: В 3-х т. - Т. 1. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 736с.,ил.

. Анурьев В. И. «Справочник конструктора-машиностроителя»: В 3-х т. - Т. 2. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 559с.,ил.

. Анурьев В. И. «Справочник конструктора-машиностроителя»: В 3-х т. - Т. 3. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 557с.,ил.

. Бурляй Ю. В., Сухай Л.А. «Оборудование для укладки и упаковки штучных изделий в тару». М., «Машиностроение», 1975, 280с.

. Зайчик Ц. Р., Трунов В.А. «Упаковывание тихих напитков в бутылки». - М.:Дели, 2000. - 20с.: ил.

. Нахапетян Е. Г., Щербаков В.В. «Исследование взаимодействия механизмов автоматов». - Сб. «Теория машин автоматического действия», М., Наука, 1970. 280с.

. Шипинский В. Г. «Упаковка и средства пакетирования»: Учебное пособие./В. Г. Шипинский. - Мн.: УП «Технопринт», 2004. - 416с.:ил.

. Интернет.