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 摘  要：對(duì)液體自動(dòng)灌裝機(jī)中氣缸出現(xiàn)的爬行現(xiàn)象進(jìn)行了研究與分析，并提出了解決氣缸爬行的措施。

　　關(guān)  鍵  詞：灌裝機(jī)；氣缸；爬行；負(fù)載

　　1 引  言    

    液體自動(dòng)灌裝機(jī)是向容器灌裝洗滌劑、化學(xué)制劑、飲料、藥液等液體的裝置。它既能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)灌裝，又能進(jìn)行每一工序的手動(dòng)操作，能灌裝不同高度和容量的容器。液體自動(dòng)灌裝機(jī)的流程如圖1。其工作程序如下：(1)按下氣動(dòng)信號(hào)后，儲(chǔ)液罐升降氣缸A活塞桿退回，儲(chǔ)液罐和輸液管下降；(2)輸液管插入各容器內(nèi)，灌裝閥開(kāi)關(guān)氣缸B缸活塞桿退回，開(kāi)啟各輸液管的出口閥，液體注入容器；(3)氣缸B活塞桿伸出，出口閥關(guān)閉；(4)A缸活塞桿伸出，儲(chǔ)液罐和輸液管上升，儲(chǔ)液罐開(kāi)始補(bǔ)充液體；(5)儲(chǔ)液罐和輸液管上升到zui高位置，左擋位氣缸C活塞桿伸出，右擋位氣缸D活塞桿退回，輸送帶輸出已灌滿(mǎn)的容器；(6)氣缸C活塞桿退回和氣缸D活塞桿伸出，輸送帶輸入空容器。灌裝機(jī)完成了一個(gè)工作循環(huán)，即實(shí)現(xiàn)了容器的一次灌裝。    

    在一個(gè)工作循環(huán)中，氣缸B活塞桿由退回到伸出狀態(tài)由延時(shí)控制實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)延時(shí)時(shí)間的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同容量容器的灌裝。通過(guò)調(diào)節(jié)氣缸A行程閥的發(fā)信號(hào)位置，達(dá)到對(duì)不同高度容器的灌裝。儲(chǔ)液罐補(bǔ)充液體和輸出容器的時(shí)間必須控制在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)完成。氣缸C、D的活塞桿狀態(tài)轉(zhuǎn)變也由延時(shí)控制實(shí)現(xiàn)。   
 
    在灌裝機(jī)的工作過(guò)程中，氣缸輸出的力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。在氣動(dòng)系統(tǒng)中，由于負(fù)載及供氣的原因使氣缸活塞忽走忽停的現(xiàn)象，叫氣缸的“爬行”。灌裝機(jī)采用的是時(shí)間程序控制，如果上述氣缸中的某個(gè)或幾個(gè)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，將會(huì)延長(zhǎng)氣缸的動(dòng)作時(shí)間，從而導(dǎo)致灌裝機(jī)產(chǎn)生干涉、誤動(dòng)作，如灌裝容器輸送不到位、物料漏灌或灌在容器外等。為了減少或避免這種情況的發(fā)生，本文對(duì)灌裝機(jī)氣缸產(chǎn)生爬行現(xiàn)象的原因作逐一分析，并提出相應(yīng)的解決措施。

　2 爬行原因    

　　(1)灌裝機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)壓縮空氣達(dá)不到工作要求   
 
    當(dāng)氣源供氣壓力和流量不足，導(dǎo)致灌裝機(jī)氣缸工作壓力低于zui低使用壓力時(shí)，氣缸易產(chǎn)生爬行；同時(shí)，氣源中的水分、灰塵、油污、雜質(zhì)聚積于氣缸工作腔內(nèi)，使活塞或活塞桿工作表面銹蝕，加大了缸筒和活塞密封圈、活塞桿和組合密封圈之間的摩擦力，也會(huì)引起氣缸的爬行。    

　　(2)灌裝機(jī)氣缸內(nèi)泄大(即活塞兩側(cè)竄氣)    

    當(dāng)密封圈出現(xiàn)擠出、老化、回轉(zhuǎn)、表面損傷、膨脹、粘著變形等損壞現(xiàn)象時(shí)，將造成氣缸內(nèi)泄，導(dǎo)致氣缸難以升壓或升壓很慢，從而使氣缸出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。另外如果活塞配合面有缺陷、雜質(zhì)擠入密封面或者活塞被卡住，氣缸滑動(dòng)部件摩擦力將會(huì)增大，此時(shí)氣缸也會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。

　　(3)灌裝機(jī)氣動(dòng)回路中耗氣量及負(fù)載變化過(guò)大    

    當(dāng)氣動(dòng)回路中的耗氣量變化很大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致灌裝機(jī)氣缸供氣不足，而產(chǎn)生爬行。另外，灌裝機(jī)儲(chǔ)液罐等容器負(fù)荷變化太大、氣缸有橫向載荷以及在安裝過(guò)程中出現(xiàn)的種種問(wèn)題(諸如：氣缸安裝位置偏移、導(dǎo)軌或滑塊夾得太緊、導(dǎo)軌與氣缸不平行、活塞或活塞桿在裝配中出現(xiàn)偏心等)都會(huì)使氣缸負(fù)載波動(dòng)加大，活塞受力不穩(wěn)定，從而出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。

　　3 消除爬行的措施

　　3．1  調(diào)整氣源供氣壓力和流量    

    在設(shè)計(jì)時(shí)要正確確定灌裝機(jī)氣源消耗量，合理選擇空壓機(jī)的容量。選擇空壓機(jī)的根據(jù)是灌裝機(jī)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)所需的工作壓力和流量?jī)蓚€(gè)主要參數(shù)。計(jì)算耗氣量時(shí)，應(yīng)將其壓流量換算成自由空氣流量，即一個(gè)大氣壓力下的流量。壓縮空氣與自由空氣的體積流量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：
式中Qz——自由空氣的體積流量(m3／min)；    
　　Qy——壓縮空氣的體積流量(m3／min)；    

　　pc——空壓機(jī)的輸出壓力(MPa)。假設(shè)灌裝機(jī)中單臺(tái)氣動(dòng)設(shè)備(氣缸、氣閥等)需要的平均耗氣量為Q1，則空壓機(jī)總站的供氣量為

式中：Ql——空壓機(jī)總站的供氣量；    
　　φ——考慮到灌裝機(jī)全部氣動(dòng)裝置不會(huì)同時(shí)用氣的利用系數(shù)，φ＝0．3~1．0；    

　　K1——考慮磨損的系數(shù)，K1＝1．2～1．5；    

　　K2——考慮增加新設(shè)備的備用系數(shù)，K2＝1．2～1．6；    

　　K3——考慮各班次用氣量不等的不均勻系數(shù)，K3＝1．2~1．4?？諌簷C(jī)的輸出壓力pc為

式中pc——空壓機(jī)的輸出壓力，MPa； 
   
　　pm——灌裝機(jī)氣動(dòng)執(zhí)行元件的zui高使用壓力，MPa；  

 ——系統(tǒng)的總壓力損失，MPa。一般情況下，令 

 =（0.15~0.2）MPa    

  另外，增設(shè)一定容積的氣罐也可以提高氣缸的工作壓力。

　　3．2  提高空氣凈化程度    

    為了控制壓縮氣體的水分、油污、灰塵、雜質(zhì)含量，提高壓縮空氣的質(zhì)量，灌裝機(jī)氣源裝置應(yīng)設(shè)置除油污、除塵、除水分、干燥等凈化輔助設(shè)備：    

　　(1)除水分  將后冷卻器安裝在空壓機(jī)出口管道上，使空壓機(jī)出口處氣體溫度由140～170℃降低到40~50℃左右，壓縮空氣中的水汽、油霧凝結(jié)成水滴和油滴經(jīng)油水分離器分離出來(lái)。 
   
　　(2)分離油滴、水滴、雜質(zhì)  將油水分離器安裝在后冷卻器后面，利用回轉(zhuǎn)離心、撞擊、水浴等方法使水滴、油滴和其它雜質(zhì)顆粒從壓縮空氣中分離出來(lái)。    

　　(3)氣體干燥、過(guò)濾  壓縮空氣經(jīng)后冷卻器、油水分離器的初步凈化，然后經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、干燥器進(jìn)一步吸收或排除壓縮空氣中的水分及油分，使?jié)窨諝庾兂筛煽諝猓_(dá)到凈化的目的。壓縮氣體凈化設(shè)備布置如圖2所示。
3．3  更換密封圈，重新安裝或更換活塞    

    為了消除灌裝機(jī)氣缸內(nèi)泄漏，應(yīng)該檢查密封圈質(zhì)量、活塞和缸筒內(nèi)壁表面加工精度以及密封圈的安裝尺寸和安裝方法，提高缸筒內(nèi)壁表面加工精度，重新安裝或更換已損壞的密封圈及活塞，消除活塞桿的偏載。選擇的密封圈應(yīng)具備以下基本條件：  
    
　　(1)密封材料的動(dòng)摩擦阻力與靜摩擦阻力之差要小。  
  
　　(2)密封件結(jié)構(gòu)合理，滑動(dòng)阻力小。    

　　(3)密封件的剛性要大，當(dāng)受到拉伸作用時(shí)，伸長(zhǎng)量小。    

　　(4)理想密封件的材料，應(yīng)該是具有負(fù)的阻力特性，即滑動(dòng)速度增大時(shí)，阻力也增大。

　　3．4  采用進(jìn)氣節(jié)流回路    

    圖3所示為灌裝機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)雙作用氣缸速度控制回路。其中圖3a為節(jié)流供氣控制回路，其特點(diǎn)是節(jié)流供氣，滿(mǎn)流排氣。氣缸的B腔以滿(mǎn)流經(jīng)方向閥快速排氣，而供給A腔的氣流必須通過(guò)節(jié)流閥緩慢供氣，由于進(jìn)入A腔氣流量較小，壓力上升緩慢，當(dāng)氣壓達(dá)到能克服外負(fù)載時(shí)，活塞才前進(jìn)一步，此時(shí)，A腔容積增大，結(jié)果使壓縮空氣膨脹。由于此時(shí)作用于活塞的力小于外負(fù)載，活塞就停止前進(jìn)，待壓力再次上升時(shí)，活塞才重新向前移動(dòng)，從而容易使氣缸產(chǎn)生“爬行”現(xiàn)象。    

    圖b所示為節(jié)流排氣控制回路。此時(shí)B腔壓縮空氣必須經(jīng)過(guò)節(jié)流閥排入大氣，因而具有一定的壓強(qiáng)。從灌裝機(jī)氣源來(lái)的壓縮空氣，以滿(mǎn)流向A腔進(jìn)氣，使活塞在A腔與B腔壓力差的作用下前進(jìn)，從而減少了“爬行”現(xiàn)象。所以，在灌裝機(jī)速度控制回路中應(yīng)該盡量選用排氣節(jié)流調(diào)速回路。
3．5  增大灌裝機(jī)氣缸缸徑，減少負(fù)載過(guò)大時(shí)對(duì)氣缸爬行的影響   
 
　　(1)增大氣缸缸徑，消除儲(chǔ)液罐等容器負(fù)載過(guò)大引起的氣缸爬行；適當(dāng)?shù)販p少密封圈預(yù)緊力，調(diào)整密封圈，保證活塞桿能來(lái)回用手拉動(dòng)；正確安裝活塞和活塞桿，使活塞或活塞桿不受偏心載荷；調(diào)整導(dǎo)軌或滑塊的壓緊塊的松緊度，既要保證運(yùn)動(dòng)部件的精度，又要使滑動(dòng)阻力較小。若調(diào)整無(wú)效，則應(yīng)修刮接觸面，檢查灌裝機(jī)氣缸與導(dǎo)軌的平行度，加以校正或重新安裝。    

　　(2)在儲(chǔ)液罐等負(fù)載兩側(cè)安裝導(dǎo)向裝置，應(yīng)注意下列兩點(diǎn)：導(dǎo)軌長(zhǎng)度應(yīng)盡量取長(zhǎng)一些；負(fù)載與氣缸的連接位置應(yīng)使氣缸推力不會(huì)使載荷發(fā)生傾斜。

　　4 小  結(jié)    

    氣缸是液體自動(dòng)灌裝機(jī)中*的重要部件，氣缸爬行現(xiàn)象容易使灌裝機(jī)產(chǎn)生誤動(dòng)作，避免爬行現(xiàn)象不但能提高灌裝效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能減少灌裝機(jī)氣動(dòng)元件的損耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。所以，研究和解決氣缸爬行現(xiàn)象具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。