摘  要：對液體自動灌裝機中氣缸出現(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；氣缸；爬行；負(fù)載

　　1 引  言    

    液體自動灌裝機是向容器灌裝洗滌劑、化學(xué)制劑、飲料、藥液等液體的裝置。它既能實現(xiàn)連續(xù)自動灌裝，又能進(jìn)行每一工序的手動操作，能灌裝不同高度和容量的容器。液體自動灌裝機的流程如圖1。其工作程序如下：（1）按下氣動信號后，儲液罐升降氣缸A活塞桿退回，儲液罐和輸液管下降；（2）輸液管插入各容器內(nèi)，灌裝閥開關(guān)氣缸B缸活塞桿退回，開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，儲液罐和輸液管上升，儲液罐開始補充液體；（5）儲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。灌裝機完成了一個工作循環(huán)，即實現(xiàn)了容器的一次灌裝。    

    在一個工作循環(huán)中，氣缸B活塞桿由退回到伸出狀態(tài)由延時控制實現(xiàn)，通過對延時時間的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對不同容量容器的灌裝。通過調(diào)節(jié)氣缸A行程閥的發(fā)信號位置，達(dá)到對不同高度容器的灌裝。儲液罐補充液體和輸出容器的時間必須控制在一個循環(huán)周期內(nèi)完成。氣缸C、D的活塞桿狀態(tài)轉(zhuǎn)變也由延時控制實現(xiàn)。   
 
    在灌裝機的工作過程中，氣缸輸出的力驅(qū)動機構(gòu)做往復(fù)直線運動。在氣動系統(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”。灌裝機采用的是時間程序控制，如果上述氣缸中的某個或幾個出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，將會延長氣缸的動作時間，從而導(dǎo)致灌裝機產(chǎn)生干涉、誤動作，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，本文對灌裝機氣缸產(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    

　?。?）灌裝機氣動系統(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)致灌裝機氣缸工作壓力低于zui低使用壓力時，氣缸易產(chǎn)生爬行；同時，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，也會引起氣缸的爬行。    

　?。?）灌裝機氣缸內(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，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，氣缸滑動部件摩擦力將會增大，此時氣缸也會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。

　?。?）灌裝機氣動回路中耗氣量及負(fù)載變化過大    

    當(dāng)氣動回路中的耗氣量變化很大時，會導(dǎo)致灌裝機氣缸供氣不足，而產(chǎn)生爬行。另外，灌裝機儲液罐等容器負(fù)荷變化太大、氣缸有橫向載荷以及在安裝過程中出現(xiàn)的種種問題（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）都會使氣缸負(fù)載波動加大，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)計時要正確確定灌裝機氣源消耗量，合理選擇空壓機的容量。選擇空壓機的根據(jù)是灌裝機氣壓傳動系統(tǒng)所需的工作壓力和流量兩個主要參數(shù)。計算耗氣量時，應(yīng)將其壓流量換算成自由空氣流量，即一個大氣壓力下的流量。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——空壓機的輸出壓力（MPa）。假設(shè)灌裝機中單臺氣動設(shè)備（氣缸、氣閥等）需要的平均耗氣量為Q1，則空壓機總站的供氣量為



　　式中：Ql——空壓機總站的供氣量；    

　　φ——考慮到灌裝機全部氣動裝置不會同時用氣的利用系數(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的輸出壓力pc為



　　式中pc——空壓機的輸出壓力，MPa； 
   
　　pm——灌裝機氣動執(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：    

　?。?）除水分  將后冷卻器安裝在空壓機出口管道上，使空壓機出口處氣體溫度由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。 
   
　?。?）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。    

　?。?）氣體干燥、過濾  壓縮空氣經(jīng)后冷卻器、油水分離器的初步凈化，然后經(jīng)過過濾器、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?，達(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：  
    
　?。?）密封材料的動摩擦阻力與靜摩擦阻力之差要小。  
  
　　（2）密封件結(jié)構(gòu)合理，滑動阻力小。    

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

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

　　3．4  采用進(jìn)氣節(jié)流回路    

    圖3所示為灌裝機氣動系統(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，其特點是節(jié)流供氣，滿流排氣。氣缸的B腔以滿流經(jīng)方向閥快速排氣，而供給A腔的氣流必須通過節(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，活塞才前進(jìn)一步，此時，A腔容積增大，結(jié)果使壓縮空氣膨脹。由于此時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，活塞才重新向前移動，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B腔壓縮空氣必須經(jīng)過節(jié)流閥排入大氣，因而具有一定的壓強。從灌裝機氣源來的壓縮空氣，以滿流向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  增大灌裝機氣缸缸徑，減少負(fù)載過大時對氣缸爬行的影響   
 
　?。?）增大氣缸缸徑，消除儲液罐等容器負(fù)載過大引起的氣缸爬行；適當(dāng)?shù)販p少密封圈預(yù)緊力，調(diào)整密封圈，保證活塞桿能來回用手拉動；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，既要保證運動部件的精度，又要使滑動阻力較小。若調(diào)整無效，則應(yīng)修刮接觸面，檢查灌裝機氣缸與導(dǎo)軌的平行度，加以校正或重新安裝。    

　?。?）在儲液罐等負(fù)載兩側(cè)安裝導(dǎo)向裝置，應(yīng)注意下列兩點：導(dǎo)軌長度應(yīng)盡量取長一些；負(fù)載與氣缸的連接位置應(yīng)使氣缸推力不會使載荷發(fā)生傾斜。

　　4 小  結(jié)    

    氣缸是液體自動灌裝機中*的重要部件，氣缸爬行現(xiàn)象容易使灌裝機產(chǎn)生誤動作，避免爬行現(xiàn)象不但能提高灌裝效率，減輕工人勞動強度，而且能減少灌裝機氣動元件的損耗，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)實意義?！?