小型液體灌裝綜合實踐教學平臺
一、作品摘要
液體灌裝機械是包裝工程專業的重要教學內容，在《包裝機械概論》、《包裝機械結構與設計》等課程中均有涉及，其教學目的是讓學生掌握基相應液體灌裝機械原理及其工藝流程等。而現有課程教學缺乏相應實驗，難以清晰地展示復雜的灌裝機械原理;現有教學方式，學生難以了解龐大、復雜且封閉的灌裝生產線的基本結構及原理。
基于此本設計結合試驗儀器特點，圍繞液體灌裝試驗需求開展研究，開發液體灌裝試驗設備。同時，在自主研制的液體灌裝試驗設備上進行液體灌裝試驗，并對試驗結果進行評估，以改進和完善液體灌裝試驗設備的功能。
參考國外先進灌裝機的模塊化設計技術，結合本作品的設計要求，采用模塊化設計思路，依據設計和裝配的模塊化原則，將作品分為了吸灌液模塊、液位跟蹤模塊、自動控制模塊以及檢測模塊四部分，其中吸灌液模塊包含計量模塊、吸灌液驅動模塊、配流模塊和噴嘴模塊。
本設計，適用于灌裝多種液料。在該試驗設備上可進行液體灌裝試驗：一方面，通過大量的液體灌裝技術試驗，為灌裝設備的研發學習提供一定的理論依據;另一方面，獲得的試驗數據可以為灌裝生產線調試提供參考依據。
二、項目背景
液體灌裝機械是包裝工程專業的重要教學內容，在《包裝機械概論》、《包裝機械結構與設計》等課程中均有涉及，其教學目的是讓學生掌握基相應液體灌裝機械原理及其工藝流程等。對包裝專業的的專業學習以及日后的工作具有重大意義?，F有教學方式主要有以下兩種：
1)課堂教學：
目前在國內教學課堂上大都是通過書本、多媒體液體灌裝機械知識進行講解，缺乏實物及模型，課堂效果較差;
2)生產實習：
生產實習過程中多采用參觀的形式，學生難以了解龐大、復雜且封閉的灌裝生產線的基本結構及原理
針對上述問題，結合課程內容，設計了一款小型液體灌裝綜合實踐教學平臺，可應用于包裝專業的實踐教學環節。該平臺可實現以下功能：一、原理演示功能：可展示基于壓力灌裝的液體灌裝機械的工作過程;二、實踐教學功能：學生可按照給定或自主提出的相關實驗目的及條件，進行設計性或綜合性實驗，并動手驗證相關理論。
三、作品結構原理與功能
1、作品結構原理
作品分為吸灌液模塊、液位跟蹤模塊、自動控制模塊以及檢測模塊四部分，其中吸灌液模塊包含計量模塊、吸灌液驅動模塊、配流模塊和噴嘴模塊。
在上述模塊劃分中，液位跟蹤模塊固定不變，檢測模塊、自動控制模塊、計量模塊、配流模塊、噴嘴模塊柔性可調。因灌裝液料物理性質(粘度高低、有無氣體、有無顆粒)的不同，其灌裝原理(加壓、常壓、等壓、負壓灌裝)不同，檢測、控制、計量方式不同，對應的配流模塊不同。為研究灌裝噴嘴長度、內徑、內壁粗糙度對于灌裝精度、效果的影響，將灌裝噴嘴作為一個單獨模塊。
依據液體灌裝試驗設備原理圖，針對每個模塊進行設計，其整體結構如圖2所示。
1-吸灌液驅動模塊;2-計量泵模塊;3-灌裝噴嘴模塊;4-液位跟蹤模塊
圖2液體灌裝實踐教學平臺總體結構
本試驗設備灌裝過程如下：
1)伺服電機轉動產生驅動力，在滾珠絲杠的傳動下，帶動活塞桿上下運動，絲杠與活塞桿之間通過T型板連接，為了保證T型板運動的平穩性，在滑塊左側安裝直線導軌;
2)在伺服電機驅動下，活塞式計量泵活塞桿上下往復運動，計量泵為圓柱結構，所以活塞桿運動距離對應著計量泵吸液與灌液的體積;
3)選用單向閥作為配流機構，在吸液時，進液口單向閥打開，出液口單向閥關閉;在灌液時，出液口單向閥打開，進液口單向閥關閉，從而完成吸灌液動作;
4)灌裝噴嘴通過鋼絲軟管與配流結構相連，灌裝容器放置在托盤上，液位跟蹤模塊采用步進電機和滾珠絲杠，滾珠絲杠將步進電機的轉動轉換成托盤的上下運動，從而保證噴嘴到容器液面距離恒定。
2、作品主要功能及意義：
1)該設備可應用于學校和灌裝設備研發企業，進行相關的液體灌裝技術試驗。
2)該設備可為液態產品灌裝企業實際灌裝生產線調試試驗提供技術支持，簡化灌裝生產線的調試過程，節省灌裝液料。
四、應用前景
該液體灌裝實踐教學平臺具有精度高，灌裝量、灌液速度、液位跟蹤距離、噴嘴內徑、噴嘴出液口形狀和噴嘴內壁粗糙度等多個試驗參數可調的特點，可針對不同液料模擬其實際灌裝情況，進行灌裝工藝試驗和灌裝結構參數的研究，得出不同灌裝環境下的最優灌裝參數，為同類灌裝生產線的調試和灌裝機的研發提供參考依據。其適用范圍如下：
1)在學校和灌裝設備研發企業，本設備可作為活塞式液體灌裝基礎技術的研究平臺，指導同類灌裝設備的設計開發;
2)在液體產品灌裝企業，通過灌裝試驗，可指導同類灌裝生產線的調試;
3)作為學生、學者和高校教師研究灌裝技術的試驗平臺;
4)作為相關專業實踐教學的試驗設備。
作品名稱：小型液體灌裝綜合實踐教學平臺
完成單位：武漢理工大學
