标题：饮料吹灌旋一体灌装工艺及设备虚拟仿真实验目的
实验目的
饮料吹灌旋一体包装装备是包装机械中典型、最复杂的新一代机型，已发展为高速智能吹灌旋一体成套灌装设备。设备将吹瓶-洁净-饮料输送计量-灌装-旋盖-检测等工艺环节高度集成，该实验在课程中具有重要地位，本项目针对学生在实践环节中，由于吹瓶部分高温加热具有危险性、灌装部分高压力、高速度，该设备价格在几千万以上，高价值，同时企业从生产具有保密性以及安全卫生性方面考虑，不愿接待学生实习而打乱或中断自己的正常生产秩序，传统的饮料吹灌旋一体灌装工艺及设备实验，是通过观看录像和生产实习在现场了解工作原理和灌装工艺过程，在实验室拆装灌装阀等核心部件掌握结构，导致学生难以真实了解生产中各类技术指标及工艺参数及设备的工作原理、机构运动及结构参数等，而饮料吹灌旋一体灌装工艺与装备的三维高度仿真的工艺过程动画，灌装机构、吹瓶机构、旋盖机构的参数化设计的三维仿真模拟，让原来课堂上做不到、做不了、做不上的实验，通过虚拟仿真实验成为可能，该实验增进学生饮料包装生产场景的流程及技术的了解、机构运动仿真分析等，有效地将培养学生实践创新能力与理论学习融合，提高了学生素质和综合能力，弥补了课堂理论教学的不足，并可向其它高校学生、企业员工、和社会学习者开放，发挥示范作业，达到以下目的：
目的1：通过对饮料吹灌旋一体化灌装工艺过程的仿真实验操作，使学生了解现代饮料最为先进的吹灌旋一体化灌装工艺过程、典型工作原理、主要设备的组成，设备的运行、动力传动控制及参数优化方法，可以增强学生探索新知识、新技术的意识，提升学生的创新思维和创新能力；
? ? 目的2：掌握基于不同瓶坯材料的吹瓶工艺参数设置、吹瓶质量控制，完成吹瓶工艺参数的优化；了解高速灌装系统结构，掌握不同特性物料的多工位、高速高精度灌装工艺参数化控制及其计量方法；了解旋盖机的主要组成、工作原理和运动控制，掌握旋盖头的结构、工作原理；增强学生的工程意识和素养，培养学生工程设计能力、实践能力、分析和解决实际问题的能力。
实验课时
（1）实验所属课程所占课时：40学时
（2）该实验项目所占课时：4学时
实验原理
饮料吹灌旋一体机集吹瓶、灌装、旋盖系统于一体，瓶子由吹瓶机吹出后，经几道星轮传送至灌装机，进入灌装机的瓶子由钟形罩罩住瓶口，保持在提升气缸作用下瓶子上升与灌装阀压合密封，在上升过程中，自动检测是否有瓶，如有瓶，则开阀开始灌装过程，瓶中充气建立等压后开始灌装，当液面达到回气管高度时自动停止灌装。灌装结束后灌装阀在关阀机构作用下关闭，进而排气，结束整个灌装过程，提升气缸在凸轮作用下下降使灌好物料的瓶子离开灌装阀，瓶子经拨瓶轮传输进入旋盖机。旋盖机上的止旋刀卡住瓶颈部位，保持瓶子直立并防止旋转。旋盖头在旋盖机上保持公转并自转，在凸轮作用下实现抓盖、套盖、旋盖、脱盖动作，完成整个封盖过程。成品饮料瓶通过出瓶拨轮从旋盖机传送到出瓶输送链上，由输送链送出。
知识点：共?4?个
（1）吹灌旋一体灌装生产线运行参数设置及模拟运行
通过对生产线的生产工艺流程进行虚拟操作和工作运行，实现对吹瓶、灌装、旋盖各设备结构的认知，掌握饮料包装生产整个工艺流程，了解机组的运行、动力控制及参数设置、饮料输送、瓶胚及瓶的输送方法、路线及控制方法。
（2）吹瓶装置的主要结构组成、工作原理与吹瓶工艺参数优化
掌握基于不同瓶坯材料的吹瓶工艺参数设置、吹瓶质量控制，完成吹瓶工艺参数的优化；了解瓶胚提升、理胚、瓶胚吹洗、瓶胚供送、瓶胚加热、吹瓶模具、机械手转移等关键装置的结构组成及工作原理。
（3）饮料灌装机主要结构组成、工作原理与灌装工艺参数优化
掌握饮料灌装工艺过程和计量原理及方法，了解高速灌装机的饮料输送、供瓶机构、升瓶机构、高度调节机构、灌装阀等关键装置的结构、工作原理，基本掌握多工位、多头灌装参数化控制方法。
（4）饮料瓶旋盖机主要结构组成、工作原理与旋盖工艺参数优化
掌握饮料瓶旋盖工艺过程和旋盖工作原理，了解抓盖、套盖、旋盖、脱盖等关键装置的结构及工作原理，了解成品饮料瓶输送的工作原理。
实验仪器设备（装置或软件等）
实验材料（或预设参数等）
饮料吹灌旋一体机动态仿真模块预设具体参数如下：
灌装物：??????纯净水、含气饮料、不含气饮料；
包装瓶：??????PET瓶；
容积：????????250毫升至500毫升；
瓶型：????????圆形、方形；
生产率：??????20000-43200（瓶/小时）；
灌装技术：????常压灌装、等压灌装、负压灌装
吹瓶模腔数量：6-24；
旋盖头数量： ?6-20
实验方法与步骤要求
（1）实验方法描述
本实验分四个层次（操作型、认知型、综合型、创新型）、四个模块（吹灌旋一体灌装生产线、吹瓶系统、灌装系统、旋盖系统），共22个步骤，具体如下：学生首先线上观看饮料吹灌旋一体灌装生产线视频，通过预习，了解生产线的概况、工艺流程及生产线组成。通过预习后，可以进行线上虚拟仿真实验，按操作步骤完成后，线下完成实验报告并提交。
（2）学生交互性操作步骤说明
部分 ?吹灌旋一体灌装生产线运行参数设置及模拟运行
步骤一：仿真实验预习。登录成功后，选择饮料吹灌旋一体灌装虚拟仿真实验项目，观看饮料吹灌旋一体灌装生产线视频，通过预习，了解生产线的概况、工艺流程及生产线组成。
步骤二：参数选择设置及演示。接通电源，检查安全机构、报警装置功能是否正常；检查各电机运转是否正常；启动模具恒温机，先设定模具恒温机初始值，主模具恒温机为140℃、辅模具恒温机为75℃，高压气体3.8MPa，低压气体0.7MPa，生产能力24000瓶/小时。实际模拟运行生产线，观察各生产工艺操作、流程的衔接。
第二部分 吹瓶工艺参数优化设计及关键装置的工作原理
步骤三：理胚操作。胚斗中的瓶胚由输送皮带送入理胚机构中按特定方式排列后,进入下胚机架，然后进入吹洗机。
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步骤四：瓶胚洁净处理。瓶胚由进胚装置进入回转装置，在回转过程中由吹胚装置将压缩空气吹入瓶胚，清洁瓶胚內壁，吸尘系统将吹胚装置中的空气净化再排入大气中，瓶胚吹洗机由一个独立的传动系统驱动。
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步骤五：瓶胚移送。瓶胚由下胚机架进入拨胚盘，再由拨胚盘送给预热夹头。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
步骤六：瓶胚预热。加温机灯箱中的红外线灯管将瓶胚加热到95-120℃。瓶胚被装载在加温头上,沿轨道通过多个灯箱,并由加温头带着自转。使瓶胚被均匀加热,并按工艺要求分布。
步骤七：瓶胚入模。吹瓶主轴配备模架及拉伸机构，机械手部件安装的机械手转盘，把瓶胚送入模架的模具中并锁紧。
步骤八：吹瓶成形。加热好的瓶胚首先被拉伸杆拉伸并预吹，然后用4MPa压缩空气吹制成型。机械手的转盘把瓶子从模具中取出并送入瓶机构。机械手的运动轨迹由的凸轮控制。
步骤九：吹瓶成型工艺参数优化。改变瓶胚加热参数、吹瓶压力、成型时间、拉伸速度，检查吹瓶质量，掌握基于不同瓶坯材料的吹瓶工艺参数设置、吹瓶质量控制，完成吹瓶工艺参数的优化；?
序号
缺陷
原因
排除方法
1
瓶子无法成型
1.吹瓶气压力太低
2.吹瓶气流量不足
3.拉伸倍率太大
4.加温温度太低
5.加温时间太短
6.拉伸速度太慢
7.预吹气压力太低
1.提高吹瓶气压力
2.加大吹瓶空气流量.
3.重新选择拉伸倍率合适的瓶胚
4.提高加热灯管组电压,提高加温温度
5.延长加温时间
6.提高拉伸速度
7.提高预吹气压力
2
瓶子厚薄不均匀
（无规律）
1.瓶胚壁厚不均匀
2.加温分段不良，加
温不均匀
3.拉伸倍率过小
4.瓶胚聚酯黏度过低
1.端正注塑瓶胚模芯；提高瓶胚成型温度
2.调整各层加热灯管电压
3.重新选择拉伸倍率合适瓶胚
4.选择PET聚酯黏度较高的瓶胚
3
瓶子顶部薄、底部
厚
1.拉伸速度太快
2.一次吹气压力过低
3.一次、二次吹气时间不当
4.瓶胚底部温度太低，顶部温度太高
1.降低拉伸速度
2.提高一次吹气压缩空气的压力
3.提前开始一次、二次吹气
4.调整加热管电压,提高瓶胚底部温度,降低瓶胚顶部温度
4
瓶子底部薄、顶部厚
1.拉伸速度太慢
2.一次吹气压力过高
3.一次、二次吹气时间不当
4.瓶胚温度不合适
1.提高拉伸速度
2.降低一次吹气压力
3.延缓一次、二次吹气时间
4.调整加热灯管电压，提高瓶胚顶部温度，降低瓶胚底部温度
5
瓶子呈珍珠光泽及白化（应力发白）
1.瓶胚壁厚不均匀
2.加温过高
3.瓶胚外壁温度比内壁高
1.端正注塑瓶胚模芯；提高瓶胚成型温度
2.降低加热灯管电压，降低加温时间
3.增加冷却风量
6
瓶子透明度不好
1.瓶胚透明度不好
2.加温温度过高
3.加温时间太长
4.瓶胚含水份过高
5.拉伸速度太慢
6.瓶胚材质不良
1.重新选择瓶胚
2.降低温度
3.缩短加温时间
4.烘干瓶胚
5.提高拉伸速度
6.重新选择瓶胚
7
瓶子吹穿
1.瓶胚温度太低
2.吹气压力太高
3.一次、二次吹气时间不当
4.拉伸速度太慢
1.提高瓶胚加温温度
2.降低吹气压力
3.延缓一次、二次吹气时间
4.提高拉伸速度
8
瓶底脱落
1. 瓶胚底部温度过高
2.拉伸速度太快
1.提高瓶胚底部外的其它部
位温度
2.降低拉伸速度
9
瓶子形状不合要求瓶颈变形
1.加温温度不均
2.瓶胚厚度不均
3.吹气空气压力低、流量不足
4.拉伸倍率过大
5.吹瓶模温度过低
6.二次吹气时间太短
1.调整加温温度
2.重新选择瓶胚
3.提高吹气空气压力、增大流量
4.降低拉伸倍率,重新选择瓶胚
5.提高吹瓶模温度
6.延长二次吹气时间
10
瓶颈变形
1.瓶颈受热后冷却不够
2.拉伸过早
1.改进风、水冷条件
2.调整吹瓶时间工艺参数,协调拉伸与一次吹气起始时间
11
瓶底收缩不均匀、收缩囗中心偏移
1.一次吹气压力高
2.一次、二次吹气时间太短
3.拉伸速度过慢
4.加温温度不均
1.降低一次吹气压力
2.延长一次、二次吹气时间
3.提高拉伸速度
4.调整加温温度
12
瓶壁有斑点
1.瓶胚有杂质
2.吹瓶模有杂质
1.检查瓶胚
2.抛光模具型腔
13
瓶子容积缩减
1.二吹气压低、吹气时间不足
2.瓶胚加温温度低
3.高压气量不足
1.提高吹气气压、延长吹气时间
2.提高瓶胚加温温度
3增加气源排量
第三部分 饮料灌装机主要结构组成、工作原理与灌装工艺参数优化
步骤十：液料输送与储存。将液料由储液槽经泵、输液管道输送到储液箱中，主要包括储液槽、泵、管道、阀门、储液箱及高度调节装置、液位控制器等。在开机前对储液箱进行预充气，使之产生一定压力，当输液管总阀打开后关闭截止阀。另一路为输液管经分配头与高液面浮子上的进气阀相连，用来控制储液箱液面上限。若气量减少、气压偏低使液面过高时，该浮子立即打开进气阀，随之无菌压缩空气补入储液箱内，使液位下降。反之，若气量增多、气压偏高使液面过低时，浮子打开放气阀，使液位上升。这样，储液箱内的气压趋于稳定，液面也能保持在视镜中线的附近。
步骤十一：储液箱高度调节。常用的储液箱与装有托瓶台的下转盘（工作台）之间间距的调节方法有三种形式，中央调节式、蜗轮蜗杆调节式、三立柱调节式，大型灌装机通常采用此种调节方式。
步骤十二：瓶子升降。升降机构的作用是将吹瓶后送来的瓶子上升到规定的高度，与灌装阀的阀口对中以便完成灌装，然后再把已灌装液料的瓶子下降到规定位置。常用的升降机构有三种形式。机械式升降机构、气动式升降机构、气动-机械混合式升降机构。
步骤十三：进出瓶输送。旋转型灌装机在灌装时，要求待灌包装容器按包装工艺路线、速度、间距和状态进入包装工位。常用的供送装置有链带式、动梁推进式、螺杆式和星形拨轮等。
步骤十四：动力传动。回转式吹灌旋机组的传动系统由外传动链和内传动链组成，具有传递扭矩大、执行机构动作协调性高的特点。外传动链用于联接电机和吹灌旋机组的传动主轴，将功率从动力源传递给吹灌旋机组的执行机构，保证执行机构有一定的转速和一定的调速范围；内传动链用于保证机组各机构动作协调一致。
步骤十五：计量方法选择。常用的液料定量法有控制液位高度定量法、定量杯定量法和定量泵定量法等。因液料的性质不同，所选用的定量方法和定量机构也各不相同。
步骤十六：充填灌装。它是储液箱、气室、包装容器之间液料的通道，主要由阀体、阀端、阀门、密封元件、启闭元件等组成。灌装阀一般有机械式、气动式、旋转式和负压式不同的灌装阀，具有不同的结构特点、使用要求以及设计要求等。
步骤十七：液体灌装系统计算。主要包括输送管路的计算、灌装时间的计算、生产能力的计算。
步骤十八：灌装工艺参数优化。改变N2背压力、凸轮轮廓曲线、灌装方法、灌装阀头数等参数，检查灌装质量，掌握不同参数的灌装工艺设置。
采用控制液位灌装原理，罐装液位差不大于12mm，装瓶合格率不小于96%，液位的容量应不小于工程容量的98.5%。
第四部分 旋盖机主要结构、工作原理与旋盖工艺参数优化
步骤十九：瓶盖供送。瓶盖的整理采用履带式提升装置，合理设计挡板宽度可以一次性完成瓶盖的定向排列，经过钢丝导轨快速送入旋盖机。
步骤二十一：旋盖凸轮控制。该装置决定了旋盖工艺时间，主要是上升、旋盖、下降等动作，控制旋盖工艺过程。
步骤二十二：旋盖工艺参数优化。改变旋盖压力、凸轮轮廓曲线、旋盖方法、旋盖头数等参数，检查旋盖质量，掌握不同参数的旋盖工艺设置。
检测盖损率应不大于0.2%。
瓶盖开启力矩应符合GB/T26995—2011中5.2.8的规定。
成品经密封性试验,封口处应无泄漏。
成品外观质量应符合下列规定:
a)成品表面应光洁,无明显划痕、无变形、无凹瘪;
b)封口处应无高盖、歪盖、破盖、缺盖、防盗环变形和断裂等现象。成品合格率应不低于99.2%
实验结果与结论要求
（1） 是否记录每步实验结果：√是￡否
（2） 实验结果与结论要求：√实验报告￡心得体会其他???????????
（3） 其他描述：
无
考核要求
要求学生能够在学习实验目的、基本原理等知识后,自主学习实验,在练习模式下,学习软件的使用,按照操作步骤，熟练掌握吹灌旋一体灌装工艺与装备操作流程,在规定时间内完成虚拟仿真实验全过程,考核实验技能掌握程度、实验操作、研讨情况、实验数据处理、结果讨论等。
表1 实验考核要求(百分制)
考核单项
考核重点
分值
满分
权重
得分
预习
预习情况（观看
吹灌旋生产线视频）
10
0.5
5分
虚拟实验设计
是否进行自行实验过程设计
10
1
40分
实验过程设计是否合理
10
1.7
实验结果是否合理
10
1.3
虚拟实验操作
实验步骤是否正确、实验原理掌握情况
10
0.5
15分
设备操作是否正确、规范
10
0.5
实验态度是否认真，对实验现象的观察是否精心
10
0.5
课堂讨论
是否能提出问题
10
0.4
15分
对问题是否有自己的见解
10
0.6
10
0.5
实验报告
实验目的、原理、实验步骤是否完整
10
0.8
20分
对实验结果的分析、讨论
10
0.7
思考题解答
10
0.5
实操考核
能在规定时间内完成考试系统给定任务
100
0.05
5分
总分
100分
面向学生要求
（1）与年级要求
包装工程，大三下学期；机械工程，大四上学期。
（2）基本知识和能力要求
?? ?知识要求:学习并掌握包装机械的相关理论知识,具体包括包装机械结构组成、工作原理、关键技术及常见故障类型和处理办法等方面的知识。
能力要求:熱悉包装机械三维建模技术,了解包装机械系统关键设备操作要领和远程控制技术,掌握运行控制技术。
实验项目应用及共享情况
（2）已服务过的本校学生人数：561
（3）是否纳入到教学计划：√是 ￡否
（4）(勾选“是”，请附所属课程教学大纲）
教学大纲详见附件三，实验指导书详见附件四。
（5）是否面向社会提供服务：√是 ￡否
标题：饮料吹灌旋一体灌装工艺及设备虚拟仿真实验思考题
头数
20×36×60×24
适用瓶型直径(mm)
Φ40～Φ80
额定产量(BPH)
48,000
适用瓶子容量（ml）
200～750
高压耗气量(Nm3/min)
9.8(30bar) 8.2(25bar)
适用瓶高（mm）
150 ～320
装机功率（Kw）
438
标签宽度（mm）
30 ～175
外形尺寸（mm）
长21257×宽9270×高3560
标签长度（mm）
138～266
总重（T）
35.2
贴标高度（mm）
35 ～115
一体机优势：
产能48000BPH。
吹贴灌旋一体化布局，与传统生产线相比节约空间20%~30%，省去贴标机前端无压力输送、瓶身风干系统等设备。
操作人员减少，由传统设备标配的3人减少为1人。
可兼容多种瓶型，瓶型件快速更换。
采用瓶夹传输，更好地保护了瓶身。
生产效率高，整机效率98%以上。
MES智能化管理系统，具有控制、维护、管理等多种功能。
配备视觉检测和剔除系统，可在线检测空瓶质量、封盖质量和灌装液位，快速剔除次品，速度快，精度高，提高设备运行稳定性和效率。
采用达意隆的节能技术，节能降耗显著：高压气节省40%~55%，耗电节省25%~35%。
吹瓶优势：
伺服拉伸与机械封口，拉伸参数柔性调节，工艺角度化。
底模与开合模联动，冲击、振动减少。
6阀吹瓶工艺，减少高压气40%~55%。
瓶口/瓶型转换件更换快速，适合不同种类瓶口、瓶型的转换。
高速节能的加温与风循环系统，降低能耗40%以上。?
贴标机优势：
采用模块化标站设计及多标站布局，同时满足热熔胶和不干胶贴标需求。
系统自动检测标签卷的使用情况，当使用量达到预设值时，系统降速不停机自动切换标卷。
系统各关联部件采用独立伺服驱动。提高传动精度和贴标效率，同时降低设备振动和噪音。
灌旋优势：
整体落地式围框，使用高强度双层夹胶防爆钢化玻璃，安全耐用，美观大方，清晰，绝不雾化。
倾斜式洁净平台，无残留，更卫生。
采用流量计定量，兼顾经济性及可靠性。
配方调整方便，灌装无回流，更节能、卫生。
全自动封闭循环CIP系统，效率高，卫生性能佳。
柔性优化的旋盖凸轮轨迹，保证设备高速运转的稳定性。
标题：饮料吹瓶灌装机
金荣吹灌旋一体机简介：
● 吹灌旋一体机适用于吹瓶,灌装,封盖纯净水,饮用水,矿泉水,果汁,茶饮料等等。
●?吹灌封一体机可灌装12000-36000瓶/小时。
●?灌装容量：200ML-2000ML。
●?瓶子适用类型：PET瓶聚酯瓶。
● 瓶盖类型：塑料盖，运动盖、铝质盖。
● 旋转式冲洗机适合各种瓶型，工位式喷冲，容器更换及升降易调整。
●?的自动封盖系统，磁力离合拧盖头，扭力矩可调，保证了拧盖质量。
吹灌旋一体机细节详情：
稳定的吹瓶系统：采用底模合模联动结构，三合一组合吹气阀。
伺服准确定位系统：采用施耐德高速定位系统,精度高、响应快、稳定性好。
节能加温系统：胚管热自传递、加热均匀、自动调节功率电压、自动反馈。
全自动快速供料系统：单道下胚、检测开头、节能。
吹灌封一体机的主要技术参数：
型号
产量（500ml PET瓶水）
瓶径
瓶子容量
整机尺寸（长*宽*高）
功率
重量
12000B/H
25~38
0.2L~2.5L
9700*2750*3250MM
269 KW
16000 KG
CGX 10-40-10
17000B/H
25~38
0.2L~2.5L
11100*4250*2200MM
360 KW
20000 KG
CGX 12-40-10
18000B/H
25~38
0.2L~2.5L
11100*4250*3350MM
360 KW
21000 KG
CGX 14-50-18
22000B/H
25~38
0.2L~2.5L
12200*4300*3350MM
360 KW
24000 KG
