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 摘  要：對液體自動灌裝機中氣缸出現的爬行現象進行了研究與分析，并提出了解決氣缸爬行的措施。

　　關  鍵  詞：灌裝機；氣缸；爬行；負載

　　1 引  言    

    液體自動灌裝機是向容器灌裝洗滌劑、化學制劑、飲料、藥液等液體的裝置。它既能實現連續自動灌裝，又能進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，灌裝閥開關氣缸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，即實現了容器的一次灌裝。    

    在一個工作循環中，氣缸B活塞桿由退回到伸出狀態由延時控制實現，通過對延時時間的調節，實現對不同容量容器的灌裝。通過調節氣缸A行程閥的發信號位置，達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周期內完成。氣缸C、D的活塞桿狀態轉變也由延時控制實現。   
 
    在灌裝機的工作過程中，氣缸輸出的力驅動機構做往復直線運動。在氣動系統中，由于負載及供氣的原因使氣缸活塞忽走忽停的現象，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爬行現象，將會延長氣缸的動作時間，從而導致灌裝機產生干涉、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生，本文對灌裝機氣缸產生爬行現象的原因作逐一分析，并提出相應的解決措施。

　2 爬行原因    

　　(1)灌裝機氣動系統壓縮空氣達不到工作要求   
 
    當氣源供氣壓力和流量不足，導致灌裝機氣缸工作壓力低于zui低使用壓力時，氣缸易產生爬行；同時，氣源中的水分、灰塵、油污、雜質聚積于氣缸工作腔內，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。    

　　(2)灌裝機氣缸內泄大(即活塞兩側竄氣)    

    當密封圈出現擠出、老化、回轉、表面損傷、膨脹、粘著變形等損壞現象時，將造成氣缸內泄，導致氣缸難以升壓或升壓很慢，從而使氣缸出現爬行現象。另外如果活塞配合面有缺陷、雜質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，此時氣缸也會出現爬行現象。

　　(3)灌裝機氣動回路中耗氣量及負載變化過大    

    當氣動回路中的耗氣量變化很大時，會導致灌裝機氣缸供氣不足，而產生爬行。另外，灌裝機儲液罐等容器負荷變化太大、氣缸有橫向載荷以及在安裝過程中出現的種種問題(諸如：氣缸安裝位置偏移、導軌或滑塊夾得太緊、導軌與氣缸不平行、活塞或活塞桿在裝配中出現偏心等)都會使氣缸負載波動加大，活塞受力不穩定，從而出現爬行現象。

　　3 消除爬行的措施

　　3．1  調整氣源供氣壓力和流量    

    在設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。選擇空壓機的根據是灌裝機氣壓傳動系統所需的工作壓力和流量兩個主要參數。計算耗氣量時，應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換關系為：
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)。假設灌裝機中單臺氣動設備(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，φ＝0．3~1．0；    

　　K1——考慮磨損的系數，K1＝1．2～1．5；    

　　K2——考慮增加新設備的備用系數，K2＝1．2～1．6；    

　　K3——考慮各班次用氣量不等的不均勻系數，K3＝1．2~1．4。空壓機的輸出壓力pc為

式中pc——空壓機的輸出壓力，MPa； 
   
　　pm——灌裝機氣動執行元件的zui高使用壓力，MPa；  

 ——系統的總壓力損失，MPa。一般情況下，令 

 =（0.15~0.2）MPa    

  另外，增設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、雜質含量，提高壓縮空氣的質量，灌裝機氣源裝置應設置除油污、除塵、除水分、干燥等凈化輔助設備：    

　　(1)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、油霧凝結成水滴和油滴經油水分離器分離出來。 
   
　　(2)分離油滴、水滴、雜質  將油水分離器安裝在后冷卻器后面，利用回轉離心、撞擊、水浴等方法使水滴、油滴和其它雜質顆粒從壓縮空氣中分離出來。    

　　(3)氣體干燥、過濾  壓縮空氣經后冷卻器、油水分離器的初步凈化，然后經過過濾器、干燥器進一步吸收或排除壓縮空氣中的水分及油分，使濕空氣變成干空氣，達到凈化的目的。壓縮氣體凈化設備布置如圖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泄漏，應該檢查密封圈質量、活塞和缸筒內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。選擇的密封圈應具備以下基本條件：  
    
　　(1)密封材料的動摩擦阻力與靜摩擦阻力之差要小。  
  
　　(2)密封件結構合理，滑動阻力小。    

　　(3)密封件的剛性要大，當受到拉伸作用時，伸長量小。    

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

　　3．4  采用進氣節流回路    

    圖3所示為灌裝機氣動系統雙作用氣缸速度控制回路。其中圖3a為節流供氣控制回路，其特點是節流供氣，滿流排氣。氣缸的B腔以滿流經方向閥快速排氣，而供給A腔的氣流必須通過節流閥緩慢供氣，由于進入A腔氣流量較小，壓力上升緩慢，當氣壓達到能克服外負載時，活塞才前進一步，此時，A腔容積增大，結果使壓縮空氣膨脹。由于此時作用于活塞的力小于外負載，活塞就停止前進，待壓力再次上升時，活塞才重新向前移動，從而容易使氣缸產生“爬行”現象。    

    圖b所示為節流排氣控制回路。此時B腔壓縮空氣必須經過節流閥排入大氣，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腔進氣，使活塞在A腔與B腔壓力差的作用下前進，從而減少了“爬行”現象。所以，在灌裝機速度控制回路中應該盡量選用排氣節流調速回路。
3．5  增大灌裝機氣缸缸徑，減少負載過大時對氣缸爬行的影響   
 
　　(1)增大氣缸缸徑，消除儲液罐等容器負載過大引起的氣缸爬行；適當地減少密封圈預緊力，調整密封圈，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；調整導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。若調整無效，則應修刮接觸面，檢查灌裝機氣缸與導軌的平行度，加以校正或重新安裝。    

　　(2)在儲液罐等負載兩側安裝導向裝置，應注意下列兩點：導軌長度應盡量取長一些；負載與氣缸的連接位置應使氣缸推力不會使載荷發生傾斜。

　　4 小  結    

    氣缸是液體自動灌裝機中*的重要部件，氣缸爬行現象容易使灌裝機產生誤動作，避免爬行現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，節約生產成本。所以，研究和解決氣缸爬行現象具有十分重要的現實意義。