小型液体灌装综合实践教学平台
一、作品摘要
液体灌装机械是包装工程专业的重要教学内容，在《包装机械概论》、《包装机械结构与设计》等课程中均有涉及，其教学目的是让学生掌握基相应液体灌装机械原理及其工艺流程等。而现有课程教学缺乏相应实验，难以清晰地展示复杂的灌装机械原理;现有教学方式，学生难以了解庞大、复杂且封闭的灌装生产线的基本结构及原理。
基于此本设计结合试验仪器特点，围绕液体灌装试验需求开展研究，开发液体灌装试验设备。同时，在自主研制的液体灌装试验设备上进行液体灌装试验，并对试验结果进行评估，以改进和完善液体灌装试验设备的功能。
参考国外先进灌装机的模块化设计技术，结合本作品的设计要求，采用模块化设计思路，依据设计和装配的模块化原则，将作品分为了吸灌液模块、液位跟踪模块、自动控制模块以及检测模块四部分，其中吸灌液模块包含计量模块、吸灌液驱动模块、配流模块和喷嘴模块。
本设计，适用于灌装多种液料。在该试验设备上可进行液体灌装试验：一方面，通过大量的液体灌装技术试验，为灌装设备的研发学习提供一定的理论依据;另一方面，获得的试验数据可以为灌装生产线调试提供参考依据。
二、项目背景
液体灌装机械是包装工程专业的重要教学内容，在《包装机械概论》、《包装机械结构与设计》等课程中均有涉及，其教学目的是让学生掌握基相应液体灌装机械原理及其工艺流程等。对包装专业的的专业学习以及日后的工作具有重大意义。现有教学方式主要有以下两种：
1)课堂教学：
目前在国内教学课堂上大都是通过书本、多媒体液体灌装机械知识进行讲解，缺乏实物及模型，课堂效果较差;
2)生产实习：
生产实习过程中多采用参观的形式，学生难以了解庞大、复杂且封闭的灌装生产线的基本结构及原理
针对上述问题，结合课程内容，设计了一款小型液体灌装综合实践教学平台，可应用于包装专业的实践教学环节。该平台可实现以下功能：一、原理演示功能：可展示基于压力灌装的液体灌装机械的工作过程;二、实践教学功能：学生可按照给定或自主提出的相关实验目的及条件，进行设计性或综合性实验，并动手验证相关理论。
三、作品结构原理与功能
1、作品结构原理
作品分为吸灌液模块、液位跟踪模块、自动控制模块以及检测模块四部分，其中吸灌液模块包含计量模块、吸灌液驱动模块、配流模块和喷嘴模块。
在上述模块划分中，液位跟踪模块固定不变，检测模块、自动控制模块、计量模块、配流模块、喷嘴模块柔性可调。因灌装液料物理性质(粘度高低、有无气体、有无颗粒)的不同，其灌装原理(加压、常压、等压、负压灌装)不同，检测、控制、计量方式不同，对应的配流模块不同。为研究灌装喷嘴长度、内径、内壁粗糙度对于灌装精度、效果的影响，将灌装喷嘴作为一个单独模块。
依据液体灌装试验设备原理图，针对每个模块进行设计，其整体结构如图2所示。
1-吸灌液驱动模块;2-计量泵模块;3-灌装喷嘴模块;4-液位跟踪模块
图2液体灌装实践教学平台总体结构
本试验设备灌装过程如下：
1)伺服电机转动产生驱动力，在滚珠丝杠的传动下，带动活塞杆上下运动，丝杠与活塞杆之间通过T型板连接，为了保证T型板运动的平稳性，在滑块左侧安装直线导轨;
2)在伺服电机驱动下，活塞式计量泵活塞杆上下往复运动，计量泵为圆柱结构，所以活塞杆运动距离对应着计量泵吸液与灌液的体积;
3)选用单向阀作为配流机构，在吸液时，进液口单向阀打开，出液口单向阀关闭;在灌液时，出液口单向阀打开，进液口单向阀关闭，从而完成吸灌液动作;
4)灌装喷嘴通过钢丝软管与配流结构相连，灌装容器放置在托盘上，液位跟踪模块采用步进电机和滚珠丝杠，滚珠丝杠将步进电机的转动转换成托盘的上下运动，从而保证喷嘴到容器液面距离恒定。
2、作品主要功能及意义：
1)该设备可应用于学校和灌装设备研发企业，进行相关的液体灌装技术试验。
2)该设备可为液态产品灌装企业实际灌装生产线调试试验提供技术支持，简化灌装生产线的调试过程，节省灌装液料。
四、应用前景
该液体灌装实践教学平台具有精度高，灌装量、灌液速度、液位跟踪距离、喷嘴内径、喷嘴出液口形状和喷嘴内壁粗糙度等多个试验参数可调的特点，可针对不同液料模拟其实际灌装情况，进行灌装工艺试验和灌装结构参数的研究，得出不同灌装环境下的最优灌装参数，为同类灌装生产线的调试和灌装机的研发提供参考依据。其适用范围如下：
1)在学校和灌装设备研发企业，本设备可作为活塞式液体灌装基础技术的研究平台，指导同类灌装设备的设计开发;
2)在液体产品灌装企业，通过灌装试验，可指导同类灌装生产线的调试;
3)作为学生、学者和高校教师研究灌装技术的试验平台;
4)作为相关专业实践教学的试验设备。
作品名称：小型液体灌装综合实践教学平台
完成单位：武汉理工大学
