一种新型灌装机的功能原理创新设计

一种新型灌装机的功能原理创新设计

第2期

２００9年2月

文章编号：１００１-3997（２００9）02-0259-02＊＊＊＊＊＊＊

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机械设计与制造

MachineryDesign＆Manufacture

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管理

一种新型灌装机的功能原理创新设计

袁峰1聂惠娟1王太勇2

（1郑州大学机械工程学院，郑州450001）（2天津大学机械工程学院，天津300072）

设计阶段，概念设计的核心在于创新，创新是概念设计的灵魂[1]。德国的Palh和Beitz认为概念设计是指：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合，确定出基本求解途径，得出求解方案[2]。

由此可知，功能分析、原理设计是概念设计的主要任务，功能原理的创新是产品最根本的创新。根据企业生产所需，采用功能原理创新设计方法，构造出了一种新型颜料灌装机的原理设计方案，并最终实现了该产品的创新。

1功能创新设计的一般过程

产品的功能是产品的效能和作用。进行功能设计时，首先要根据用户需求确定产品的功能；功能需求过于具体时，使得设计思路狭窄，需求将功能抽象化；一个产品往往有多个功能，一些是一些是次要功能，在设计过程中为了实现一个功能又主要功能、

要确定它的子功能和支持功能，因此设计时要进行功能分解。总之，产品功能设计的内容应当包括功能规划、功能抽象、功能分解

4]

以及功能具体化等[3，。

并加以规划。功能抽象则是在更高层次上认识产品的效能和作用，有助于产生新的创新思路。功能分解指将产品总功能划分为多个不同分功能或子功能，直至功能元的过程，功能分解需遵循一定的原则。功能具体化则是为实现高层功能在限定实现原理后对产品效能和作用的认识。

2灌装机设计任务

某颜料生产企业需设计一台新型颜料灌装机，如图1所示。

＊来稿日期：2008-04-18

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Functionandprincipleinnovativedesignofanewbottlingmachine

YUANFeng1，NIEHui-juan1，WANGTai-yong2

（1CollegeofMechanicalengineering，ZhengzhouUniv.，Zhengzhou450001，China）（2CollegeofMechanicalengineering，TianjinUniv.，Tianjin300072，China）

【摘要】为了实现灌装机的创新设计，采用功能原理创新设计方法，构造出了一种新型颜料灌装机

的原理设计方案；依照功能结构图，进一步求出各分功能的原理解，最终实现了该产品的创新。

关键词：灌装机；功能原理；创新设计

【Abstract】ToachieveinnovativeDesignofanewbottlingmachine，itadoptedmethodoffunctionandconstructedprincipleschemeofanewpaint-bottlingmachine.Basedandprincipleinnovativedesign，

onthefunction-structurefigure，everysub-functionalprinciplewassolved，andfinallyaccomplishedinno－vativedesignofthisproduct.

Keywords：Bottlingmachine；Functionandprinciple；Innovativedesign

中图分类号：TH112.1文献标识码：A

产品的概念设计是产品设计过程中最活跃、最富于创造性的

能够对4ml塑料瓶和5ml塑料瓶进行快速、精确地颜料灌注并合盖。设计原型是一台进口的4ml瓶半自动颜料灌装机，采用手工方式将颜料瓶逐一放置于瓶座内，瓶座固定在链板输送机上；塑料瓶随输送机行进方向中箭头，如图1（a）所示。

在某工位由蠕动泵驱动对塑料瓶进行颜料灌注；灌注完成后，借助固定在机架上的凸轮将行进中的塑料瓶盖适度翻起，随后由一台水平布置的气缸推动瓶盖至合适位置，再由一台垂直布置的气缸完成压盖动作。

（a）4ml塑料瓶（b）5ml塑料瓶

图1颜料灌装用塑料瓶Fig.1Paintfillingplasticbottles

功能规划主要是从用户需求中抽取出产品的功能需求部分，

3灌装机功能原理设计

基于对用户提出的设计要求以及原型机的功能、工效等方面的分析，认为实现颜料的精确灌注和合盖技术较为成熟，新设计的关键在于如何适应两种形状颜料瓶的灌装要求，并提高生产效率。据此，对用户需求以及系统的上料、灌注、翻盖、压盖等功能进行抽象后，确定了该产品设计的总功能为“实现对两种不同颜料瓶的高效灌装与合盖”。

灌装机属于工艺类机械，其工艺特征非常明显，因此在确定

一种新型灌装机的功能原理创新设计

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袁峰等：一种新型灌装机的功能原理创新设计

EIEM

压缩

空气约束颜料约束电量约束

第2期

E

了产品的总功能后，按照基于工艺功能的功能分解方法[5]，首先求取总功能原理解，即确定新的工艺实现方案。

如图2所示，为原型机的灌装工艺方法；从图中可以看出，各工序集中在机器的上排直线段上。虽然它可以满足4ml瓶的灌装，但如果要求一台机器可对两种颜料瓶灌装的话，需要通过调换瓶座来达到要求；由于机器共有66个瓶座，每次更换势必给生产人员带来极大的不便。而两种瓶的直径和深浅均不相同，设计通用的瓶座会使结构非常复杂，也不可行。

另外，由于塑料瓶等方面的原因，检测时不时会有一些不能完全合盖的情况，这时操作人员需要从上料位置走到检测位置作处理，这样也会影响生产效率。因此，面对新的总功能要求，必须重新考虑灌装工艺方案。

上料

瓶座

灌注

翻盖和压盖

检测

下料

M

朔

料瓶约束E

输入信号颜料盛装输入电能

输入压缩空气颜料搅拌

蠕动泵

分配电能

计数功能

调节分配压缩空气

压缩空气转换转矩

EI’

E

塑料瓶定位

转盘间歇式转动

灌注颜料

转盘间歇式转动

翻盖功能

压盖功能

转盘间歇式转动检查瓶盖是否压实

塑料瓶顶出下料功能

M

图4转盘式颜料灌装机的功能结构图

Fig.4Colorrotaryfillingmachinefunctionschart

该功能结构图清晰地显示了产品各个子功能以及它们之间的关联关系，包含了机器重要的工艺功能信息。从图中可以看出，采用了转盘型式的灌装工艺使得新机器的功能结构与原型机有翻盖功能、下料了很大的不同，例如其中的转盘间歇式转动功能、功能等。

图2原型机灌装工艺方法示意图

Fig.2Prototypemethodoffillingprocessdiagram

依照功能结构图，进一步求出各分功能的解；例如转盘间歇式转动功能采用凸轮分割器来实现；翻盖功能采用摆动气缸加翻板来实现；下料功能采用直线气缸加摆杆机构来完成等；最后完整地实现了各种功能需求。

如图5所示，是依照本文原理开发的新型转盘式颜料灌装机的实物图片，以及使用现场情况；该机生产能力为10000瓶/日（单班），通过用户使用，取得了满意的效果。

总功能原理解的确定要依靠一定的创新方法或技法，这里通过运用组合创新法等，构思出将所有瓶座集中为一体，并绕一个轴心转动的方法，即采用转盘式瓶座的型式，如图3所示。灌装 …… 此处隐藏：2163字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……