一、玻璃瓶自動灌裝機的分類和原理
不同的液體具有不同的物理性質和化學性質,在進行灌裝作業的時候,需要保持液體特性的穩定,因此要求采用不同的灌裝方法,具體的灌裝方法主要有如下幾種。
1常壓灌裝法
以定量杯灌裝為例,如下圖所示。這種方法利用純重力的基本原理,在常壓狀態下,液體自重流人玻璃瓶里,類似白酒、牛奶、醋等可以自由流動,而且沒有含氣的液體,都可以采用這種方法進行灌裝。
2.等壓灌裝法
等壓灌裝法如下圖所示這種方法采用的是壓力和重力相結合的基本原理,為保證玻璃瓶與貯液箱等壓,需要對玻璃瓶進行充氣,隨后液體自重流人玻璃瓶里,類似啤酒、汽水等可以自由流動,而且含氣的飲料都可以采用這種方法進行灌裝,有效防止這些飲料的CO2流失,保持飲料的質量與定量精度。 
3真空灌裝法
真空灌裝法如圖所示。
這種方法的基本原理是降低玻璃瓶的氣壓,使其低于大氣氣壓,常見的有壓差真空式和重力真空式兩種,前者是直接對玻璃瓶抽氣,保持瓶內真空狀態,并與貯液箱形成壓差,液體則依靠壓差作用流人玻璃瓶內,后者是貯液箱本身真空,對玻璃瓶抽氣,保持瓶內真空狀態,液體自動流人瓶內,這種方法適用于糖漿、油類等粘度比較大的液體,以及含有維生素的液體物料和有毒物料,可以延長液體保質期和減少毒性氣體外泄。
4.壓力灌裝法
這種方法的基本原理是利用氣壓或者機械壓力將液體擠進玻璃瓶內,適用于粘度比較大的稠性液體,譬如番茄醬、牙膏等,汽水的灌裝也可以利用這種方法,能提高灌裝效率,但會稍微影響灌裝質量。
以上幾種灌裝方法,根據液體的粘度、含氣量、揮發性、保質期等進行選擇,也就是說,玻璃瓶自動灌裝機的基本原理都是根據灌裝物本身的性質而決定的,譬如牛奶等不含氣的飲料,為了提高飲料的保質期,要求所采用的灌裝法能夠減少玻璃瓶中的含氧量。
二、玻璃瓶自動灌裝機的設計
根據玻璃瓶自動灌裝機設計的基本原理,結合待灌裝液體的性質,對灌裝機的各個結構進行合理設計。
1閥體結構設計
玻璃瓶自動灌裝機的閥門結構主要是根據結構中可以運動部分的運動形式設計的,有單移閥、旋轉閥、多移閥3種。
（1）單移閥：單移閥,即閥體結構中相對于固定部分的可動部分。在開啟或者關閉閥門的時候,呈直線運動狀態,有端面式和柱面式兩種,其中端面式在開啟和關閉閥門流體通路的時候,需要借助移動塊的斷面,適用于廣口玻璃瓶的灌裝。其結構要求閥座與閥蝶用螺紋連接,以及用螺母吊緊,然后再用螺母將閥座固定在貯液箱上,橡皮活門和閥蝶之間需要用彈簧密封,最后再升瓶處理,液門形成于活門和閥蝶之間,以便進行灌裝。
其中灌裝閥的開啟和關閉,對徑向孔位置有一定的要求,需要利用反復式的圓柱形閥芯和閥體,并用螺紋將定量杯和閥芯連接,便于排除罐體內的氣體和切斷真空系統,最后灌裝頭的彈簧作用于閥芯,使其恢復到原來狀態,就完成整個循環工作,比較適合非粘性液體的灌裝。
（2）旋轉閥：旋轉閥有柱式和盤式兩種,柱式可動部件是旋塞的圓柱面，柱式可動部件在圓柱面上面開設帶有夾角的孔洞,與閥座固定的孔洞相對應,將旋柄的擺動角度控制好,就可以利用旋塞開啟和關閉閥座,控制流體的出人,但旋塞來回轉動的作用,容易磨損漏液,解決該問題的辦法是將旋塞改成錐形,并用彈簧適當壓緊。而盤式的可動部件是端平面上的閥蓋,而且閥蓋上面留有一定夾角的孔洞。
在不動部件的閥座上面則留有相應的孔洞,用螺釘將閥座固定在貯液箱的轉盤上面,并留有兩個氣體孔道和兩個液體孔道,其中1個氣孔與氣室相連,另外1個氣孔與灌裝瓶相連,兩個液體孔道則分別與液室和灌裝瓶相連,只要撥動閥蓋的擋塊,閥蓋就能夠在閥座的不同位置旋轉,滿足各種灌裝需求,譬如從原始位置旋轉至40。,閥蓋的兩個氣孔和閥座的兩個孔道相對應,貯液箱里面氣體進入閥座上孔道,再由閥蓋的另外一個氣孔流人灌瓶里面,最后完成整個充氣等壓的過程。
（3）多移閥：多移閥有氣動式和機械式兩種,前者是利用機械的作用力打開氣閥,往玻璃瓶里面充氣,直到玻璃瓶內的氣壓和貯液箱的氣壓相等,利用玻璃瓶內氣壓的往上作用力,克服液閥的密封阻力,打開液閥灌液。譬如啤酒含氣飲料的灌裝閥,先用螺栓將閥體固定在貯液箱底部,閥體周圍有密封圈防止漏液,液門位于液閥和閥座底部,氣門則位于錐形端部和膠圈之間,通過開啟和關閉氣門與液門,就能夠完成啤酒的灌裝。具體流程是充氣等壓、進液回氣、液滿關閥、壓力釋放、排除余液,基本能夠滿足各種含氣飲料的等壓灌裝需求,設計時重點兼顧裝配和調整工作,提高灌裝的穩定性程度。
機械式則是利用機械的作用力打開氣閥,間隔一段時間后,再打開液閥,由托瓶臺的上升作用力和閥端密封圈的頂緊作用,完成對玻璃瓶的充氣和抽氣,直到氣管上升到極限狀態,再用拖瓶臺頂起玻璃瓶,打開下液管和下液門,將玻璃瓶里面的氣體擠回氣室,完成進液回氣的整個流程。
2.閥端結構設計
閥端結構的設計主要解決氣體和液體進出玻璃瓶出現的問題,需要結合長管閥和短管閥的結構特點,按照環隙回氣和環隙回液的氣液道布置方法,滿足氣體和液體進出玻璃瓶的條件。
（1）長管閥設計
長管閥設計目的是在玻璃瓶灌裝時可以將閥管從瓶口深人到瓶底,一方面是在液體達到玻璃瓶口之前,從管嘴自由出流;另一方面是在液體蓋過玻璃瓶口之后,從管嘴淹沒出流。尤其是第二方面,是整個灌裝流程的重點,要求控制氧氣在液體中的溶解量,鑒于灌裝的長管徑口的尺寸比較小,而且玻璃瓶本身的結構具有限制性,因此管閥在設計時,需要解決灌裝流量偏低的問題。
（2）短管閥設計
短管閥設計目的是在玻璃瓶灌裝時可以將閥管從瓶口深入到瓶底,確保液體能夠穩定地從短閥管的管嘴自由出流。因此在設計時,需要在回氣管上面設置分散罩,以便沿著管壁引流灌裝，減少液體灌裝的阻力,形成穩定的層流。除此之外,采用定量的方法控制玻璃瓶液體灌裝的高度,在設計閥端節后的時候,盡量縮短液門和瓶口的距離,便于玻璃瓶里面的液體升到氣管位置的時候,可以利用玻璃瓶徑口的空間,高效壓縮氣體,平衡玻璃瓶內外的灌裝氣壓,但出液體口的截面設計要適中,太大可能會形成截流現象,影響定量灌裝的精確度。
3.閥門啟閉結構設計
玻璃瓶自動灌裝機閥門開閉的結構設計,要求在控制升瓶結構、固定擋塊、回轉撥叉、瓶內充氣壓力,具體設計方法有以下幾種。
（1）升瓶結構設計
升瓶結構設計是通過控制閥體的可移動部分,沿著軸向直線移動,主要針對單移閥和多移閥,通過玻璃瓶的升降,用機械方式打開和關閉液閥,一般分兩次來完成控制動作,而且不需要另外增設控制結構。為了便于打開玻璃瓶上面部位的氣閥,需要提高升瓶結構的設計水平。
（2）固定擋塊設計
固定擋塊設計是為了能夠控制閥體結構可動部分的回轉擺動、徑向直線移動、軸向直線移動動作,需要將固定擋塊安置在灌裝機的轉盤旋轉軌道旁邊,以控制閥門的開啟和關閉,其中壓力法單移閥和多移閥壓力的釋放都是采用固定擋塊進行控制的,主要目的是防止玻璃瓶撤離時液閥仍然存在漏液現象,為了提高自控的效果,可以用氣動、電動、機械等方法,用固定擋塊防止灌裝的失控。
（3）回轉撥叉設計
主要針對閥體的清洗,玻璃瓶閥門的開啟和關閉,固定擋塊不能夠代替的時候,以及多移閥中氣閥的開啟和關閉,同樣可以用回轉撥叉來代替升瓶結構的控制,只需要在設計的時候將撥叉放置在適當的位置上面,就能夠克服升瓶結構打開上端氣閥的阻力。
（4）玻璃充氣壓力控制的設計。
這種設計主要針對含氣飲料玻璃瓶自動灌裝機,目的是控制灌裝過程中玻璃瓶里面氣壓和貯液箱氣壓的平衡,要求在打開液門的時候,液閥的彈簧可以自動打開,并自動完成灌裝,保護好玻璃瓶,同時,還可以確保玻璃瓶上面的孔洞不會漏液,提高自動灌裝時的穩定性,這對彈簧的精度設計要求比較高。
4.閥門密封結構設計
玻璃瓶自動灌裝機的閥門密封,其結構設計是在安裝流體通路開關的基礎上,確保閥門不會漏氣或者漏液,其設計的主要部位是閥門打開和關閉的接觸面,其中包括可動部分和不動部分,尤其是貯液箱結合面和壓緊瓶口的接觸面,一方面是接觸平面的密封設計,可以采用密封材料壓緊密封,設計時只需要改變壓緊力,或者在磨損之后重新密封,就能夠滿足設計的要求,并延長接觸面的密封壽命,安全性和可靠性也比較高;另一方面是相對運動圓柱面的密封,采用自動型密封的方法,用密封材料進行壓緊,以及利用密封材料的反彈力作用,防止閥門在運動磨損之后出現泄露現象,尤其是預緊力太大的情況下,更換密封材料之后,能夠使得磨損速度相對降低,大大提高閥門結構的密封效果。
