会议文件·2017年1月

DOI：10.2991 / jimec-17.2017.136

会议：2017年第2届联合国际信息技术，机械和电子工程会议（JIMEC 2017）

来自：联合国际信息技术，机械与电子工程会议2017/9/4

灌装结构机械设计新理论研究综述

摘 要:

在全面综述灌装结构机械技术及设备发展动态的基础上,提出了研究领域的几个新问题和发展方向,如通过集成和融合现代相关前沿科学和技术，生产具有超常和特殊性能的新概念材料等,并进行了简要分析和讨论.

关键词:界面;超常物理场;灌装结构机械;功能材料

1 灌装结构机械加工的时代背景

在人类进步的一段长时间范围内，许多工具、机械和方法被提出来；不同的原料用不同的工具来加工。原料及其处理过程已经变成了推动人类进步不可缺的一部份。在当前世界中日益激烈的竞争和人们追求幸福生活的今天，物质的功能已经远远超出了人类现有的并不断增长的知识及想象。例如：神秘原料功能，半导体材料，原料能量有吸力的材料，在航空领域中占有70%份额的强力铝合金4~5um的薄金属片，用各向异性深冲压金属板在1%以下；电子铝箔与强耐热铝合金已经被应用到航空、宇宙及深海领域中，等等；在原料加工加工领域中不同的时间段里，材料重要发展趋势就这样形成了：

（1）在特殊的物理领域里制造原料加工机械，是为了能有特殊的质地结构和辅助性的加工功能。例如：运用热能和机械能能够突破科学技术的极限，将一些不常用的能量，例如：微波、化学能、生物能等等，一个接一个的被引入到材料加工中来，因此一些加工特殊能量原材料的加工设备就被制造出来了。

（2）突破传统的物质限制，将溶化、凝固、造型一体化，然后加热得到具有特殊功能的原料，这样就可以降低加工费用。例如：材料加工整形技术，比如像快速翻滚，喷雾处理、塑胶成型、喷射造型法、高能量射束等等被应用。

（3）原料加工处理正在向高速、重载和高精度在线控制方向上迈进。例如：轧制速度达到130m/s，压力变形已达到300MPa，尺寸精度达到了0.1um，成型精度已达到0.1i；浓度精度已达到0.1MPa。由于这些原因，原料加工机械设备设计理论将科学与技术相关联的领域有机的结合起来设计生产一中新概念材料加工设备是可能的。

2 对于新概念材料加工设备的期望功能

（1）要有能力生产具有特殊物质的领域；能传送那些对于新概念材料加工在特定的物质环境下是非常必要的特殊能流。例如：在高温环境下能使那些高温波或者脉冲以超过104~106K/s的速度冷却下来；将外表面的凝固、变形合成一体，然后在将超强接触面应力重新组合成新的分界面；融化的大金属薄片的湍流；随机的低频率磁场用于金属末加热的微波、用于大量凝固的超声波等等都已经被应用了。

（2）有能力在临界状态下工作，因此高稳定性和理想性能的处理设备是在加强技术条件和室外操作的保证。例如：禁止在润滑状态下边界上的摇晃；在特有的摩擦状态下的抗震能力；有韧性的连接管的合力稳定性和干扰稳定性与轴相比更易驱动系统。

（3）有能力精确的控制原料加工而获得低损耗、高功率、高性能的原料加工。例如：精确的在线监测产品成型；在线监测和在线调整产品品质和器具还有在线控制金属、塑胶成型的程序。产品的精确度指数可以列举如下：宏观上精确度可达到0.1um，微观上的晶状体结构非常均匀，浓度误差在0.1MPa 。简而言之，拥有特别功能的新概念原料加工设备应该被设计和生产出来。这样的话，那些特别性能的原料就能被处理加工了。

3 在特殊的物理领域和环境下金属材料加工设备的问题和需要学习的内容

由于这些原因和以上提到的背景，如下的一些新的研究主题应该被改进：

3.1  连接传热装置和温度应力场的相界面

当融化金属处于液体和固体的临界状态时通过连续的变形和快速凝固，一种全新的微观结构可以被获得。在这个非常时刻，高浓度的热流和动态的热阻力在材料加工处理中成了主要事项。关于设计这个设备的基本理论问题是要学习核心传动系统合能量转化和建立数学模型。

3.2  材料加工设备表面粘流摩擦力的抑制

操作装置和工件的连接是相当复杂的因为粘流阻挡了加工表面界面态由周转速度、热力学处理工作量、操作装置的弹性、工件的可塑性、滑性界面的动态行为、局部水力的润滑油等等来决定。它们影响着材料加工设备抗摩擦装置的成型。因为它们会会强制其产生很大的非线性，这种强制会在瞬间被损坏或者是失谐，最后会导致动态不稳定性。因此提出了以下的问题：机械装置的噪声可能在晃动的界面引起滑动摩擦、不稳定状态；在高速、重载和边界润滑状态下在光滑表面和旋转式喷灌器之间的装置抑制。润滑油薄膜吸收装置和不断再生的表面的物理化学行为；流变学的特征和操作参数之间的关系。

3.3  在高压场条件下非线性接触式机械装置

在大范围内组建一个超强力压力场是材料加工设备的一个基本功能。当然形成一个大结构的元素也是可能的（例如太空船、大陆洲际间的交通工具、汽车、飞机）。组建一个超强压力场是最重要的特征之一，也是保卫国家独立最基本的装备。在强压力场环境下，接触式和非线性摩擦将会产生；因此将会导致局部的永久的变形和不好的因素。在强压力场下设计过程中，将会涉及到设备的设计新理论，例如：非接触式、非线性摩擦机构。

3.4  负荷分配规律

关于超静定结构，抑制点的负荷分配规律由相容性条件决定。虽然，关于那些大尺寸的、不定的、静止的结构在真实空间中是自由变化的，但负荷分配规律是不能决定相容性条件。因此新的基础理论由分析接触行为和变形装置获得（例如：摩擦力、变形相容性条件，等等）。

3.5  耦合装置和在材料加工系统中物理领域内的稳定性

随着系统的功能越来越多元化；许多限制材料加工进度的传统技术正在不断的被改善；系统结构也逐渐变得越来越复杂，系统性能变得越来越好。例如：钢扎厂的快速瞬间反转受弹性形变、粘流、散热处理、水动力润滑处理的，物理化学分子状态的影响。另外，机电的耦合在处理系统中已经超出了传统的概念；例如，一些奇特的现象（微小的变化可以引起很大的变化）已经出现；因此，滚筒操作的不稳定性可能会导致混乱。所以，这个主题将会在机械装置的物理领域中，在处理系统稳定性的影响和加工助剂质量上被提及和充分关注；

3.6  技术综合和合并精准的控制

在特定的物理条件下进行操作的材料加工设备是一个相当复杂系统，一些系统的参数在领域的边界上也是可以改变的；因此在领域环境下精确的控制与调整，调和尺寸，能量转换，信息传递，界面耦合等等是非常重要的。因为在控制模型中多种交互作用的存在，根据退耦控制模型而建立综合框架是必要的；精确的控制基于综合技术。

3.7  优化的和创新的设计基于创新的知识

材料加工技术能促进产品的设计质量的提高。最优化的材料加工技术和材料加工设备意味着实现实质的仿真通过类似的设计和一致的设计是我们学习的主题。

3.8  在特殊的领域里机械装置的特殊功能和应用

一些重要的元素和部分在材料加工设备中常常在强力场、温度场、电磁场和流场中工作，有建造特别物理界面的功能；虽然对那些普通单一的物质象金属、陶瓷等拥有单一的高指数和卓越的总质量是很困难的。因此我们需要在重要部位采用具有新功能的原料；例如：尺度功能有倾向的材料是想当可贵的。由于这些原因，学习基本法律和以上提到的具有这些功能的机械装置；例如：强调分配功能、破坏机理和在特定领域中的设计标准，静态（动态）的硬度和阻尼，模糊设计和明朗设计处理系统构成了有斜度的材料，等等。

今天，材料加工科学和技术正在快速的向前发展；把学习的目标瞄准材料加工设备的技术问题将会为21世纪的制造业提供技术支持。

当今的灌装机械，尤其是饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点，也是目前灌装机械行业发展趋势走向。

（1） 多功能

同一台设备，可进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳饮料和果汁饮料等多种饮料的热灌装；均可进行玻璃瓶与聚酯瓶的灌装。速度、高产量碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达2000罐/分，德国KHS公司、SEN公司、KRONES公司，其灌装机的灌装阀分别达到165头、144头、178头。非碳酸饮料灌装机的灌装阀50—100头，灌装速度最高达1500罐/分。

（2） 技术含量高、可靠性强

全线的自控水平和全线效率高。在线检测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数，计量精确。集机、电、气、光、磁为一体的高新技术产品不断涌现。

（3） 成套供应能力强

如一条饮料灌装线，由微电脑件、控制软件、灌装封盖配套组合，现实生产力与理论科技相结合。供货商可以为用户提供工程设计、安装、调试，最后交用户验收。比如：沈阳东泰包装机械设计是将普遍使用仿真设计技术把各种机器单元以数据库形式存入计算机，把图纸数字化后输入计算机，再把实际生产的指标和数据、可能发生的故障等输入计算机，再由工程师依照实际工作情况进行操作，演示出生产能力、废品率、生产环节匹配、生产线瓶颈在何处等，还可根据用户意见进行修改模型直到用户满意。

当前灌装机械技术在食品、饮料包装上的开发、设计和制造过程中广泛应用。当前灌装机械的发展趋势是不断提高单机的自动化程度，改善整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力，可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。

随着我国酒业的快速发展,啤酒、葡萄酒、黄酒、白酒等酒类产量持续增长，我国饮料酒(不含果露酒、发酵酒精)总产量已达2878万千升,同比增长8.2%。有关专家指出，我国饮料行业是高成长性的行业，成熟饮品增长稳定，新的热点和增长点不断涌现，新兴饮品的增长更快。同时，中国包装机械已发展成世界液态食品行业中有重大影响和极大市场占有率行业。因此，液体灌装机市场发展潜力巨大。

我国液体灌装机要满足包装行业快速发展的需求，并积极参与国际竞争，就必须打破“小而散”的行业态势，在“高精尖”的方向上不断前进。业内人士认为，未来液体灌装机将配合产业自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多元化，结构设计标准化、模组化，控制智能化，结构高精度化等几个方向发展液体。因此灌装机的发展为食品、药品的现代化加工和大批量生产提供了必要的保证。 从而再一次证明了液体灌装机的发展市场潜力巨大。

4 设计心得

毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及全部专业课之后进行的。这是我们对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是我们在走进社会工作岗位前的一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

转眼间4周的机械制造技术和专用夹具的设计就结束了,周围的课程设计审查对生活的感悟作为一个提升的过程,并在课程设计,会不断地看到教材,看参考书看资料,遇到问题却不明白我们一起分析或向老师请教等找到一个有用的与我们的设计数据和资料,然后他们会成为我们的设计为原料,通过这种设计我们学到了很多的知识,学习并熟悉与查表,检查参考书,也掌握了证明和CAD相关的操作,因为部分工艺设计有着深刻的认识和理解的夹具设计也有了一定的了解,知道一些基本的夹具的具体结构部件,如皮瓣,钻套,顶头……。通过合作和团队成员及夹具,使过程中我了解合作是非常重要的,分工合作可以工作更快更好。

在这个课程设计,老师给我们提供了宝贵的参考意见,让我们知道如何完成的课程设计,如何把你的事情,多亏老师的精心辅导。和我们有了更多的分析和解决问题的能力。在这个过程中,我们发现最缺乏的是社会实践经验,空虚有书籍理论知识,没有感性的认知,往往会有可能和实际分开。一般来说,这种设计可以使我们会学会知识体系相关链接,这暴露了不足之处。也希望我们在以后的学习可以进入社会,使更多的社会实践活动,为了提高自己的能力,以适应社会。

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