一种故障率低便于清洗的液体农药灌装机的制作方法

1.本实用新型涉及农药包装机技术领域，具体为一种故障率低便于清洗的液体农药灌装机。


背景技术：

2.液体农药灌装机是指对液态农药进行瓶装、罐装、袋装等自动包装的设备，其通常包括药箱、驱动机构和灌装机构，该灌装机构包括灌装缸、三通电磁阀和灌装头，灌装缸包括缸筒、活塞和活塞杆，活塞可在缸筒内滑动，活塞杆的一端与活塞固定连接，活塞杆的另一端与驱动机构连接，三通电磁阀的三个端口分别通过管路与药箱、灌装头和缸筒远离活塞杆的一端连通。上述灌装缸采用注射器的原理：当活塞杆带动活塞向远离缸筒方向移动时，三通电磁阀切换成使缸筒与药箱连通，灌装缸从药箱抽取药液；当活塞杆带动活塞向靠近缸筒方向移动时，三通电磁阀切换成使缸筒与灌装头连通，灌装缸向灌装头挤出药液实现定量灌装。
3.在实际应用中，为提高灌装速度保证灌装效率，上述灌装机构通常设置有多组（例如24头灌装机即设置有24组灌装机构），多组灌装机构的灌装头并排设置，包装瓶成组输送至灌装头下方，各灌装缸同时通过灌装头挤出药液对各包装瓶进行定量灌装，在输送下一组空瓶的间隙，各灌装缸又同时从药箱抽取药液以待下次灌装。为保证各灌装缸动作的同步性，通常采用一刚性连接件将各活塞杆连接在一起，在灌装时，由驱动机构驱动该连接件带动各活塞杆往复运动。
4.现有技术中的液体农药灌装机中，通常是把药箱设置于设备顶部方以便加药，把灌装头设置于设备的中上部以方便对灌装状态进行观测以及对灌装头的位置进行调整，而把驱动机构设置于设备的下部。灌装缸则是设置于药箱与驱动机构之间的位置，灌装缸的活塞杆向下设置，各活塞杆通过刚性连接件与驱动机构连接。该农药灌装机在实际应用时，存在设备故障率高、清洗复杂、易于造成污染等问题。
5.在设备故障率高方面，主要体现为泄漏频繁的问题。与食品、药品不同，在液体农药产品中不可避免的会存在少量的坚硬的微小颗粒物质，而灌装缸的缸体与活塞之间通常由橡胶密封圈实现密封。现有的农药灌装机在灌装时，灌装缸的活塞杆需要频繁的往复运动，一旦在密封圈与缸筒之间进入上述颗粒物质将极容易造成密封圈磨损，导致农药从缸筒的活塞杆端向下泄漏，污染整个作业环境。这也一直是困扰农药包装企业的技术难题，目前常规的做法是选用更为耐磨的密封圈，其虽然能在一定程度上提高密封圈的使用寿命，但并不能从根本上解决密封圈磨损的问题，而如果密封圈选型更为耐磨，上述微小颗粒物质实际更容易对缸筒内壁造成磨损拉伤，造成更大的泄漏故障；另一种做法就是定期全线更换密封圈以保证生产时的连续顺利生产，然而密封圈的更换需要脱缸作业，即将活塞和缸筒脱开，其操作过程复杂、工作强度高，且脱缸后缸筒内残留的农药容易倾斜而出，造成更大的环境污染。
6.在设备故障率高方面，还体现为驱动装置的故障频繁。由于在灌装时，驱动装置是
通过刚性连接件同时带动多个活塞杆做往复伸缩动作，其动作频繁且负荷大，常常在连续生产过程中出现故障，无法继续生产。
7.在实际的农药包装生产中，常常会遇到更换农药品种的情况，为避免不同品种的农药间相互污染，每一次更换农药灌装品种时均需要对药箱、灌装缸、三通电磁阀和灌装头进行清洗。现有的液体农药灌装机在清洗时，药箱可以直接用水清洗，理论上三通电磁阀和灌装头也可以通过反复抽排水实现清洗，但灌装缸内会存在农药残留，反复抽排水过程中亦会有残留的农药进入管路和三通电磁阀造成污染，无法实现彻底清洗。故在进行清洗时，需要将活塞和缸筒脱开实施脱缸作业才能清洗干净，其操作过程复杂、工作强度高，且耗时较长，严重影响连续生产期间的单班产量。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种故障率低便于清洗的液体农药灌装机。
9.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
10.一种故障率低便于清洗的液体农药灌装机，包括药箱、驱动机构和若干灌装机构，所述灌装机构包括灌装缸、三通电磁阀和灌装头，所述灌装缸包括缸筒、活塞和活塞杆，所述活塞可滑动的设置于所述缸筒内，所述活塞杆的一端与所述活塞连接，所述活塞杆的另一端伸出所述缸筒并与所述驱动机构连接，所述三通电磁阀的三个端口分别通过管路与所述药箱、灌装头和缸筒远离活塞杆的一端连通，所述三通电磁阀用于使所述药箱与所述缸筒连通或用于使所述灌装头与所述缸筒连通，所述灌装缸基本呈竖直方向设置，所述缸筒远离其活塞杆的一端位于所述灌装缸的底部。该灌装机在现有机型的基础上不增加设备投入，能有效解决现有设备存在的泄漏故障多、驱动机构故障率高和清洗不便的技术难题。
11.进一步的，还包括机架，所述灌装缸的缸筒和药箱均固定安装在所述机架的顶部，所述三通电磁阀设置高度位于所述灌装缸的底端与所述灌装头之间，可进一步减小驱动负荷，也能更彻底的将农药中的微小颗粒排出，延长活塞密封件的使用寿命。
12.进一步的，还包括连接板，若干所述活塞杆均与所述连接板固定连接，所述机架顶部固定设置有导向板，所述连接板与所述导向板滑动连接。在导向板的限位导向下，驱动机构仅承受来自连接板的竖向负荷，其负荷方向恒定，有利于保证驱动机构的使用寿命。
13.进一步的，所述活塞杆与所述连接板之间通过螺栓可拆卸连接，一旦发生密封圈损坏造成灌装时定量不准的情况时，可以拆除螺栓，从上方将活塞杆取出进行更换，该脱缸过程中药液被留存于缸筒内，并不会泄露造成药液浪费和污染。
14.进一步的，所述活塞杆相对于所述活塞在轴向上无串动，所述活塞杆相对于所述活塞在径向上周围均有滑移空间。
15.具体的，所述活塞的一端依次向内加工有孔径逐渐变小的同心的螺纹孔、凹孔和盲孔，所述活塞杆的一端端部与所述盲孔的根部抵接，所述活塞杆的直径小于所述盲孔的孔径；还包括垫圈和锁紧件，所述活塞杆上加工有卡槽，所述垫圈设置于所述凹孔内，所述垫圈套设在所述卡槽上，所述垫圈的内径大于所述卡槽的直径且小于所述活塞杆的直径；所述锁紧件套设在所述活塞杆上，所述锁紧件的内径大于所述活塞杆的直径，所述锁紧件的一端加工有外螺纹，所述锁紧件与所述活塞通过螺纹连接，所述锁紧件的螺纹拧紧时其
端部通过所述垫圈将所述活塞杆的端部向所述盲孔的根部压紧。
16.进一步的，所述活塞杆与所述盲孔根部相抵接的一端呈球面。
17.进一步的，所述垫圈由两个卡件组成，所述卡件呈半圆环状，两个所述卡件相对设置于所述卡槽的两侧。
18.本实用新型的有益效果是：
19.本实用新型一种故障率低便于清洗的液体农药灌装机，是为解决现有技术中的液体农药灌装机设备故障率高、清洗复杂、易于造成污染等一系列问题，在不增加设备投入的情况下，提出的一种创新性机型。其是在现有的液体农药灌装机基础上，将灌装缸基本呈竖直方向设置，并设置使缸筒远离其活塞杆的一端位于灌装缸的底部。通过该改进彻底杜绝了农药中的微小颗粒对灌装缸活塞密封件的磨损，极大的延长了密封件的使用寿命，解决了泄漏严重的问题；同时减小了驱动机构的负荷，也使得负荷更为均衡，减少了驱动机构的故障率，也有助于液体农药灌装机向更高生产效率或是更低能耗方向发展；通过该改进，在更换灌装品种进行系统清洗时不再需要脱缸作业，大部分清洗动作都由设备自动运行，其清洗简单方便、工作强度低，且耗时短，可有效节约更换灌装品种时的时间。
20.采用特定的活塞结构，使活塞杆相对于活塞在轴向上无串动，活塞杆相对于活塞在径向上周围均有滑移空间，可以有效解决加工误差导致的活塞单侧密封圈磨损的问题，有效提升密封圈的使用寿命，进一步减少泄漏故障。
附图说明
21.图1为本实用新型一种故障率低便于清洗的液体农药灌装机的结构示意图；
22.图2为本实用新型一种故障率低便于清洗的液体农药灌装机中活塞结构的分体结构示意图；
23.图3为本实用新型一种故障率低便于清洗的液体农药灌装机中活塞结构的剖视结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
25.现有的液体农药灌装机机型一般是在机架顶部设置药箱10，机架底部设置驱动机构（一般是通过电机减速连接的丝杆升降机构）。根据生产节奏和效率的需要，机架上设置有16至30组灌装机构，该灌装机构包括灌装缸20、三通电磁阀30和灌装头40。灌装缸20竖直设置于药箱10和驱动机构之间的位置，灌装缸20包括缸筒、活塞21和活塞杆22，活塞21可滑动的设置于缸筒内，活塞杆22的顶端与活塞21连接，活塞杆22的底端向下伸出缸筒并与驱动机构连接。三通电磁阀30的三个端口分别通过管路与药箱10、灌装头40和缸筒远离活塞杆22的一端连通。在灌装前，三通电磁阀30使药箱10与缸筒连通，驱动装置带动活塞杆22向下移动抽取药液；在灌装时，三通电磁阀30使灌装头40与缸筒连通，驱动装置带动活塞杆22向上移动向灌装头40定量挤出药液。
26.现有的液体农药灌装机在生产应用中一直存在泄漏故障严重、驱动机构故障率高，造成污染严重和清洗复杂的技术难题。面对泄漏严重导致的浪费多、污染高的问题，常
规的做法是通过采用更为优质耐磨的密封件和缸筒以提升灌装缸的使用寿命或是采用定检定修的生产管理制度对密封件进行定期更换；面对驱动机构故障高率高的问题，常规的做法是对驱动机构的结构进行改造（例如改造丝杆升降机构的轴承支撑形式增加轴承寿命，提高电机功率使其能承载更大负荷等）。这些做法都将直接或间接导致生产成本或设备成本的提高。而面对清洗复杂的问题，目前并没有更好的解决办法，每次换品种的清洗过程都极为耗时耗力，严重影响生产节奏和当班产量，还因为脱缸操作造成生产现场较重的农药泄漏污染。
27.本实用新型一种故障率低便于清洗的液体农药灌装机，即是为解决现有技术中的液体农药灌装机设备故障率高、清洗复杂、易于造成污染等一系列问题，突破常规技术改造思路，在不增加设备投入的情况下，提出的一种创新性机型。
28.如图1所示，该创新性机型在现有的农药灌装机基础上，改变了灌装缸20的布置方向，其他部件及部件间连接关系不变。具体为灌装缸20基本呈竖直方向设置，缸筒远离其活塞杆22的一端位于灌装缸20的底部。
29.通过上述改进，缸筒抽取的药液的重力始终朝下即朝向缸筒远离活塞杆22的一端，相比于现有的液体灌装机，其主要优势如下：
30.在泄漏故障方面，改进后的机型抽取农药药液时是自下向上抽取，在抽取过程中药液中存在的微小颗粒物质并不会被药液液流带入到靠近活塞的缸筒中上部位置，而更多是在其自重作用下向缸筒下部底部沉降。在进行灌装时，这些微小颗粒物质又随着药液的向下挤出一起被排出至包装瓶内，同时缸筒中上部的药液也对活塞21行程范围内的缸筒内壁进行冲洗，使该行程范围内的微小颗粒物质彻底排除。这极大的减少了活塞21在往复运动过程中与微小颗粒物质接触的机会，杜绝了活塞21的密封圈被农药中的微小颗粒物质磨损的情况，极大的延长了密封圈的使用寿命。另外，由于活塞杆22在缸筒的上方，即便是经过长时间的使用，活塞密封圈出现泄漏，农药药液也在自重作用下被留存在缸筒内，不会漏出造成生产环境的污染。同理，这种布置形式在更换密封圈的脱缸操作中也不会出现农药漏出的浪费和污染。
31.在驱动机构故障方面，现有的农药灌装机由于活塞杆22设置于缸筒的下端，在驱动其往复运动时，缸筒内的药液重力实际也是通过活塞杆22作用于驱动机构。在驱动机构通过活塞杆22带动活塞21做往复运动时，其实际上承受了大量来自缸筒内药液的重力负荷，而且这个负荷随着缸筒抽排药液的过程呈较大的周期性变化状态。而改进后的机型由于活塞杆22设置于缸筒的上端，在驱动机构驱动活塞往复运动时，缸筒内的药液自重始终作用于缸筒，驱动机构只承担各活塞杆的负荷（主要为活塞杆的重力和抽吸过程中液流的沿程阻力），相比于现有农药灌装机的设计形式，极大的减少了驱动的负荷，且负荷的变动量小，由此改善了驱动机构的运行环境，极大的减少了驱动机构的设备故障率。另外，在改进后的机型中，由于驱动负荷减少且负荷相对恒定，在相同的动力设备下可以带动更多的灌装机构提高生产速度和效率，同样的在既定的生产速率下也能选择更小功率的动力设备，减少设备成本和能耗。
32.在清洗方面，改进后的机型可更为方便的完成系统清洗，具体清洗方式是：先排出药液，清洗药箱10；其后在药箱10内加入清水；其后使活塞21循环做往复运动从药箱10抽取清水再由灌装头40排出，清洗活塞21行程区域的缸筒内壁、三通电磁阀30、灌装缸、灌装头
40以及中间管路；其后使活塞21上移到正常灌装时的起点位置上方，设定灌装缸行程再次循环做往复运动，进行进一步清洗（该步骤可循环实施直至清洗干净）；最后排尽清水，向系统内通入气流烘干，活塞21复位。在清洗完成后，药箱10内加入药液，正常灌装前先使灌装缸20循环运动几次，即可排出系统内空气（即便是缸筒内有极少量的气体残留于活塞21附近，由于常温下气体的压缩比有限，也不会影响后续定量灌装），恢复正常生产。由此可见，该清洗过程中无需进行脱缸操作，不会造成药液泄出浪费和污染，且大部分清洗动作由设备自动运行，其清洗简单方便、工作强度低，且耗时短，可有效节约更换灌装品种时的时间。
33.进一步的，该故障率低便于清洗的液体农药灌装机同样设置有机架，灌装缸20的缸筒和药箱10均固定安装在机架的顶部，两者基本等高设置，三通电磁阀30设置高度位于灌装缸20的底端与灌装头40之间的位置，即灌装缸20、三通电磁阀30和灌装头依次从上至下设置。通过该设置，进一步保证灌装挤出时灌装缸20以及挤出管路内的药液自重方向与挤出方向基本一致，药液可以顺利的通过灌装头40向外灌装，灌装过程不存在卡滞，灌装时负荷相对较小且均衡，同时可顺利的向外排出药液中的微小固体颗粒；灌装缸20和药箱10呈基本等高设置，在灌装抽吸时根据u型连通器原理，药箱10内的药液也存在向灌装缸流动的趋势，亦不会增加抽吸负荷。具体实施时，通过调整三通电磁阀30的高度以调整其与药箱10、灌装缸20和灌装头40之间管路的长度，可进一步使得抽吸负荷和挤出负荷大致均衡，有利于驱动装置在负荷更为均衡稳定的工况下运行。
34.进一步的，在机架的顶部固定设置有竖向的导向板52，导向板52上可滑动的设置有连接板51，各灌装缸20的活塞杆22均与该连接板51固定连接。驱动机构驱动该连接板51沿导向板52上下滑动，从而可同步带动各灌装缸20的活塞杆22往复运动，实现连续灌装。在导向板52的限位导向下，驱动机构仅承受来自连接板51的竖向负荷，其负荷方向恒定，有利于保证驱动机构的使用寿命。
35.具体的，活塞杆22与连接板51之间通过螺栓可拆卸连接。一旦发生密封圈损坏造成灌装时定量不准的情况时，可以拆除螺栓，从上方将活塞杆22取出进行更换，该脱缸过程中药液被留存于缸筒内，并不会泄露造成药液浪费和污染。
36.在实际应用中，由于加工误差的存在，灌装缸的缸筒和活塞杆22的轴线难以保证是完全重合的，这使得驱动机构在驱动活塞杆22往复运动时，活塞21受力方向与其在缸筒内的滑动方向存在一定的偏差角度，进而导致活塞21一侧的密封圈更容易磨损。为进一步保证密封圈的使用寿命，彻底杜绝泄露严重的问题，在具体实施时该灌装缸20内优选应用本技术人研发的一种灌装缸活塞结构（申请号202220084923x），如图2、图3所示，其活塞杆22相对于活塞21在轴向上无串动，活塞杆22相对于活塞21在径向上周围均有滑移空间（活塞杆22在跟驱动机构连接处，在径向上也有一定的滑移空间）。在驱动装置通过活塞杆22带动活塞21在缸筒内往复运动的过程中，不再是强行拉扯，而是活塞杆22自动的相对于活塞21在径向上平移，进行自适应调整，以此避免强行拉扯活塞杆22造成的活塞21某一侧的密封圈磨损，由此有效提升密封圈的使用寿命。
37.具体实施时，活塞21的一端依次向内加工有孔径逐渐变小的同心的螺纹孔、凹孔和盲孔。活塞杆22的一端端部与盲孔的根部抵接，活塞杆22的直径小于盲孔的孔径。还设置有垫圈和锁紧件24，活塞杆22上加工有卡槽221，垫圈设置于凹孔内，垫圈套设在卡槽221上，垫圈的内径大于卡槽221的直径且小于活塞杆22的直径；锁紧件24套设在活塞杆22上，
锁紧件24的内径大于活塞杆22的直径，锁紧件24的一端加工有外螺纹，锁紧件24与活塞21通过螺纹连接，锁紧件24的螺纹拧紧时其端部通过垫圈将活塞杆22的端部向盲孔的根部压紧。上述垫圈由两个卡件23组成，卡件23呈半圆环状，两个卡件23相对设置于卡槽221的两侧，将垫圈设计成分体式卡件23方便装配。
38.优选的，活塞杆22与盲孔根部相抵接的一端呈球面，可有效减小该接触面的摩擦力，减小活塞杆22沿径向方向滑移时的阻滞。
39.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。