高精度液体灌装阀的结构优化开题报告

1. 研究目的与意义

液体灌装阀是各类灌装设备的关键核心部件，其结构设计是否合理，将直接影响灌装精度的高低。在液体灌装时，物料中如含有气体，或溶解有气体，或者必须热灌装的物料，灌装前未进行脱气处理的物料，或由于压力变化而容易产生变性的物料就容易产生气泡；在定量灌装缸内产生负压作用，在灌装物料中也会产生气泡，气泡在定量缸内产生残留积累，导致灌装精度的降低。

为解决灌装精度下降的问题，业内人士一直在努力寻找解决方案，在传统的设计与制造流程中，首先是概念设计、方案论证和产品的详细设计，然后制造样机进行试验。当通过试验发现缺陷时，就要返回修改设计并再进行样机验证。只有通过反复的设计一试验一设计过程，产品才能达到要求的性能。在目前竞争激烈的市场背景下，基于物理样机的设计过程严重地制约了产品质量的提高、成本的降低和对市场的占有。

近年来，计算机辅助分析技术得到迅速发展，许多工程问题中连续介质的物理问题，人民开始研究其近似的数值解法。其中有限元法是分析工程实际问题的一种有力的计算工具，是计算机辅助分析的重要技术手段。它的基本原理是把连续场域划分为单元，在每个单元中运用变分原理进行分析，然后把单元组成总体，最后求解到整体解。有限元法具有求解复杂边界的数学物理方程的特点。

2. 国内外研究现状分析

从历史上看，我国的灌装阀设计制造远远落后于国外发达国家。早在19世纪末20世纪初，国外就尝试制造用于容器灌装的机械装置。Kiefer公司制造了第一台商用灌装机；Horix公司于1920年为灌装番茄酱，首次制造了重力灌装机；20年代初，U.S.BottLers公司制造了纯真空灌装机。而我国在解放前几乎没有灌装机械，灌装生产几乎都靠手工操作。70年代初，我国在上海、北京、广州、青岛、烟台等地引进了包括西德Seitz、意大利Simonazi、美国Merer、日本三菱等公司的30多条灌装线。随后，通过广东轻工机械厂、北京酿酒机械厂、上海化工机械厂等国内厂家的仿制，国内灌装生产落后的面貌得以改善，但与国际先进水平仍有很大差距。

作为灌装机的核心部件，灌装阀的质量决定着一台灌装机的性能和整条灌装线的效率。由于设计理论、设计手段、设计方法、制造技术、检测手段等多方面因素的缺陷，我国自主研发生产的灌装阀无论质量还是外观，都与发达国家有不小的差距，这就急需我们国内的业内人士从新技术、新材料入手，改进和创新我国灌装阀的性能和结构。

3. 研究的基本内容与计划

本课题研究的内容是根据设计参数，利用计算机辅助设计软件完成灌装机阀体的虚拟样机设计及装配。通过学习了解流场结构分析的方法，掌握计算机辅助分析有限元软件，在计算机辅助软件中完成阀体的流场分析模型；提取优化参数完成阀体的优化设计。

在本课题中将首先在计算机辅助设计软件中完成阀体的三维建模及装配；然后利用辅助分析有限元软件，在给定的工况参数条件下，进行流场分析；进行相应的结构参数的修改、观察分析结果，最后得到优化的阀体部件。以提高设计效率、灌装精度以及降低设计制造成本。

计划：

4. 研究创新点

本课题的优化是通过计算机辅助设计软件中的三维建模及装配、有限元分析软件在给定工况参数条件下进行流场分析，以返回修改结构参数，观察分析结果，最后得到优化的阀体部件。

与传统的制造样机试验相比，不仅提高了设计效率，而且降低了设计制造的成本，对于落差较大的液体灌装条件下灌装阀的设计，或许能有借鉴作用。