理论和实践
二零零八年
一份有关对瓶装技术文献的调查表明，输送系统方面的技术文献十分匮乏，而有关瓶装厂整体平面设计的材料尤为不足。
本文章的目的是为使读者对瓶装线的平面布置、设计及性能有一个更好的了解，指出工厂规划时应注意的一些重要细节，并阐述现代化输送系统的概念。对输瓶系统设计的理论和实践作一般性论述。
生产线的效率
和15年或20年前比较，现代的输送系统在能力，自动化，人力需求以及相关的每单位生产成本方面，已发生重大的变化。
20年前，每分钟400瓶产量的生产线已堪称大线，当今的生产线每分钟产量可达1000瓶，甚至1200瓶，1300瓶。然而，这类生产线已非常规安装，而是综合的系统，在各功能单元使用两台或三台单机，此类生产线包括洗瓶机组，灌装机组，杀菌机组，贴标机组等等，由一套复杂的输送系统完成连接。
由于过去十年巨大的技术进步使得生产线能力大幅度提高，也是瓶装行业要求降低成本的结果。然而，如果没有技术革新性产物（自动控制系统）的出现，树是长不上天的，目前生产能力为1200至1300瓶/分的生产线已非常接近上限。
先进的技术也具有弊端。由于维护此类巨型生产线运行的庞大费用已接衡点，进一步提高生产能力未必能降低灌装单位成本。
（图1）和（图2）则概略的显示出1000瓶/分生产线中的下降趋势，在此水平以上，由于某些单机需要使用两台，成本也可能增加，通常来说，在每分钟300~1000瓶范围内提高生产能力，可挖掘主要获利潜力。
除了利润率下降之外，高速线还有其他一些弊端。机器停机次数增加，部分是由于生产线的复杂性，部分是由于难以达到理想的防范性维护保养，而且，即使是很小的瓶子尺寸误差，生产线也不能接受。全球范围都在努力使瓶子标准化。因此也减少了这一方面的顾虑，尽管如此，瓶子尺寸的差异仍是降低瓶装线效率的一个主要原因。
事实表明，随着生产线能力的提高，整线效率显示明显的下降趋势，造成此下降的原因不能简单归结于设备，操作上的经验，智力和体力状况，熟练程度也大大影响生产线的产量，随着生产线能力的提高，对操作人员的要求也随之增加，如果由效率低下，技术不熟练，没有积极性的人员操作，即使是最好的设备也只会导致失败。
通常情况下，瓶装线即使配备最好的单机， 由受过高度培训的人员来操作，其状况也难令人满意，此种状态，在大多数情况下，是由于输瓶系统不力造成，尽管洗瓶、灌装、杀菌、包装各单机近几年来已取得长足的发展，而输送系统近年来却少有建树。
当认识到20年前的一些理论仍使用在现金高速线输送系统的构建中时，输瓶系统的不足之处已再明显不过了。多年前，输送系统被看作各单机之间必要的联接，而现代化高速生产线的输送系统则是复杂生产体系中不可分割的一部分，最近也已认识到输送系统的正确设计和布置对于整线的性能和效率，和操作良好的各单机一样重要。
以上对于输送系统的新认识加速了更合理的系统构建及新措施的发展，导致了在经济上和效率上进一步提高了的更先进的系统，从而出现了理想的，规划合理的现代瓶装生产线。
判断一条生产线性能最关键的一个术语是灌装效率。由于在机械效率和灌装效率之间并无明确的区分，此术语易造成混淆，机械故障大约会造成50%的设备停机，操作工的熟练程度会造成约40%的停机，其他原因约占10%，下面我们只说灌装效率，这个概念包括各设备性能的总体结果。操作人员的以及生产过程涉及的原料，包括啤酒、酒瓶、瓶盖、标纸、浆糊等等。
总的来说，灌装效率定义如下：
生产时间内实际产量х100
效率%= ————————————
生产时间内理论产量
以上概念中，对实际产量的估算并无难度，其他两个因素——生产时间和理论产量却可以用不同的方式计算，从而使得不同生产线之间的对比非常困难。
生产线理论产量通常定义为生产能力最小的单机——“瓶颈”单机的理论产量——例如：对于生产能力在500~600瓶/分的生产线，该单机通常是指灌装机，对于生产能力更高的生产线，如果灌装的“瓶颈”已通过使用两台灌装机加以避免，则其他单机，如洗瓶机，杀菌机有可能成为“瓶颈”单机，单机的理论产量在数值上应等于设备制造商厂方保证的设备在理想状态下的最大产量，此数值通常小于设备的实际最大产量，因为设备制造商留有一定余地地以弥补必要停机造成的产量损失。在此定义中可允许为同生产线之间的最大产量差异，输瓶系统也应和生产线设计速度配套，在以上效率的计算中，使用设备制造厂商的标明产量。
生产时间可指从第一个瓶子离开卸箱机（或洗瓶机）至最后一个瓶子进入装箱机之间的时间。大部分啤酒厂不使用这种计算方法。他们的计算方法是指第一个瓶子进入“瓶颈”单机直至此单机停机作为一种更准确的计算。此种计算方法忽略了生产线上瓶的时间损失，和上一种计算方法相比，也可获得更大的效率数据，生产线上瓶造成的时间损失也是相当可观的（如图3）。将两条生产线做比较，一条使用瞬时杀菌机（上瓶的时间约为15分钟）另一条使用通道式杀菌机（上瓶时间75分钟），就不难看出设备的类型——以及总生产时间——会大大影响灌装效率。
为了能比较不同的灌装线，通常接受使用“瓶颈”单机的生产时间，这样就可避免上述不利因素，并使得效率能在相同条件下进行比较。
生产线灌装效率究竟能提高到什么样的水平？对此并无明确答案；在低速线（300~400瓶/分）上实现最大生产生产效率相对1000瓶/分的生产线要容易的多，通常情况，生产能力在500瓶/分以下有生产线可望达到至少90%的灌装效率。此类线的实际生产效率可达94%、95%甚至更高，500瓶/分以上的生产线，灌装效率在90%~80%之间就比较常见了。
然而，实际生产中，大多数生产线的效率低的多，本文将展开讨论输瓶系统在这些案例中的影响，并指出一些提高灌装效率增加生产线产量的可行方法和措施。
首先，在讨论啤酒厂的生产时应注意一些基本条件，理想的性能源于：
1.操作人员的技能，经验及积极性
2.设备的效率性能
3. 灌装过程中涉及材料的质量
关于输瓶系统诸要素
瓶子的输送是一个待执行的功能；参与此执行过程的有设备，人员材料及输送设备，人们认为现行的最佳输送设备为平顶链板输送系统。然而，也应该注意其它类型输送系统，如丝网过钢片输送设备，通常经改进可用于高速场合，以及在某些场合下，如在较宽幅的输送情况下，可取代平顶链板输送设备，基于这一情况，以下讨论也就平顶链板式输送设备展开。
只有效率和人员熟练程度达到最大值时，才能达到生产线的最大产出，这一点很值得一提，因为由于操作人员造成的低产出往往比设备本身要大。
在大多数情况下，造成产出不足的原因很容易找到，人们往往把更多的精力放在选择最好的设备上，但最后规划人员总发现没有时间对平面布置和输送系统进行决策。这一重要步骤便被一带而过，造成各单机由设计非常差的输送系统连接，生产线甚至无法达到中等生产水平。一条瓶装线需要相当可观的投资。生产线应实现尽可能高的灌装效率。
人们基本上接受造成生产量下降的主要原因为非标瓶子，阻瓶破瓶以及倒瓶等常见因素造成频繁而不可避免的停机的观点。生产线中一部分设备比其他设备更为“娇气”，因此，为了保证平稳而连续的生产，这一点在规划时也应考虑。如果忽略这一点，将造成效率的降低。通常情况下，生产线的协调规划也是很差的。最常见的情况是在设备选型之前，在确保设备能否合理的安排，输送系统能否简便而有效地连接之前，厂房的大小及形状已经确定，最理想的程序应该是先决定生产线的能力，设备选型及平面布置，然后再相应的调整厂房。事实上，这种情况很少，在大多数情况下，规划人员面临的问题是如何将一条新线安装到一个旧的，过时的设备刚刚撤出的空间内，不管这一空间是否合理。无论是什么项目，对于规划必须给予最大的关注。这项工作必须由专家完成！
如上所述，造成降低效率的主要原因是不可避免的短暂停机，其频率主要由瓶子及当时条件决定，记住这一点，输送系统规划时应解决的问题可概要如下：
“将特定数量的瓶子从一单机以适当的速率和速度，以最小的精力，费用，损失，噪音及干扰传送到另一单机”。以上概述包括以下主要因素：
a. 重要的是瓶子以正确的速率达到生产线的各单机；应避免由于单机供瓶不足（或供瓶过量）造成的产量损失。同样的各单机处理完的瓶子也应以正确的速率送走。
b. 通常输瓶带的速度不应超过15~20m/分（50~65英尺/分），否则容易造成倒瓶及破瓶（阻瓶造成的噪音是一个特殊问题），在某些地方可采用更高的速度，如灌装机的进瓶，出瓶端，贴标机前后，验瓶机，这些地方必须使用单道，以上各段瓶带速度短时间可达50~60m/分（165~195英尺/分）。
当瓶带速度达到60m/分时，有必要根据速度限值分步骤变速。拿一个半径为30mm（1-3/16英寸），重心高度为80mm（3-5/32英寸）的瓶子为例，其最大速度或速度限值（v）为19.4m/分（英尺/分），其变速应分两步完成，具体说，60m /分至41m/分，然后41m/分至22m/分（195~135英尺/分，然后135~72英尺/分）。如果是超高速情况，（图5a.5b）建议超过40m/分部分以减速，40m/分以下部分以完成减速。在以上速度时可能发生的问题很值得考虑。有关速度变化及瓶子稳定性的条件在随后有概要的阐述。
假设一个重为m的瓶子以Vm/秒的速度移动，然而突然停止（v=0）（图4），瓶子的重心仍为沿中心为O的一条路径继续移动，半径为R，角速度为ω，从C1点到C2点，也有可能至C3点。当C2的投影点在O位置以内，瓶子仍处于平衡状态，在C3点，瓶子会继续翻转直至倒到输瓶带上。在C2平衡点，可用以下简等式表示：
mv²
——— = mgx (1)
2
以上等式中，m为瓶子的质量，单位 千克
V是瓶子的线速度，单位 米/秒
g是地球的重力加速度，单位 9.8米/秒²
x是瓶子在翻转过程中，重心的升高。
因为X=（R—H）=（ H²+r²）1/2—H （2）
那么：V 2/2=g[(H²+r²)1/2—H] （3）
就可得出 V= （4）
所以，瓶子允许最大变速值
=V— （5）
如果考虑的是瓶子的总翻转力而不是瓶子的质量，则速度值V应增加25%因为瓶子本身有一个“抗翻转力”。例：
1.H= 80mm，r=30mm，V=03323m/秒，或19.4m/分
2.H=160mm，r=60mm, V=0.463m/秒，或37.8m/分
3.H=160mm, r=30mm, V=0.222m/秒，或13.3m/分
英制单位表示如下：
1.H=3-9/英寸，r=1-3/16英寸，V=1.065英尺/秒，63.5英尺/分
2.H=6-9/32英寸，r=1-3/16英寸，V=0.727英尺/秒，43.5英尺/分
3.H=6-9/32英寸，r=1-3/16英寸，V=0.727英尺/秒，43.5英尺/分
应注意，啤酒厂常用的稳定性函数H/2r和瓶子的速度并没有正比关系。这一点可由等式（1）解释，等式（1）中，V² =2gx；V=k(x) 1/2 如果将X=（H²+r²）1/2—H代入等式（1）中，可得出瓶子的最大限速受H及r平方根的变化影响。
C. 当瓶子从一台单机输送到另一台单机时，可能会发生损坏及干扰，当生产线能力增加时，其增幅也大为增加。瓶子的形状和表面在此中关系重大。
1． 瓶子最佳外为圆柱形，瓶子的直径和高度比（稳定性函数）也应该正确。作为一条规则，此比例不应超过1：4。更可靠的瓶子稳定性函数表达方法为瓶子重心高度和瓶子直径之比。此比例不应大于1.5至1.7。然而以上速度V的计算显示此稳定性函数也不可靠，因为瓶子的直径也确实对个条件产生影响，作为经验方法，后一种表达方法可接受。值得一提的是瓶子和瓶带之间的摩擦系数也会大大影响瓶子稳定性。
正确的稳定性函数表达为：稳定性函数=tanα=r/H，其中α=稳定性角度（图4A）。稳定性角度尤为重要，首先因为它是最大限速V计算中的一个因数，其次是因为tanα和摩擦系数临界值是相等的，具体如下：对于水平输送带 V²=2gx
将X=rtanα/2可得出 V≤ (Ⅰ)
对于坡度为β的输瓶带（图4B）
V²≤2gx
或通过相应的代入可得出 V≤ （Ⅱ）
Ⅰ和Ⅱ是计算输送系统最常用的简式。
（图4B）中也显示了稳定性函数r/H和摩擦系数μ之间的一个有趣的联系。当动能增加，或mgμH＜mgr,或μ＜r/H时，瓶子会翻倒。这表明，在μ＜r/H=tanα时，最大限速值可增加。
事实上的情况是瓶子速度等于输送速度之前，瓶子在瓶带上滑行。这一事实是非常重要的，因为这意味着和瓶带变速关联的大多数问题可以通过使用瓶带润滑剂使摩擦系数小于r/H来解决。
事实上对于调整输瓶带，护栏的设计比链道的设计更为重要。
2. 瓶子的表面应该光滑，粗糙的装饰及文字等往往造成问题，应该避免，至少在瓶子的圆柱部分应该避免。
d. 输瓶系统应符合卫生要求，应易于清洗，易于保洁。输瓶带不应划伤或污染瓶子。
e. 一条有效的输送系统的效果是惊人的。但也应注意不要浪费，造成投资、场地及经常性操作成本的增加。
f. 输瓶系统易于接近且不防碍接近灌装线上的各台单机也很重要，理想的链道离地面高度为1000~1200mm（40~48英寸），这样操作人员就可从链道底下通过。
g. 高速生产线的噪音，特别是瓶子碰撞的噪音也是非常讨厌的。因此在输送系统设计时，也应真正考虑降低噪音水平，幸运的是，噪音只是输送系统一系列问题中的一个机能性问题，也就意味着每个人对降低噪音水平都感兴趣。
输送系统中比较难处理的部分往往在以下各连接处：
Ⅰ 速度转换
Ⅱ 瓶子从一条瓶带过渡到另一条瓶带
Ⅲ 瓶子分流及合流处
Ⅳ 缓冲集瓶台
Ⅴ 瓶子的垂直输送
Ⅰ 速度转换
输瓶系统中最难处理的问题就是进行必要的输瓶速度转换。最大输送速度已在以上b段中讨论，讨论结果表明直径为60mm的瓶子其输送速度不得大于20m/分，否则就会造成瓶子输送突然中断的危险。以60mm直径的瓶子，单道输送计算，15~20m/分的输送速度相当于15000~20000瓶/小时，其中85%为瓶带和链板之间的滑动输送。理论上，在没有突然变带，没有超出限值速度V的情况下，可实现高速输送。事实上，瓶子在输送中需越诸过渡板，导条及转弯之类的障碍，同时还面临瓶流转向以及由于阻瓶造成的瓶流减速，有时能减至V=0，当减速大于速度V时，就非常可能出现倒瓶，特别是由于瓶堆中的弹力的反作用力很容易将瓶堆的最后一个瓶子撞倒。这也往往是造成输送带上倒瓶最常见的原因。
多年来由于生产线的最大能力仅在12000~15000瓶/时之间，因此所有输送带基本上为单道，现金的高速生产线的最大能力往往在35000~50000瓶/时之间。面临的问题就大不一样了，灌装机的进瓶和出瓶端要求单道输送速度达50~60m/分（165~195英尺/分），几乎已达输送系统最佳输送速度的3倍。此输送速度通过设计多道输瓶系统进行渐进加速才能够实现，高速输瓶的风险很大。以此非常规状态工作的输送部分应尽可能缩短，并允许集瓶以实现瓶子的相互支持，防止倒瓶，（图5a,5b）展示瓶流加速和减速的几个原理。
Ⅱ 瓶子的过渡
有关瓶子的过渡，无倒瓶，阻瓶，破瓶及集瓶的直线过渡和转角过渡板及导条处摩擦力的增加造成的，（图6）我们也正努力改进生产线中该类部分的结构。由于结构设计的重要突破，导条部分在前十年中已有很大改变。（图7）原来使用的摩擦力大，通常不能经常大量瓶子负载的单道宽条，已由重新构建的允许最小接触—相应的最小摩擦力，而仍能经受瓶子负载的新型导条取代用于高速生产线。（图8）拐角处导条的负载规模可由以下公式计算：
1. P=2∫0π/4cosvdv=p
2. p=(W+w)Lμ1WLμ2
W= 每米瓶带上瓶子的重要=12.2kg
W= 每米瓶带本身的重量=2.7kg
L= 链道单道长度4×8m=32m
μ1= 摩擦系数，瓶带和尼龙之间系数=0.3
μ2= 摩擦系数，瓶带和瓶子之间系数=0.4
p=300kp p=300=kp
以上计算中，假设条件为负载均匀分布，但事实情况并不是这样。
（图9）和（图10）分别用图形表示了传统结构拐角及尽量减少拐角中的抛物线压力分布情况。
从导条本身来说，其功能已发生了显著变化。导条不再是防止瓶子落到地上的必要支撑，其实已演变成引导瓶流以最佳方式流动的装置。（图11）的例解，展示了负载是怎样转化成速度的，此新型功能要求结构更为坚固的导条及支承。有时在拐角处减小负载而不改变瓶流速度也是必要的，在此情况下，就使用瓶流导向如（图12）所示。值得一提的是即使是最理想的输送设备其处理瓶流时也有其局限性，导致此类干扰最大的原因之一就是输瓶带会彻底阻住，瓶子无法解脱此锁死状态。造成严重阻瓶的原因可能是由于设备生产能力调配不佳，此种状况可以通过安装机电控制器（微动开关）或控制器启动控制工作齿轮电机的伺服电机来改善，如图（13）及（14）所示。此原理是通过降低前道单机或瓶带速度，或关闭前道单机或某些部分输瓶带来解决阻瓶。微动开关“b”停止集瓶台Ⅱ的链道，微动开关“a”降低输瓶带Ⅱ的进瓶速度，当阻瓶解决后，微动开关“c”启动输瓶带Ⅱ。
最近一种新型的差动控制器已开发出来，此专利差动单元记录灌装机进瓶和洗瓶机出瓶之间的差异，并自动将灌装机和输瓶带调整到最佳状态。
由美国电机（U.S.MoTors）开发的差异达因系统（VARIDYNE—SYSTEM）提供了一种有效的生产线调速途径。此系统用一个动力单元控制生产线中所有电机（受动电机），并通过改变电机频率和电压来调整生产线速度。
现在回到导条及其结构，图示中例举了一些最常用的类型。双导条及特殊侧面导条用来输送已贴标的瓶子，而单导条则用于未贴标瓶子的输送。甚至在使用了这些设计良好的导条，问题还是经常出现，造成问题的主要原因是由于拐角和过渡处的堆瓶，造成破瓶碎渣卡进导条，造成进一步阻瓶及倒瓶。有时，拐角处导条的设计考虑了使破瓶渣及倒瓶能从导条下通过，落到一个盘里。然而，此设计结构的不足之处是在拐角过渡时，不能给瓶子以理想的支撑。有一种更理想的结构是将下导条做成一个弹簧门，这样，在允许倒瓶通过的同时，也可执行支撑功能。
另一个造成过渡段问题的主要原因就是过渡板本身，如上所述，我们对直线和拐角过渡已作过区分，其中拐角过渡的处理难度更大，这里面有几个原因，首先和直线过渡相比，所需过渡板要大得多。其二，瓶带在驱动末端链轮处的咬合动作要求过渡板和瓶带之间必须留有间隙。（图15）其三，瓶流必须改变方向。
另外一个原因就是瓶带表面本身就不规范，由于材质和加工过程影响，平顶链板成形质量的差异造成板表面和销孔中心之间距离会有变形，其差异可达±0.5cm，这就意味着在最坏情况下，差异达±0.5cm的运动会以12~14周/秒的速度运行，足以造成瓶子的严重失衡。瓶带的不规则性无意中也影响摩擦系数，造成摩擦系数的增加，计算限值速度时也应予以考虑。这也是一般主张使用优质平顶链板的主要动因所在。
二十年前，瓶带的运动速度还在5~10米/分之间，所以很少有人关注过渡问题，造成的问题也不算多。今天，绝对有必要避免（至少得减少）拐角的堆瓶；相应地，过渡板也大大改观。（图16）（图17）展示了老式的过渡板安装原理；（图18）则是一种现代的方法，过渡板侧向放置尤为重要，这样碎玻璃渣和异物可从瓶带排出，老式方法放置过渡板往往会导致碎玻璃卡入过渡板及瓶带之间的问题，从而使过渡板凸起，妨碍瓶流的自由通过。
通过使用侧向过渡板，就有可能避免链轮的咬合影响，过渡板应做的大一点也是一个事实，从而也造成了摩擦力和堆瓶的增加，可以在过渡板上装连接片或连接线来降低（图19）（有时只使用连接线或连接杆）。
在有些情况下，也会出现侧向过渡板无法安装的情况，在这种情况下，过渡板应按（图20）所示进行安排。
在某些瓶带段，是不允许瓶子堆集的，在此情况下，不能用过渡板作为过渡方式，而应结合使用活角（图21），即小型转台，活角用于瓶流作45°至180°转向的连接，特别在单道和双道瓶带中，有时由于空间所限，无法使用活角，在此情况下，使用（图22）中结构。基于在过渡处必须适当堆瓶的事实，因此输瓶带速度的认真调节以尽量减少破瓶及V在20m/分左右时的倒瓶就很重要，选择何种拐角结构取决于瓶子的稳定性质量（形状及尺寸），输瓶带的速度以及是否允许堆瓶。当瓶带速度大于25m/分时，就不宜采用拐角输瓶。理想速度应在20m/分以下。
有时候，有必要进行180°的大转弯，如此节约空间，双层杀菌机进出口垂直输送。在此，又使用了上述两条原理。转台结构的优点，是在于完成转角输瓶时不造成堆瓶，如果瓶带速度计算不当，导条调整不到位，也会造成一些问题。
另一个原理，通过输瓶带（图22）及（图23）的优点是结构更加紧凑，同时输瓶空间更大。如上所述，在不造成阻瓶及倒瓶情况下正确调整瓶带速度降低瓶子负载也是很重要的。另外，应特别注意导条的结构及尽量减小瓶子负载所使用的原理。
直线的侧向过渡，和拐角过渡相比就比较容易处理了，（图6）过渡板的宽度可控制在30~40mm以内，加上相对导条的摩擦力减小，堆瓶就比较有限了。
过渡板前堆瓶的数量通常用包括以下两个因素的函数表示：
1.瓶子和过渡板之间的摩擦
2.输瓶速度
其中瓶子重量的影响可不计。
对过渡板宽度的计算可用以下方式进行，假设瓶子以速度V1m/分沿瓶带方向运动（图24A）瓶子中心以速度V1达到过渡板的A点，当瓶子中经过移位L达到过渡板上的b点时，其速度V2≥0m/分。然后可以使用下列等式：
mv²
———— =mLgμ
2
其中： v²
L= ————
2gμ
瓶子速度为0.3m/秒，L=46mm时，从以上等式可计算μ
v²
μ= ————
2gL
从以上等式可以看出，整个计算过程中，并未使用瓶子重量。
对于一宽度为86mm的过渡板，μ= 0.1时，计算出一个重1kg瓶子通过所需能量值为：
E=mg（86—46）μ
或 E=1kg×9.81m/秒²×0.04m×0.1
=0.3924kg.m/ses
由于弹性撞击造成的能量增加为：
1/2（m1—m2/m1+m2）(V1—V2) ²
假设V1=0.3m/s , V2=0.05m/s, m1=m2=1kg
动能增量值为：
E=1/2 ×（1×1/1+1）(0.3—0.05) ²
=0.0156kg.m/ses
为完成过渡所必须堆瓶数量为：
0.03924/0.0156=2.52或2~3个瓶子。
通常为了确保宽度为30~40mm过渡板上瓶子的过渡，要求堆瓶两为两个瓶。60~70mm宽过渡板要求3~4个瓶子，100~120mm宽过渡板要求6~8个瓶子相互推动。
受链板式输送带长度限值的，也使用直线过渡：在负载超过200~300kp时，但销铰合瓶带发生拉伸，产生链条节距和链轮节距不符（干涉）而无法使用，链条拉伸长时间大于0.25%会造成严重脉动而报废。
瓶带负载可用以下公式计算：
P=(W+2w)Lμ+WLμ
其中： p为瓶带负载
W每米单道瓶带上瓶子的重量
w每米瓶带自重
L瓶带总长度
μ瓶带和尼龙间的摩擦系数
μ瓶子和瓶子见摩擦系数
对于单道输瓶带，工作负载保持在最大负载的5%，不锈钢瓶带的安全工作负载约为75~100kp，根据以上公式计算，瓶带长度应在15~16m左右，应注意，瓶带允许长度受的μ影响，在有可能出现严重阻瓶场合，在使用脏的、干的瓶子时，瓶带长度不应超过10~11m。基于这一事实，瓶带的构建须分段在上述给定长度范围内进行，中间连接则用直线过渡完成。
Ⅲ 瓶子分流及合流处
下一个要点便是瓶流的分合，特别是在高速生产线中，此问题有可能极难解决，对于400瓶/分以下的生产线，几种机械分流的合流机构在使用中已得到验证，如双星轮机构（图24）和摆动三角机构（图25），当瓶流大于400瓶/分时，机械机构就需用静止机构替代（图26），当瓶流大于550~600瓶/分时，甚至停止机构也不那么有效了。
造成难度增加的主要原因是瓶流分/合点负载增加，造成将单个瓶子从瓶堆中分离难度加大，其次，将瓶子排列成分瓶器易于犁入的方式也十分麻烦（主要取决于瓶子形状及表面状况），解决此类问题的原理在前面（图11）中已有阐述。也就是怎样通过改变瓶流方向降低瓶子负载，方向每改变一次，负载可降低20%~50%。
避免卡瓶也非常重要，（图27）展示了临界角度α的变化，以及怎样在瓶子切线夹角等于与瓶子方向一致的导条的斜角时确定该角度α。
卡瓶可以通过改变瓶流方向或改变瓶带速度，以及在特殊情况下，使用震动器来解决。尽管卡瓶现象不可能完全避免，但是通过组合使用上述方式，也取得相当令人满意的效果，事实上现金已可实现1300~1400瓶/分瓶流的任意道分流或合流，（图28）显示了一些高速线中使用的瓶流分合方式。
Ⅳ 缓冲集瓶台
高速生产线中必须使用缓冲台的观念形成已久，输瓶系统的设计必须确保各单机之间瓶子的无故障快速输送的重要性已不必叙述。另外，输瓶系统的设计也必须考虑到各单机在不可避免短暂停机造成整线停机时，输瓶系统必须有相应措施作出反应。
对这一事实的忽视，可能再加之降低设备投资的考虑，往往造成得不偿失的结果。从另一方面，也应该记住缓冲台的目的仅仅是为了应付短暂停机，想通过安装缓冲区来应付所有的停机是不可能的，至少经济上也是不可行的。
大体上，缓冲区可分为两大类：
1.保证单机连续进瓶所需缓冲区
2. 排除瓶流变化影响所需缓冲区
大多数“正常停机”持续时间一般在10~30秒，此类停机往往由于瓶子不规则（尺寸、破损、受污），阻瓶和灌装物不稳定造成（起泡等）。由于机械故障造成的停机数量非常有限（这也包括辅助材料）。脑子里有了这一概念，就不难明白在各个单机之间安装缓冲区，将起到很大的补偿作用，从而消除上述停机造成的影响，相应促成更平稳的生产并使整线生产效率大幅度提高。通常来说，缓冲区储瓶量应在生产线每小时产量的1.5~2%之间使得该缓冲能量纳50~70秒的产量。
另外一类缓冲区常用于停机频率高的单机进出瓶，如灌装机、贴标机和装箱机。停机时，瓶子聚集到缓冲区直至重新开机。设备运转进入正常后，缓冲区瓶子就逐步进给到主段瓶带，在高速线，往往难以看到集瓶量很大的缓冲台，尤其是在卸箱机后及装箱机之前，因为此类设备的设计能力留有相应大的余地，在这此区域，集瓶量在150~200分的缓冲区并不罕见。（图33）表示了输瓶部分和缓冲区域的容量，并说明了生产线设计的一般原理。
“缓冲容量”这一概念已多次提到，这一概念对平面布置的论述及生产线的设计非常重要。因为这一概念容易造成混淆，因此必须进行正确定义。
缓冲区容量指的是：当生产线以正常速度正常工作时，缓冲区能够吸收瓶子的秒数。
应注意此概念并不仅指停机时吸收瓶子，另一方面它还能够保证单机供瓶，否则由于前道单机停机，后续单机会由于供瓶不足而停机。这样就不难理解，缓冲区将对前道或后续单机的缓冲容量仅占理论容量的50%。
同时还应完全理解，缓冲容量仅仅是一个储备容量，只有在主输瓶带由于某种原因受阻时才得以使用，还应注意长的瓶带不一定有大的集瓶容量。通常来说，输瓶带负载应不超过满载的85%，留出15%作为自由区。在此明确建议不要过分依赖该15%的自由区，因为输瓶系统的平衡运行很大程度上依赖于储备容量。此处提到的负载指的是瓶子的实际输送速度以及生产线的实际能力，该瓶子和瓶带间摩擦系数特别小时（μ＜r/H），瓶子能在瓶带上滑行，与瓶带的运动速度不一，这就是说不能用瓶子速度来衡量生产线的能力，在考虑瓶子作必要的正常通过式输送及主输送系统情况下，缓冲台仅仅是一个容量（或区域）概念。还应记住，为了保证分流和合流机构正常工作，一定量的堆瓶也是必要的，当缓冲区和此类机构连接安装时，集瓶作用区就减少。有此概念，就有必要对结集瓶台的进瓶端进行正确布局，瓶子必须以最简便，最快捷的方式穿过缓冲台。
老式缓冲台或者是主输瓶带的侧向延伸（图29），或是简单的大平板，由人工将瓶子推回主输送瓶带，后来出现了转台（图31）并被广泛接受，特
别是转台允许多道瓶带情况下，进行分流和合流。但由于瓶子在转台大圆周处的速度，极易造成出口卡瓶及破瓶，其容量性也很大。很快便出现了400瓶/分以上的生产线对新型设备的要求。前面所述老式缓冲台在改进后，又重新得到运用，而转台则必须放弃，老式缓冲台只有单道瓶带；后来输瓶带速度提高了，就必须增加反向瓶带以释放出口处瓶子负载（图30a）。此类缓冲台目前已广泛使用，如多台贴标机组及其他要求集瓶及进瓶端分流的低能力单机。由于反向瓶流经常造成出口处的斜角及导条处卡瓶及倒瓶，此类缓冲台在高速线中缺点已非常明显。为实现无故障运行，此缓冲台的负荷不能大于75%。能力在500瓶/分或以上生产线中缓冲台的构建已考虑到这些不足之处，设计成单向平台，常使用特殊机构来实现瓶流的分流及合流（图27）。
由于对缓冲区必要性的认识的提高，现金使用的集瓶台可望在不久的将来得到许多改进，尽管和本文章的主题并无实际联系，有一类仅用于链板式输送系统的新型缓冲台也值得在此提一下。此集瓶台（图32）由一块大不锈钢板构成，安装方式和本文介绍的最老式的缓冲台相同（图29）。其自由动功能是由将板侧做成向上斜坡并配合震动器完成；堆瓶时，瓶子被强迫推上缓冲台，然后当堆瓶动作停止后，瓶子便由瓶板斜坡和震动器引导到主输瓶带上。
在结束缓冲区讨论及在输送系统中加入缓冲区的建议之前，应该提一下，缓冲区的必要性一直以来都遭到反对。相反的，人们一直提倡，生产线中的单机之间的连接输送越小越好。在所有的单机间精确同步，在技术水平和操作人员水平都非常高的情况下，当然也不能排除生产线无缓冲区运行的可能性，这些要求能被满足的情况是非常少的。
Ⅴ 瓶子的垂直输送
最后要讨论的特殊项目是瓶子的垂直的输送系统。目前多层式灌装车间已越来越普遍，因为这也常常是对已有车间进行扩展的唯一途径，许多啤酒厂位于市区，地域空间的特别大，多层式车间的设计是在底层进行空瓶进瓶卸垛，在卸箱后瓶子就输送到上一层，进行洗瓶、灌装和杀菌。贴标往往和装箱在同一层完成，以避免标纸在垂直向下输送过程中受损。
在涉及有关瓶子垂直输送方面的原理之前，应该先说明一下有的洗瓶机是专为此类厂房设计制造的。洗瓶机的进瓶在主灌装车间下一层，在预喷淋开始的同时，由一多袋链道处理垂直输送。
一些最常用的结构常见于挤压式变形瓶袋式输送机，或旋转圆柱式或台阶式（图34.35.36）。挤压式变形瓶袋式输送机在低速线中的应用已有几年，尽管此类设备有明显的占地小的优势，当生产线速度加大后，此类结构并不常用。部分原因是由于该结构的进瓶和出瓶比较复杂。另外，此类结构已不是特别适用于已贴标瓶子的输送，台阶式结构虽然占地大一些，近年来在啤酒厂的应用却呈增加趋势，并已在数量上超过上一种结构，其主要原因是由于结构非常简单，操作安全。另外，能力上也不受。台阶式结构能提供一定的集瓶量也是一个不容忽视的事实。输瓶带的斜坡也应综合考虑输瓶速度设计。瓶子稳定性的计算公式为：
V=
此公式在此也能适用，在此也可看出速度V要降低30~35%，假设H=80mm，r=30mm, α=20°35′，β=6°
V（6°时）≤
≤0.211m.sec或12.7m/min
倾斜度β在向上输瓶时不得超过4°，向下输瓶时不得超过6°，瓶带的表面状况，瓶链之间的摩擦系数的作用也很重要，应认真对待。瓶带的润滑可以减少摩擦力，并增加水平运动瓶子的稳定性，过分的润滑也可能造成下行输送带上瓶子失控下滑。
当Q＞0时，瓶子匀速下滑，Q=0时，瓶子静止，不能沿倾斜度上行。因为Q=0时，μ≤tanβ
摩擦系数值如下时
0.10最大限速V时斜度6°
0.15最大限速V时斜度8°30′
0.20最大限速V时斜度11°
上坡时，临界角度β的值应降30%。
一般来说：下坡最大斜坡为4°
上坡最大斜坡为6°
“润滑”至关重要
瓶带的润滑
瓶带的润滑能大大影响输送系统的功能，其作用不光是减小瓶子和瓶带之间的摩擦力，同时也协助瓶带的清洁，润滑的另一个目的是保证瓶子和瓶带之间的适度滑动，保证平衡的运动，在瓶带速度突然变化时，瓶子也不至于翻倒。这对于瓶带由于某种原因已形成脉动就更为重要。
当人们在考虑瓶带运动中的诸多问题时，瓶带的润滑却常常被忽视。瓶带润滑得当，可以增加瓶子的稳定性，减少摩擦及磨损，改善过渡板性能（堆瓶量减少），降低能耗，如果方法得当，还可清洁瓶带。
下表列出了干瓶带，水湿瓶带及润滑瓶带的摩擦系数μ
摩擦系数一览表
| 瓶带状况 | 锈钢/尼龙 | 不锈钢/纤维 | 不锈钢/玻璃 |
| 干瓶带 水 湿 油或肥皂液润滑 | 0.25~0.35 0.15~0.25 0.10~0.15 | 0.35 0.30 0.25 | 0.30 0.25 0.15 |
A．能耗
能耗=（W+2w）Lμ1+WLμ2
W =每米单道瓶带上瓶子重量=9.6kg
W =每米瓶带重量=2.6kg
μ =链道与导条之间的摩擦系数=0.2
μ =瓶带与瓶子之间的摩擦系数=0.2
P1=（9.6+2×2.6）×L×0.2+9.6×L×0.2=4.88L
B． 当摩擦系数降至0.1时
P2=（9.6+2×2.6）×L×0.1+9.6×L×0.1=2.44L
在其他条件不变时，μ=0.1时，瓶带长度可以是μ=0.2时的两倍，而所需功率保持不变。
在考虑润滑液对瓶带的清洁和润滑作用时，应考虑到，润滑液不得在瓶带上留下沉淀残渣，在实际应用中也曾发现由于沉淀膜造成摩擦系数成倍增加。润滑在实际中可以以几种形式完成，为达到理想的润滑效果，润滑应符合清洗要求。为此建议一种常规润滑方式，在瓶带游走端将润滑液滴到（喷洒更佳）瓶带上，然后在瓶带驱动端装清晰盘清晰瓶带。通过使用润滑系统并不断更换洗盘中的水，则此方法效果更佳。
好的润滑液应具备：
1.降低摩擦力的能力
2.良好的乳化能力
3.和水溶盐结合力低
4.无毒并不腐蚀金属
5.可加热
6.抗微生物
7.无气味和瓶装物不发生反应
8.可水溶
普通绿皂（钾皂）常用作润滑剂，但效果不是十分理想，其成分中的脂肪酸及高含量的丙三醇（甘油）易形成不溶盐，在瓶带表面形成油膜且容易阻塞润滑系统的喷嘴。其它一些缺点如泡沫不容易控制，杀菌力不足等均不同程度存在。
普通油类由于卫生原因，缺乏乳化能力，在水中不可溶解一般不予使用。我们一般性的对下列各润滑剂作出区分：
a.钾皂，在允许起泡和软水结合食堂效果更佳。
b.洗涤剂，结合表面活性成分。此润滑剂为通用配方，可和硬水使用，并可根据工作需要（起泡度，温度等）调配。
c.轻质植物油，结合洗涤剂和表面活性剂使用，此润滑剂效果极佳。
下列为选择润滑剂时的要点：
1.水的成分
2.瓶带类型
3.瓶带速度
4.输瓶或罐的类型及重量
5.瓶和罐的状态
6.温度
7.有无使用不能经受泡沫的设备
8.润滑方式
其 他
灌装车间的平面布置
在以上文章中，我们将要点放在机械问题上对影响灌装线性能的一系列问题作了讨论，优化机械性能是很关键的，也是使生产线达到增大产出效率所必须的。然而，在谈生产线的效率时，设备的安置——生产线的平面布置——也是很重要的。
灌装车间的平面布置应由专家来完成，其中涉及到的一系列问题包括对可行空间（面积，楼层数等），所需设备以及当地的特殊条件（操作人员水平，车间环境等）作出分析 。
在确定了生产线的能力之后，应针对啤酒厂的操作人员及技术人员状况（能否操作设备）进行设备选型，满足该生产能力要求，下一步是安排布局——即平面布置——最后决定相应大小形状的厂房建设。
1. 通常，灌装线可分为两类：“Ⅰ”型生产线（图37）和 “U”型生产线（图38），可根据厂房情况在一层和二层展开（图39），但谈到超级线时，以上分类就很难适用，因为有些功能是由单机组完成，现代化的灌装厂已将空瓶及成品的储量降低至最低水平，空瓶的供应和成品的发运经过一个位于城郊交通便利的仓库来协调。
正因为如此，现代化灌装厂才有了宜人的外观，原来所需的堆集成山的托盘也销声匿迹了。
为了取得理想效率，输送系统的平面布置应在考虑各种因素后量身定做。然而，伺服系统的安装及布局也应受到特殊重视，以保证设备的正常运行，由于缺乏日常维护及保养，往往发现技术档次很高的生产线其运行效率也差强人意。
工厂规划时还应考虑能容纳来访参观及未来的扩展。后一种情况如果发生的话，新线的布置应尽量与原线平行，避免过量的输送系统。
本文章不可能完全囊括灌装车间平面布置应考虑的所有因素，但以下几点却至为重要：
1. 瓶流应尽量安排直流流向，因为转向问题十分繁杂，应尽量避免。
2. 输瓶速度应在考虑瓶子的稳定性和瓶流可能遇到的障碍后仔细计算
3. 最后，整个输瓶系统应包含足够的缓冲容量，主段输瓶系统也必须具有一定的储备能量，（图33）表示了在阐述设备、输送及缓冲区的理论能力时应遵循的原理，
（图40.41）示意了两种类型灌装线的平面布局，也遵循了这些原理。
结 语
本文的目的，旨在讨论输瓶系统，特别是高速线输瓶系统的一些原理问题。
本文涉及了灌装技术的发展，对高效灌装需求的增长，以及降低每灌装单位的成本，对 “灌装效率”这一重要术语做了详细的解释。
本文还就灌装生产线的规划，无故障运行，输瓶系统的设计展开讨论，本文提到了瓶带润滑。
最后，文章阐述了平面设计的几个相关问题。
本文内容根据该主题下有限的文献以及和国内外各地技术人员广泛交流后编译写成。
所 用 符 号
C 能力（瓶/分，瓶/时）（b.pm.bph）
C 瓶子重心
E 生产线效率（%）
g 地球重力加速度（m/sec² ）
H 瓶子重心高度（mm）
L 输瓶部分长度（M）
m 瓶子质量
M 米
P 负载（kp）
P 总负载（kp）
r 瓶子半径（mm）
v 速度（m/sec）
V 最大限速（m/sec）
W L（瓶带）上瓶子总量
W 每米瓶带本身重量
x 重心在垂直方向的位移（mm）
α 稳定角度（°）
β 瓶带倾斜度（°）
μ 摩擦系数
附图说明：
图 1. 灌装能力增加时，每罐装一千个瓶子所需操作人员的变化曲线
图 2. 灌装能力增加时，每瓶啤酒的成本变化曲线
图 3. 上瓶时间对灌装线效率的影响
图 4. 瓶带突然停止时，翻转瓶子的作用力。瓶子静止在O点，其重心自C1升高到C2，瓶子尚能保持平衡，如果动力超过重心升高到C2所需动力，瓶子继续翻倒，直到倒在瓶带上
图4a. 瓶子的稳定角度α
图4b. 瓶子的稳定角度α和瓶带倾斜角β
图5a.5b. 改变瓶带速度
图 6. 瓶子的直线和拐角过渡
图 7. 现代化瓶带上使用的各类护栏
图 8. 瓶流拐弯时，瓶带护栏上所受的作用力
图 9. 拐弯处传统圆弧形导条上的受力分布
图10. 拐角处抛物线形导条上的受力分布
图11.11a. 瓶带负荷向速度的转换
公式中：“ca”=大约 tg=tangent(tan)正切
图12. 改变瓶流方向减小拐角处的负荷
图13.14. 安装微动开关（M）停止和启动或改变瓶带速度来控制阻瓶
图15. 瓶带在链轮上的弦动（跳动），在过渡板和瓶带面之间形成一个间隙
图16. 拐角处过渡板
图17. 用过渡板进行两道瓶间的过渡，过渡板与瓶带之间的间隙会造成瓶子的翻倒
图18. 现代拐角过渡板的结构，与（图16）作比较
图19. 磨损片或磨损丝可降低过渡板的摩擦力
图20. 瓶子做非侧向运动的过渡板
图21. 用活角或转台改变瓶流方向
图22. 瓶流的反向
图23. 使用过渡瓶带改变瓶流方向
图24a. 瓶子经过过度板的动作
图27. 分流时卡瓶的形成
图28. 高速线上瓶流的分流
图29a.29b. 老式缓冲台
图30a.30b. 输瓶带集瓶段的反向瓶带
图31a.b.c. 转台式集瓶台
图32. 斜坡式震动进瓶集瓶台
图33. 生产线上不同单机段集瓶（缓冲 ）台的容量
图34. 楼层间瓶子的升降输送
图35. 螺旋式升降输送
图36. “台阶式样”升降输送
图37. 瓶装车间的平面布置；Ⅰ型布置
图38. 瓶装车间的平面布置；U型布置
图39. 瓶装车间的平面布置；上下楼的U型布置
图40. 现代化Ⅰ型瓶装车间
图41. 现代化U型瓶装车间
