基于有限元分析的新型料香基容器的設計

林國棟

摘要：糖香料調配中心是福建中煙在廈門煙草工業有限責任公司重要的研究實驗和應用落地，每年產出煙用香精香料數百噸，原料損失較多。本人通過設計一款新型料香基容器成功降低了原料損耗，還設計了適合調配作業的引流組件，進一步提升了作業精度，降低了原料的損失。

關鍵詞：容器;有限元分析;引流組件

前言：

香精是一種由人工調配出來的含有兩種以上乃至幾十種香料的混合物。在食品、煙酒制品、醫藥制品、化妝品等各種行業存在著廣泛的應用。在卷煙生產中，為提高卷煙品質，改善吃味口感，通常需要在煙片或煙絲中施加煙用香精香料。

而煙用香精基本上是由天然香原料制備的混合物，這類香精較為昂貴且多數流動性較差，在倒料過程中，會較多地殘留在香精桶中，從而造成極大的浪費。若采用長時間倒掛流出的方式，不僅效率較低且效果不佳。常見的處理方式為破壁刮料，但由于香精桶在破壁過程中難免會帶入塑料碎屑，造成香精污染。因此有必要對香精桶優化設計，以減少倒料時的殘留。

問題分析

初期，班組曾使用原料桶作為中間容器，本人通過討論分析，梳理了原料損耗的主要原因：目前香原料桶設計為長方體容器，桶身設計有多個凸起和凹槽。

將原料桶外形修改為正方體，能減少將近7%的內表面積，意味著桶壁損耗可以減少接近7%，故桶內表面積的減少將有效降低原料的桶壁損耗，凹槽殘留可以通過修正桶功能需求設計來減少。

同時，本人記錄了料香基手工調配廢棄空桶的物料的密度和桶損耗，并通過IBM SPSS Statistcs軟件得到了密度-桶損耗的線性相關數據，本人認為低密度香原料數據離散程度高，是受到了稱的精度，以及因為損耗數據總體較小，受到其他不相關因素的干擾較大造成的。

系統設計

1 容器的設計

同體積情況下，正方體表面積小于等于長方體表面積。

根據目前調配線的灌裝規格（30L），聚乙烯吹塑容器國家標準GBT13508-2011中“：5.1滿口容量偏差”相關要求，“滿口容量應不小于公稱容量的1.05倍。”

同時，本人根據國家標準GBT13508-2011選取了30L以上容器的標準桶厚1.5mm為三維模型賦值。

使用Solidworks的simulation工具對新桶模型進行了靜應力分析。

可知標準厚度的新桶可以滿足國家標準的強度設計要求。

2 引流組件的設計

由于罐裝體積較滿，料液流出的時候，容易堵住出液口，造成出液不暢，并且，傾倒過程中，料液容易潑濺和沿著桶壁流動（簡稱壁流），造成料液損耗較大，而料液損耗較大時，容易造成調配精度超標。由于口部是固定于本體上的，其自身朝向不能單獨改變，因此，實際調配時，通常只能在傾倒過程中，通過逐漸調整煙用香精桶的整體朝向，來改變出料方向。但這種通過調整煙用香精桶的整體朝向，來改變出料方向的方式，較為費時費力，尤其在傾倒初期，桶內仍有較多液體，重量較重，很難邊倒邊調整桶體整體朝向。

本人設計了一種引流組件，包含安裝座和端蓋。安裝座用于與容器的口部連接。端蓋，包括引流嘴，引流嘴的內部設有引流腔，引流腔用于與容器的內部連通，引流嘴的出口端面為斜面，并具有第一端和第二端，沿著液體從引流嘴的流出方向，第一端位于第二端的上游，端蓋可轉動地連接于安裝座上，以改變出料朝向。