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浓浆是食品、化工、制药等行业常见物料类型，除生物、化学特点各异外，流变学特征有共同之处，主要表现在黏稠、表面张力大、流动性差，容易黏附在接触容器或零件表面上，且其流动性随温度、搅拌等扰动变化。而且有的浓浆原料还在均匀黏稠体中含有明显块状物，其理化性质、流变特性等更为复杂，成为灌装设备的难点。 传统浓浆类食品产品有豆瓣酱、固型酸奶、番茄酱等，其中番茄酱是工业化程度最高，产业化最集中的浓浆类食品物料的代表。 凸轮旋塞耦合压力式灌装机构是通过灌装机构沿定量凸轮的旋转，带动活塞杆往复运动，实现抽料计量和排料灌装，这种设备生产能力、作业效率和灌装精度都比较高，可靠性强，符合工业化生产的需要。但人们目前对这种机构用于番茄酱灌装的的适应性问题、结构参数及运动参数、产品质量形成之间的作用关系等问题认识不清，对机构的工作原理、机件与机构间耦合作用的动态过程特征及机构运动耦合机理缺乏深入的研究，对此类机构的技术评估，优化设计、机械装置改进的途径还缺乏强有力的理论指导。 通过分析得知，灌装机的生产能力主要取决于转速、灌装阀组的头数和粘稠流体物料的流动性能，而影响灌装精度的主要机构因素是灌装机构运转的平稳性，减少活塞系统的冲击和磨损，旋塞阀流道形状、其过渡直径、圆角及其表面粗糙度等。 本研究从凸轮旋塞耦合压力式灌装机构的结构参数及运动参数对灌装速率和精度影响规律入手，通过对关键机件的运动参数、结构参数、回转定性尺寸，物料物理特性与灌装流道变化间的关系进行研究，建立灌装机构的运动模型和力学模型，构建机构联动过程的虚拟样机模型，得出综合评价模型，提出适应番茄酱此类粘稠性较大物料的凸轮旋塞耦合压力式灌装机构的优化设计理论，给出工艺参数条件，并将CFD(计算机流体动力学)技术用于旋塞阀流道仿真模拟分析，为优化流道结构提供指导依据。通过产业化应用，证实了设计理论的可靠性。 通过理论分析和试验研究，得出以下结论： (1)番茄酱在剪切速率为0.68～11.98-1的范围内，属于典型的非牛顿假塑性流体。 (2)当剪切速率大于2.27 S-1，灌装温度为70℃-90℃时，可以明显提高灌装速率和灌装精度。 (3)在灌装机料斗中增加搅拌剪切装置可以提高灌装速率和灌装精度，搅拌产生的剪切速率以达到4.0 S-1为宜。 (4)导向环或密封环最容易发生磨损或破坏的是内外四个角点区域，定期旋转导向环和密封环，更换角点的位置，可以避免角点疲劳发生破坏，延长导向环和密封环等易损件的磨损和使用寿命，从而保证灌装精度。 (5)凸轮的安装倾角对灌装效果的影响作用最大，其次是底盘转速，第三是凸轮直径，影响力最小的因素是活塞杆和活塞套筒之间的阻尼系数。凸轮安装倾角越小，底盘转速越小，灌装速率越低，但灌装速率的标准差和极差也较小，灌装速率比较稳定，灌装精度较高。 (6)对同等横截面积的流道结构来讲，椭圆形流道中的流速较快，流场状态比较稳定，有利于改善灌装效果。 灌装速率和灌装精度在某些方面是一对矛盾指标，必须使其辩证统一。因此在生产上既要保证整体设备的生产能力，又要保证灌装精度的优化机构设计方法是：增大凸轮直径和灌装阀组的数量，采用较低转速和较小凸轮安装倾角，定期旋转导向环和密封环，更换四个角点区域的位置，避免角点疲劳发生破坏，减少磨损，这样可以在保证灌装精度的前提下虽然单阀组的灌装速率有所下降，但整机的生产能力得到提高。