安徽某有限公司是一家主要以石灰石为原料的矿产品深加工企业，产品主要有活性氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙等。公司装备了具有国际先进水平的进口双D型立窑活性氧化钙生产线、预热回转窑活性氧化钙生产线以及干法工艺氢氧化钙生产线，是国内装备最先进、规模最大的商品活性氧化钙生产企业之一，具有年产活性氧化钙15万t的生产规模，产品规格主要为10～40mm、40～80mm的不规则块状。由于氧化钙极易吸潮，必须做到防潮储运。实际销售中，采用500kg和1000kg的防潮袋包装。为做到精确、快速、环保包装，要求开发块状氧化钙吨袋包装机。
1块状物料吨袋包装的特殊性
块状物料与一般粉状和均匀小颗粒状的物料包装比较，由于物料特征差异，有其特殊性，主要的表现如下。
1.1流动性差，易棚料（又称起拱）块状物料外形不规则，运动过程中相互挤压磨擦，而且块状物料安息角较大（一般在30～55"之间），流动性差，加上包装袋入口通道尺寸较小，容易造成起拱棚料，下料不畅，影响正常包装。这种情况，在块状与不规则片状混合物料包装时更易出现。
1.2计量精度难控制    

由于块状物料的不均匀性，在控制计量精度时易出现较大偏差，一般吨包装的计量精度设计为0.2%～0.5%。以1000kg包为例，每包允许误差25kg，大块物料的质量有的达到0.5kg左右，意味着4～10块物料就有可能超标，块状物料在下料时，瞬间截断存在困难，阀门容易被物料卡住，再加上物料下降的冲击和传感器精度等原因，块状物料包装的计量精度难以控制。
1.3包装袋不易填充饱满由于块状物料的安息角较大，流动性较差，在包装过程中，物料在袋中容易形成堆角，使包装不饱满，既浪费包装袋，也影响包装物的美观、不便运输。
2块状物料吨袋包装机设计
吨袋包装机（图1左），一般由缓冲料仓（1）、加料装置（4～9）、秤重装置（10～13）、出袋装置（14）、控制系统、收尘装置（17）、压缩空气等部分组成。但其开发，必须针对物料的特征进行专门设计，解决它在包装中存在的问题。
2.1破拱料仓设计块状物料的流动性随物料的块度、形状等特征的不同也有差异，针对不同流动性的物料，有不同的解决方案。一是控制小料仓的角度大于物料的安息角，这是比较常用的方法；二是在小料仓里安装破拱机构，该机构的工作原理是在包装过程中，小料仓的物料始终处于流动状态从而消除起拱条件，同时在下料溜管处增设震动器，防止管道堵塞。
2.2改变加料方式和阀门设计为保证包装物的计量精度和包装的速度，除选择质量可靠，计量精度高的传感器外，还需在加料结构设计上采取措施。
计量一般采用下秤重计量和上秤重计量（图1右）两种方式。实际应用中都可满足要求，但如果考虑出袋输送机和墩袋机构，上秤重比下秤重更方便设计与制作。

图1块状物料包装机筛分与振动墩袋机构（左）及上称重带墩袋机构块状物料包装机（右）示意图
左：1﹒缓冲料仓；2﹒筛分装置；3﹒分料三通；4﹒振动器；5﹒喂料器；6﹒粗阀门；7﹒细阀门；8﹒软接头；9﹒钢平台；10﹒自动脱落挂钩；11﹒夹袋器；12﹒包装袋；13﹒电子秤；14﹒输送机；15﹒振动墩袋机构；16﹒灌包嘴；17﹒收尘口    右：1﹒缓冲料仓；2﹒破拱机构；3﹒分料三通；4﹒振动器；5﹒喂料器；6﹒粗阀门；7﹒细阀门；8﹒软接头；9﹒钢平台；10﹒升降机构；11﹒自动脱落挂钩；12﹒夹袋器；13﹒包装袋；14﹒输送机；15﹒灌包嘴；16﹒收尘口；17﹒气缸（墩袋机构）；18﹒承重传感器
为满足快速准确计量包装要求，需对包装粉状和颗粒状物料通常所采用的螺旋或皮带机加料方式加以改进：①采用粗加料和精加料两个步骤。在结构设计时，小料仓有一筛分机构，将块状物料中较小的物料分离出来单独储存，当粗加料快速加料达到90%左右设定重量时，停止粗加料，采用振动给料机或带式输送机均匀增加小物料，以保证设计计量精度。当物料粒径比较均匀时，也可取消筛粉机构。
②为保证阀门在被大块物料卡住时不继续下料，在下料阀门设计时，结构上采用两个阀门顺序关闭的方式解决。
2.3增设墩袋机构墩袋机构有下振动方式和上伸缩方式。程序控制动作时间，目的是保证包装饱满。振动方式比较常见，但容易使块状物料产生粉灰和破碎。如对粉灰有严格要求，不宜采用此方式。上伸缩方式的工作原理是：在物料加到一定量时，将袋放下重新提起，从而起到墩袋的目的。
2.4吹袋和收尘装置一般的吨袋包装机设计都有此装置。针对活性氧化钙的包装而言，吹袋装置更为重要。活性氧化钙极易受潮，根据冶金行业颁布的标准YB／T-2004，活性氧化钙外露时限不能超过4h。作为一个活性氧化钙生产企业，必须考虑存货时间以满足运输及市场的需要。防潮包装有多种方式，如密闭铁桶等。但从包装成本、效果及用户要求，多数采用聚丙烯防潮袋包装，除非特种用途的产品如干燥剂和食品添加剂等，才采用密闭铁桶包装。防潮袋的结构包括三层，即外层，覆膜层，独立内防潮袋（内膜袋）。外层为起吊袋，可回收使用，如果要求防潮时间长（如出口产品），外面再套一层防潮膜，用托盘装卸。内膜袋一般不回收，现场人工套上，存在与覆膜层贴合不匀的现象，在下料时，如果靠物料将其撑开，容易将内膜袋划破，达不到防潮的目的，故需在下料前将其撑开贴合。吹袋装置起到这个目的，其原理是夹袋装置动作后在下料阀门打开前，通过进气口瞬间充入高压气，完成撑袋，包装过程中，空气和粉尘通过收尘口排放。
3控制特点
3.1设计的主要控制功能与性能双显示器同时显示毛重和净重；集重量显示器与配料控制器为一体；提供完整的物料配料控制功能；自动零位跟踪；按键后自动去皮重；具有各自的粗计量，精计量和冲量补偿；使用软件全数字式调校功能；可实现多点通讯；转换速率，达200次／s；显示精度，最高达1／15000；超出允差范围的检验；提供卸料控制功能；配料启动条件可通过菜单设定；可设定通电时自动归零；物料净重显示保持功能，可通过菜单设定；可设定过冲量最高范围，以确保自动补偿功能不因机械故障而造成错误；慢速控制可设定延迟时间；控制比较次数设定，可确保自动控制不因秤体受冲击而造成错误控制；可设定启动除皮延迟时间；可设置除皮检测次数，以免秤体在不稳定的情形下造成除皮错误；快速及慢速之间比较时间可独立设置；温度系数少于（读数的+0.0008%+0.3数字）／℃；备有双重数字滤波；配量低于宽容度时，可作添量配料；可外接打印机。
3.2控制功能的模拟部分适用的传感器类型，适用于所有电阻应变式测力与称重传感器；传感器输入电压，滞留10V，最大可供电流280mA；输入灵敏度，0.5μV／格至200μV／格；输入阻抗，10M2；零位电压可调范围，由0.05至15mV；温度系数，<（读数的+0.005%+0.3数字）／℃；非线性误差，光满刻度的0.01%；采样方法，DELTA﹒SIGMA法；采样速度，约200次／s；内部分辨率，16000000；显示分度数，由300至15000分度。
3.3上称重带伸缩墩袋装置包装机动作控制流程挂袋准备→启动按钮→夹袋、提升→吹袋、收尘→启动粗阀、震动器、破拱器→50%计量时关阀墩袋→90%计量时停料墩袋→精进料→关精阀、落袋→松袋口，自动脱钩→输送机启动到位停止→起点。

图2 块状物料包装机原理图

产品如干燥剂和食品添加剂等，才采用密闭铁桶包装。防潮袋的结构包括三层，即外层，覆膜层，独立内防潮袋（内膜袋）。外层为起吊袋，可回收使用，如果要求防潮时间长（如出口产品），外面再套一层防潮膜，用托盘装卸。内膜袋一般不回收，现场人工套上，存在与覆膜层贴合不匀的现象，在下料时，如果靠物料将其撑开，容易将内膜袋划破，达不到防潮的目的，故需在下料前将其撑开贴合。吹袋装置起到这个目的，其原理是夹袋装置动作后在下料阀门打开前，通过进气口瞬间充入高压气，完成撑袋，包装过程中，空气和粉尘通过收尘口排放。
采用以上结构设计，制造了两台上秤重式块状吨袋包装机用于包装活性氧化钙，在计量精度、环保等方面效果良好，正常包装速度20袋／h，最多达到24袋／h。计量精度和袋外观形状，均符合国内外客户要求。
4.l技术参数物料粒度，40～l00mm，最大不超过l50mm；堆积密度，～0.9g／cm3；包装质量，500或l000kg／袋；包装袋规格，950x950xl200（mm）；计量精度，0.2%～0.5%FS；生产能力，≥l5～20袋
／h；喂料方式，重力+振动，粗、精分步；称重方式，皮重法、电子秤计量（秤重传感器）；气源，0.5±0.lMPa、l5m3／h；电源，AC380V±l0%、50Hz；工作环境，0～40℃，≤90%RH。
4.2主要部件3m3破拱料仓（带筛分装置）；分料场控制检测元件；链板机：6mxl.6m，0=llm／min，5kW；布袋除尘器，处理风量ll50m3／h；现场显示操作盘。
5结束语
开发的块状物料包装机，具有自动化程度高，工作环境好，计量精度高，包装速度快等优点。通过对块状氧化钙包装的成功应用，其它不规则块状或片状物料的吨袋包装，在计量精度和包装速度有效高要求时可以借鉴。

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