一、前言
目前国内除个别大碱厂进口了几台纯碱包装机以外,绝大多数纯碱生产厂基本上仍然采用人工磅秤计量包装。要解决纯碱自动化包装问题,全部依赖进口显然不现实。国内现有大中小型纯碱生产企业近60家,应立足国内解决这一落后的包装问题。
几年来有部分企业在纯碱自动化包装上作过努力,但始终没能完全解决这个问题,达不到纯碱企业连续化生产要求。纯碱物料的特殊性使得对其自动称量包装带来一定的技术难度。我厂对纯碱物料的自动包装进行了比较深入地探索,开发研制了适合我国大多数碱厂生产用的CT系列纯碱包装机,并去纯碱生产厂进行了两年多的生产考核,获得了一些有效的经验,样机亦于1989年1月通过了化工部技术鉴定。本文拟对纯碱物料的自动称量包装作一分析研究。
二、纯碱粉状物料的特性
物料特性分析
轻质纯碱是个粒度很细的粉状物料。粉状物料与颗粒状物料相比,二者在力学性质上有很大差别。粉状物料下落的力学何题不仅符合牛顿力学的基本定律,还要受到其它外冷器下部。外冷器内含有气体的液氦与分蒸发时,上部要留有一定的气相空间,同时离气体后回流的液氮存在重度辈,利用重度因为有很多列管,气速较高,容易带液。国差产生白然循环。这样外冷器内可充满液外也有用卧式外冷器,但卧式外冷器容易沉氨,可充分利用传热面,卧式分离器可以有积结晶,配管也不很方便。建议改成较大的横截面(可按需要设计),降低气氨式,右外冷器上方设一卧式圆柱型分离器。气速,防止带液,还可利用重度差自然循整个外冷器内充满液氨,液氮在外冷器内受环,使外冷箫上下渴差减小,正不必外加泵热蒸发,蒸发产生的气氨上升到卧式分离循环。
因素的较大影响。以纯碱粉料为例,它易结成粉料团,粉粒之间互相碰撞时,既有硬性接触,也有软性变形,粉粒表面之间还有粘附力等。在集合的粉状纯碱物料团内部,其粉料之间又较大程度地受到毛细粘结力和分子力(范德华尔斯力)的影响。毛细粘结力的影响,主要取决于粉末中细粒部分的含量。含细粒越多,细粒直径越小,毛细粘结力越大。所以,在设计纯碱包装机下料系统时,必须要对物料受到的重力、空气浮力、毛细粘结力、分子力、摩擦力等力的作用进行综合考虑。
三、纯碱包装机的特点及性能分析要想实现纯碱的自动称量包装,必须解决三个问题。
(一)如何使纯碱物料流畅地下落?
1.包装机称量系统之前进料系统
进料系统由“进料料仓”及“振动料仓”两部分组成。进料料仓设计成偏心形状,即四个面的倾角不一致(倾角在60。~80。之间),“进料料仓”下部设计有“振动料仓”(内部四面倾角不一致)。这样物料从这两个料斗的四个面下落的速度就不会一致,不易在料斗下部产生堵塞即“搭桥”现象。即使由于一些物料在料仓中堆放时间较久,出现部分结块,产生“搭桥”,还可以翘过振动给料系统来破坏这种“搭桥”。因为该振动系统与整个包装机微机控制系统相联接,采用的是间隙/振动。
这种振动方式,既能改变物料在流动中她’、仔搭桥,不易流动的状况,也能防止物料在料仓中被震结实不易下落的现象出现,从而确保物料流畅。‘:一2.包装机称量系统之后的“卸料系统”‘从称量系统中称好的物料马上经过卸料系统、一夹袋系统进入口袋。为保证称完物料能全部干净地,并具有一定速度地流入到口袋中,保证称量的精度,在该机卸料系统设计中采取了下列一些措施:
(1)与胁料接触部不撰翎零件尽可能全部抛光,所有预角保证在洗劝~70a,所有直角全部磨圆,以保证物料不沽在壁上。
(2)当夹袋机构是插口袋夹袋机构时(这样能保证很少的粉尘飞扬),落料桶较大的下料口不能直接与夹袋机构的较小进料口连接,否则会造成物料一下子全部堵在入口处,下落速度将是很慢。因此在该机的落料桶和夹袋机构之间设计了一个扁形卸料管。该卸料管采用扁形管结构,一侧倾角控制在80。左右,并且为使物料从料桶中落下时不致一下子在扁形卸料管入口处堵死,在该管入口处设计有一弧状导流板。该导流板偏转角度可以任意调节。工作中调至最佳位置后,可使落料桶中的物料经该导流板以较快流速进入夹袋机构,从而能保证一定的卸料速度,提高了称量能力。
(二)如何保证在一定速度下精确地计盆?
就包装机而言,称量精度是衡量其性能的一个十分重要的指标之一。如何提高纯碱包装机的称量精度,实际上也就是归结为如何提高该包装扫:了称量灵敏性及稳定性的问题。为了确保纯碱包装机具有较高的称量精度,该机的设计上具有如下几个特点。
1.控制系统
(1)电气控制系统
纯碱物料粒度很细,无缝不钻,飞扬严重。最初我们研制的包装机电气控制系纺是由继电器,接触器等元件构成的。因此飞扬的粉尘常钻进控制系统造成继电器接触不良,使得包装机动作失误,称量不准。后来我们更换了这种电控装置,采用了可编程序微机控制系统,这种集成块式无触点的控制系统大大提高了包装机工作的可靠性和灵敏性,从而提高了称量精度。
(2)气动控制系统
为了防止飞扬的纯碱粉尘侵入到气控元件中去,气动控制系统的设计作了两点考虑。首先,元件选型,采用了由西德HERION公司技术生产的气控元件。这种元件体积小,重量轻,且为全封闭结构,粉尘不易侵入。换向速度及动作灵敏性都较原国产旧型气动元件要好。其次,将分立的气动元件全部集成在一气动控制箱内,确保气动元件在良好的外部环境下工作,从而使整机工作可靠性,工作寿命相应提高。
2.称量系统
为了能进一步提高称量系统的称量精度,在该系统内部设计有两次给料结构。即第一次给料量是满量的90~95%(粗进料),第二次给料量是满量的5~10%(细进料)。当称量到一定的重量之后,进料门必须提前关闭,因为在料门关闭后,从料门到料桶之间实际上还有一段处于空中的物料,该物料量我们称为空中量。空中量与已经落在料桶中的物料量之和应等于要求包装的重量。
为提高其称量精度,必须要有一个适合纯碱粉料特性的空中量。通过全面综合考虑,设计中用控制细进料的通径大小来确定空中量,这样既达到较高精度,又有一定的称量速度。
(三)如何防止包装过程中产生的粉尘飞扬?
纯碱粉料粒度在10。目、200目范围的占46.45%,大于20。目占32.35%,故其粉尘在包装时必定会有较大的飞扬,为解决这一难题,在该机设计中采取了下列一些措施。
1.夹袋装置的设计
由于用户对包装袋的要求不同,纯碱包装机分为CTC塑(插口式)及CTD型(大口式)。插口式夹袋装置使用的是插口式日袋。在该口袋袋口处缝有一袋布,被物料压住后就能自然封住袋口,物料也就不能泄漏出来了,从而也不需要封包机封口了。在该夹袋装置中,将夹袋下料管下料口张开的宽度设计成大于袋口宽度,这样夹袋后下料口会绷紧口袋,粉尘就不易飞扬出来。为了防止粉尘从张开袋夹两卸管间的间隙中飞扬出来,在袋口土方设计有两个吸尘罩,即使有部分粉尘飞扬出来,也保证它们处于有效的吸尘区内,不致污染环境。在大口式夹袋装置的设计中,用两组4只气缸夹住包装袋口的四边,这样落至袋中的物料绝不能飞扬至空气中。袋内的空气随着物料的进入夹带部分飞扬而起的粉尘从袋夹装置的夹层中被负压吸走。
2.辅助措施
除在夹袋上采取措施之外,还采取了一些辅助措施用以减少粉尘。如配备了除尘器吸尘,料桶气缸上设计装有节流阀,控制料门放料速度,减少粉尘对包装袋的冲击力;在大口式纯碱包装机的落料斗上设计两块折流板,也能降低粉料下落高度,减少粉尘飞扬.
四、CT型纯碱包装机与国外水平比较
(一)CT型纯碱包装机原理
该包装机是由微机控制的机电一体化的包装机械。由振动系统、称量系统、卸料系统、气控系统、微机控制系统,夹袋系统、除尘系统组成。其工作原理是当振动给料系统接到微机给一出的信号后,自动延时给料,称量系统中的粗细料门打开进行称量工作,而称毫系统是由一个天平系统和空中量补偿系统构成,通过这二个系统及二次给料结构来保证物料的计量精度。
称量结束后,由操作者将口袋套上袋夹,给袋夹一个信号,压缩空气从袋夹中次出绷紧袋口,夹袋气缸分别夹住和张开袋口,物料进入口袋,待物料全部进入袋中后,夹袋气缸松开。插口式(CTC一A一6。型)料袭经倒袋机构倒至输送机,此时袋中物料在物料本身的作用下,通过袋口翻袋而自动封住袋口。该型号最大特点是封口依靠料袋本身结构封口而不需要缝纫机封口,包装过程中粉尘飞扬极少;大口式(CTD一A一60型)料袋从夹袋系统落下后,经输送机、卷边机、缝纫机封口,从而完成一袋的包装过程。
整个称量的全过程均是在微机控制下执行,微机根据被检测到的开关量信号和输出的控制信号经隔离继电器输出双向可控硅控制极,使可控硅导通驱动电磁阀控制气路系统工作,因振动、缓冲、料桶门及夹袋系统的关闭要延时动作,微机是采用数字量来模拟称量包装过程中的延时,数字量由电位器输出电压经模数转换器转换后由微机采样获得,旋动电位器的旋钮能改变输出电压的大小,就能调整其延时量,从而达到称量包装的要求。度0.59/cm各左右,含水量小于0.1%。2.生产能力:CTC一A一6。型,其雌机大于225袋/小时,最大为270袋/小喃CTD一A一6。型,单机大于280袋/小时。每袋4okgo3.计量误差:单袋允许误差1609(0.4%);10袋平均误差809(士0.2%)。
(二)技术特性
1物料性能:粒度召份200目左右,视密度0.59/cm各左右,含水量小于0.1%。2.生产能力:CTC一A一6。型,其雌机大于225袋/小时,最大为270袋/小喃CTD一A一6。型,单机大于280袋/小时。每袋4okg。
3.计量误差:单袋允许误差1609(士0.4%);10袋平均误差809(士0.2%)。
(三)与国外水平比较
目前国际上公认的先进的纯碱包装机主要是西德HAVER&BOECKER公司的NWEDO3称型电子称,西德GREIF一WERK公司的VELOX型,日本的山九型,后两种均属机电型称。NWEDO3型电子称我国已有几家大型纯碱企业引进。
CT型包装机在称重结构上与VELOX型相仿,但在下列一些部件上作了新型的设计,如进刹结构采用自控型振动给料结构;气控系统采用了集成密封型;电控系统采用了可编程序微机控制系统。同时增设了负压除尘系统。所有这些改进大大提高了该机器的技术性能。
通过对纯碱包装机在称量误差,生产能力,称量合格率,粉尘排放量,价格等几个技术经济性能与国外包装机的比较,就可了解该包装机的先进程度。称量误差:该包装机已达到与西德NWEDO3称型电子称相同,即都是单包称量精度为士0.4%,10包平均称量误差为士0.2%。CT型包装机的这一精度指标高于国家标准局·《碳酸钠包装》(86年)中的规定指标:单包称重误差在士1%以内,10包平均误差在士0.5%以内(以上均指40kg/包)。
生产能力:西德NWEDOS称型电子称为850包刁小时(实际很难达到),换成每一称的能九为284包/小时;日本山九型单口插口机包装能力为200包/小时,CTC一A一的型包装机(单口式插口)为225包/小时,熟练者操作最高可达270包/小时。
称量合格率:CT型包装机与NWED 型电子称的指标一致。连续称量20袭合格率大于等于95%。
粉尘排放量:CTC一A一60型包装机的操作周围环境粉尘排放量低于或不大于10mg/m3,这一指标高于NWEDO3型的20mg/m指标。由以上比较,CT型纯碱包装机的部分技术性能已经达到或接近国际先进水平。由于该包装全部由国产元件组成,操作简单,其价格是国外同样生产能力包装机价格的1/5。

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