为了改变我区制糖和化工行业的大部分工厂仍处于人工计量包装的落后局面，设计总体方案 是研制微机控制的机电一体化的、适用于粉状和颗粒状产品包装的自动计量包装机.第一台样机于 1994年在工厂的生产流水线上安装调试成功，并投入运行.在实践中，经过近两年不断改进和完 善,使我们研制的自动包装机达到了设计要求,具有计量精度高、计量速度快、适用范围广、操作方 便、维修容易等优点，已经通过了由内蒙古科委组织的专家技术鉴定.

在研制过程中，终于找到了一种简单有效的办法，较好地解决了运动物料对定量包装计量精度 的影响.本文总结了这方面的工作和经验，与同行进行技术交流一

1实验现象

现场观察发现，当计算机发岀开始包装的指令后，料斗的大闸门由气动缸打开，物料靠自重以 大约12 kg/s的流量流入计量斗，计算机的LED数码管的重量显示从0 kg开始増加，大约4〜5 s 后，计量重量达到50 kg,计算机立即发岀关同门的指令,这时由于尚有物料处于下落过程,LED数 码管的重量显示继续増加，可以达到52〜53 kg一但是，当这些物料全部落入计量斗后，重量显示反 而下降，静止后物料的实际重量只有47〜48 kg.很显然，显示重量与实际重量之差别是由于从上 面料斗流下的物料的冲击力造成的.

从表面上看，上述误差是系统误差，可以通过计算机设置一个适当的提前量，使静止后物料的 重量达到50 kgcl'J\我们也依据这个思路，进行了反复的实验尝试.实验结果表明，最终的计量误 差确实有校大的改善，但是计量精度总是达不列设计要求.问题的主要原因是，在包装过程中物料 的流动性变化很大，而且气动执行机构的滞后时帜'勺不稳定的气源气压有敏感的关系，所以提前量 在一定范围内是一个随机变量,无法用一个冋交仍己甫垦来消除冲击力造成的计量误差・ 2理论模型分析

为了正确认识物料冲击力的规律性，我们斯住运动物料的冲量这个主要矛盾，忽略物料与空气 摩擦力等次要因素，对下落的固体粉料的冲击力打性进行了理论分折，

如图1所示,V。是物料岀洌门口时的司速度,v是物料落到计量斗时的瞬时速度,H是料斗闸 门到计量斗的垂直距离.在忽略空气庠擦力的条件下，下面的等式成立

V2 = VI + 2gH                                                                                      （1）

在这里g表示垂力加速度.设物料岀闸门口时的流量为Z（kg/s）,由于流体的连续性，物料落到计量斗的流量也应该是2.物料落在计量斗上，速度由V变为0,按照经典力学的冲量定理，运动物料 的冲击力

F — Z(y 一 0) = ZV                                                                               (2)

因此，在进料的任一 T时刻，计量传感器 的实际负荷是已经落到计量斗中的物料的重量 師g,再加上运动物料的冲击力F,即

f = mg + F = mg + ZV

=mg+ + 2gHy!t (3)

、冲击力造成了计量传感器的信号输出大于计量 斗中物料的实际重量，其茬值等于F^ZV,与 物料的初速度V.和质量流速2、以及料斗闻门 到计量斗的垂直距离H有关.对于我们设计的 包装机m,V0«sl m/stZ^siajtg/s.根据 式⑴和(2)得 V = 4. 5 m/s.F = 54 N(即 5. 5 kg重).该理论计算结果与实验观察结果是符 合的.

下面我们对论运动物料对最终的定量包装 计量精度的影响、设定量包装的计量标准是 潞，则当f=Mg时，计算机发岀关闸□的指令， 设此时刻已经落在料斗中的物料质量为 与M的关系由式(3)给定

M=Mt+Z (V? + 2gHyft/g (4) 计算机发出关用门的指令后，执行机构立即关闸门，但是从料斗闸门到计量斗的垂直距离上， 巳经离开闸门的物料继续下落，直至这些物料全部落入计量斗中、现在我们计算落入料斗中全部物 料的实际质量AC.根据自由落体的关系,『=給+察,和+ 所以，物料全部落入计量斗所需的时冋为

 

3 '解决办法

从上述的理论分析中我们看到，物料的运动对计量过程和计星精度都有不良影响，冲击力造成 的虚假信号使计算机不能作出正确的判断，无法可靠地把计覺精度控制在0,1%之内，但是为了包 装,物料的运动又是不可避免的，从表面上看，如果Vo^z是常数的话，则物料冲量造成的误差是 一个固定的系统误差，可以通过计算讥的数值处理功能予以修正f 2,但是我们在实际观察中发现，

和Z与物料的牯性、含水量、颗料的大小、甚至物料的存放时间都有敏感的关系，都是不可预见、 不可控制的变量.企图仪仅通过软件的方法解决该问题的想法是不现实的.

一个解决问题的思路是减小Z,降低运动物料造成的误差.这个措施又意味着降低包装速度. 国内外的包装机为了兼顾包装速度和精度，大部分采用了在包装的前期用大门大流量进料，后期用 小门小流量进料的双流量进料方案.该方案适用于砂糖之类的流动性好的物料的包装，但是不适用 于绵糖之类的流动性差、含水量大、容易堵塞的物料的包装.

另一个解决问题的思路是尽量减小V。.从式（7〉我们看到，如果则物料冲击力造成的误 差恰好被从料斗丽门到计量斗的垂直距离上正处于下落过程的物料的重量抵消,在这种情况下，物 料的冲击力对计星梢度没有影响.

通过课题组成员的多次讨论，我们认识到，定量包装机与普通的计量秤有很大的差别，它在包 装的不同阶段对包装的速度和精度的要求是不同的.在开始包装的时候.要求进料速度快，而当包 装袋中物料的重量接近标准重量时，要求计量准确,经过反复研究，并借鉴国内外包装机的工作原 理和优点，我们决定采用大门大流量快速进料和电振机小流量慢速进料相结合的技术方案,解决定 眞包装的速度与精度之冋的矛盾.其实施要点是*

1）  当包装机开始包装后，计算仇打开进料大门，以12 kg/S左右的流量进料，当计量斗的测. 髭值达到50 kg（已经把气动执行机构的动作延退效应引起的系统误差做了修正），立即关闭进料 大门-这段时冋大约是4田

2）  延时0. 5 s,待从大门落下的啊料全部落在计量斗上，再重新开始测量计量斗中物料的重 量；此时物料的重量一般是47~49kg.il-算机接着开电振机，以1 kg/s左右的流量进科.当计量斗 的测量值达到50 kg,立即关电振机.这个阶段的时间大约是1〜3 s.

由于电振机是水平振动送料，可以保证物料离开电振机时垂直方向的初速度等于零，即卩。= 0.从理论上讲，这样就基本消除了流动物料对最终的定量包装计量精度的影响.使用电振机的另一 个优点是它的动作反应快,延迅时间小于20       而且与外界环境无关；因此，在包装计量的最后阶

段使用电振机小€觉送料，可以有效地保证计量精度.

采用了上述技术方案以后，微机自动控制定量包装机的性能大为改善.经过现场测试，包装的 计里精度达到0. 1%；包装的速度达到4袋/min,这两项指标都达到技术合同的要求，实践证明，我 们采用的上述技术方案是成功的.

4结论

采用大门大流量快速进料和电振机小流量慢速进料相结合的技术方案是消除流动物料冲击力 的彩响、解决定量包装的速度与精度之间的矛盾的一个简单有效的办法。

 

本文源于网络转载，如有侵权，请联系删除