1绪论
1.1研究目的和意义
目前自动定量包装机在粮食、食品、化工、化肥、建材、农药等行业中作为关键设备得到广泛的应用，它对于提高工业计量领域的自动化水平，提高产品的质量有着重要意义。近代，随着科学技术水平的提高，电子技术和计算机技术得到快速发展，促使衡器技术也有了突飞猛进的发展，定量包装技术中物料的称量也从最原始的手工称量发展为电子自动称量。电子称重技术是从50年代中期电子技术深入到衡器的辅助测量技术，从60年代初出现了机电结合电子衡器开始，迅速发展成为一门新兴技术，它是集传感器技术、微电子技术、计算机控制及测试技术、机械制造自动化技术、物料输送和管理技术为一体的综合技术，是现代称重计量和控制系统工程的重要技术基础。应用电子称重技术开发的电子称重系统，具有广阔的应用领域和较强的渗透性、同其它高技术产业一样，电子衡器产业也是国家经济和科学竞争的重要阵地⑴。
自动定量包装机是电子称重技术在定量系统中的具体应用。它是一种按照事先设计的方法和程序，以自动称量的方式将大宗物料分成预定质量的小份载荷形式的自动称量装置。它是一种新型的称重控制系统，是在非自动衡器的基础上，充分利用电子、自动控制、微机等技术发展起来的，被广泛应用于港口码头、商品贸易、化工原料、粮食加工、食品包装、医药配置、钢铁冶炼、水泥生产、玻璃制造等领域进行称量和配料。通过定量称重，控制产品质量、核算成本、管理企业，从而获得最佳经济效益。现在世界各国都在积极的开发适合于不同领域的先进定量包装设备。以提高工业计量领域的自动化水平⑵⑶。
但现在大多数定量包装机在应用于流动性差的物料时，受物料性质的影响，物料的包装精度不太容易控制；同时控制系统仍然使用称重仪表控制，控制不方便、缺少一定的灵活性。由于控制系统和一些机械系统的影响，使得物料的包装精度不够高，很难适应当前社会发展对物料的包装的要求，并且对企业造成了一定的原料浪费。正是针对这种现状，本课题对应用于流动性差的物料的强制给料定量包装机进行了设计研究，对称量精度进行了分析，研究了智能控制算法，提高了称量精度，以满足企业生产需求。
本课题研究促进了定量包装机在流动性差的物料定量包装和配料中的应用，促进定量包装机的应用范围。强制给料定量包装机的研制不仅提高了工人的劳动效率，改善劳动强度，而且对于提高自动称量领域的自动化水平有着十分重要的意义。
1.2包装机械的发展动态
1.2.1国外包装机械现状与发展趋势
上一世纪50至70年代，电子技术和合成化工的迅速发展，对包装机械产生了很大的影响，出现了一系列以釆用合成材料为包装材料的新包装工艺及设备。如机电密
切结合的高速化自动包装机，调整操作方便的多功能包装机和劳动生产率极高的自动包装线的大量出现，使包装机械在生产业机械中成为瞩目的一个领域［引。
1）    美国
美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体系，其品种和产量均居世界之首。其产品以高、大、精、尖产品居多。新型包装机械产品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快。美国的包装机械与计算机紧密结合,实现了机电一体化控制⑶。从上世纪90年代初以来，美国包装机械业一直保持着良好的发展势头。
2）    日本
日本与美国、德国相比，起步较晚。日本的包装机械以中小型单机为多，具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点。上世纪60年代以前，包装机械厂家不足60家，只能包装糖果、香烟等060-70年代，是日本包装机械业起步阶段，产值增长速度很快。70〜80年代，增长速度虽不如上一阶段那么高，但年增长率仍达13%。80-90年代是稳定增长阶段，将微电子技术成功地应用于包装机械的控制，以后又将光导纤维技术、工业机器人技术、模块化技术应用于包装机械，达到安全性高、无人操作、高生产率的水平，大大提高了其国际市场竞争力図。
日本的包装机械制造厂以中小企业为主，包装机械的品种齐全，产品品种近500种，规格有700多个。90年代以来，已将变频调整、光电追踪、无触点电子开关、动态数据显示等技术运用在包装机械中。日本包装机械的很大一部分用于食品包装领域，食品包装机械产值占包装机械总产值的一半以上。
3）    德国
德国的包装设备在计量、制造、技术性能等方面居领先地位，特别是啤酒、饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点，享誉全球。包装机集机一电一液及微机控制于一体采用光电感应，靠光标控制袋长，并配有防静电装置。其中袋包装机能集制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序于一台单机上完成。已生产出世界上最高速的茶叶包装机，速度达350袋/分
上述几个国家在包装机械的发展上起着很重要的作用。包装机械的发展趋势，大概有如下几个方面同：
1）    向多功能、高效、低耗的方向发展。许多加工设备，已经越来越被用户要求向着多功能方向发展。比如一套设备可以生产两种以上的不同型号产品，因此包装机械也必须向多功能方向发展。同时，要求设备提高效率，降低消耗，以降低成本，找寻市场。
2）    要求包装机械向灵活性、变化性即柔软性方向发展。对于同一种设备，每一个用户都有不同的要求，因为其产品各有特色，这就要求包装机械，根据用户要求的不同而设计、变化。
3）    稳定性、可靠性方面的要求越来越高，特别是生产一旦停产就会造成生产浪费、保质期也会受影响。因此包装机的稳定性、可靠性是关键的。
4）    在釆用技术上，越来越多地向高科技方向发展。包装机械己越来越多地釆用了机、电、光、气、声、磁、化、生等技术，使其越来越适合于用户的要求。采用高新技术，操作方便，维修简单，稳定性好，寿命长，同时给生产管理上带来很大益处。
5）    包装机械越来越多地体现出其社会性。如其对环境保护、使用安全等方面的考虑，体现得越来越多。
1.2.2我国包装机械现状与发展趋势
我国早在上一世纪50年代中期就有少数工厂生产包装机械，但水平很低。改革开放初期，引进了一批食品机械和包装机械，具有一定的促进作用。上世纪80年代后期，随着国民经济的突飞猛进，市场对包装机械的需求日趋扩大。此期间我国的一大批生产机床、通用机械、农业机械的企业开始转产从事包装机械的生产。1997年底，全国增加至1600余家从事包装机械的生产厂家；同时，从事包装机械研究及开发的科研院所达75个，目前约有60多所高等院校从事包装机械专业的教学和科研工作。
称量式充填设备的产品发展成为我国包装机械业重要门类，要发展各种形式的称量充填设备，着力提高速度和精度，以及稳定性和可靠性，并与自动包装设备相配套。
我国包装机械与国际水平尚存在一定差距，过去长期处于一种生产力水平低下、主体技术不高、规模过小、游离分散生产、企业管理水平不高、国家投入不足的状况,大部分企业仍然处于需要技术改造、技术创新提高产品质量、加强现代化管理以及体制转轨的关键时期。我国包装机械产品与发达国家相比，其差距主要表现在：控制技术和产品可靠性方面较差，且技术更新的速度太慢，新技术、新材料、新工艺推广的范围太窄。从整体水平上看，比发达国家要落后20年，现在我国包装机械产品中仅有5%左右能够达到发达国家的水平，还有20%的产品仅能和国外上一世纪90年代的产品相比，其余60%左右仅能达到国外上一世纪80年代的水平[⑵。
一个完整的机电一体化系统，将机械、微计算机、微电子、传感器等多种学科的先进技术融为一体，给包装机械在设计、制造和控制方面都带来了深刻的变化，从根本上改变了包装机械的面貌卩％我国包装行业想在竞争中谋求发展，应努力提高包装机械的总体技术水平，发展机电一体化技术，提高产品的可靠性和稳定性，促进包装工业向现代化发展。
1.3称量技术的发展动态
1.3.1称量的分类
按定量原将粉、粒状物料的称量方式有称重式和容积式两类。称重式具有计量精度高、通用性好、对物料特性的变化不敏感等特点，但速度偏低却是阻碍其发展的主要原因之一。容积式是靠盛装物料的容器决定加料量，其计量精度主要取决于容器容
积的精度、物料的密度及物料流量的一致性，其速度快于称量式，但误差较大【均。
1.3.2称量精度的定义
称量精度实际上是对称量结果与真值的接近程度的一种描述，也就是对称量系统误差与随机误差的一种综合反映。它指的是秤斗中被称物料的实际质量值与称量系统中对该种物料所设定的理论质量值之间的差值。这两者数值之间的差也就是生产实际中所指的称量误差。称量误差反映配料系统工作时的系统误差与随机误差之和网。
精度是指在相同条件下多次测量结果互相吻合的程度，表现了测定结果的再现性。精度用偏差表示，偏差越小，测定结果的精度越高；反之，则测量结果的精度越低。
1.3.3我国电子称重技术的现状卩刀-㈣
电子衡器或称重装置是物料计量中不可缺少的装置。我国从上一世纪六十年代中期开始研制和生产电子秤，初期为模拟指针式，后来发展成数字式，从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。无论从产品品种还是从生产规模都取得了空前的发展和极大的提高。我国电子称重技术装备和检测试验手段基本达到国际上一世纪90年代中期的水平，并且在少量产品的技术上能达到国际先进水平，如自动轨道衡开发的几项新技术无开关判别车辆、浅基坑整体秤台和无基坑结构、以及曲线段安装轨道衡。现在电子衡器制造技术及应用得到了新发展，但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有一定差距。主要表现在以下几个方面：
1）    指标上的差距：我国生产的电子衡器生产大多是低端产品，高速和高精度产品少。电磁兼容性在国外已作为一项基本要求，而我国多数厂家仍不能满足此要求。
2）    理论上的差距：我国对称重理论的研究相当薄弱，人力和资金投入少，有些在国外已经成熟的产品和工艺，而我们对其还缺乏足够的认识。
3）    新材料、新技术应用与开发方面的差距：我国的大多数衡器企业天天应付的是无休无止的价格战，根本无暇顾及应用新技术新材料的应用。即使是一些好的企业，也仍局限在产品研究的层次上。而国外的一些企业早在若干年前，就开发出诸如振弦传感器、振梁传感器、数字传感器等先进的技术和产品，如今已在电子衡器上得到了普遍的应用。
4）    产品开发手段，加工装备、测试设备方面的差距：国外电子衡器制造手段先进，CAD/CAM/CAT和FMS技术的应用相当普遍；而我国企业在这方面的潜力没有得到充分的挖掘，效率还很低。
1.3.4电子称重技术的发展趋势
电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和
非控制信息并重的“智能化"功能；其应用性能趋向于综合性和组合性【2%
1）    小型化
体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。近几年新研制的电子平台秤结构充分采用新材料、新结构、新的强度计算方法等手段来实现，既节约了成本，又满足了实际需要。
2）    模块化
对于大型或超大型的承载器结构，如大型静动态电子汽车衡等，已开始釆用几种长度的标准结构的模块，经过分体组合，而产生新的品种和规格。在实际应用中，根据各行业用户的需要，选择其中10余种常用的标准规格即可。这种模块化的分体式秤体结构，不仅提高了产品的通用性、互换性和可靠性，而且也大大地提高了生产效率和产品质量。同时还降低了成本，增强了企业的市场竞争能力。
3）    集成化
对于某些品种和结构的电子衡器，例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态电子轮轴秤、静动态电子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。
4）    智能化
电子衡器的称重显示控制器与电子计算机组合，利用电子计算机的智能来增加称重显示控制器的功能。使电子衡器在原有功能的基础上，增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能，这就是当今市场上釆用微机化称重显示控制器的电子衡器与釆用智能化称重显示控制器的电子衡器的根本区别.
5）    综合性
电子称重技术的发展规律就是不断的加强基础研究并扩大应用，扩展新技术领域，向相邻学科和行业渗透，综合各种技术去解决称重计量、自动控制、信息处理等问题。
6）    组合性
在工业称重计量过程或工艺流程中，不少称重计量系统还要求具有可组合性，即测量范围等可以任意设定；硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整，硬件功能向软件方向发展；软件能按一定的程序进行修改和扩展；输入输出数据与指令可以使用不同的语言和条形码，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。
1.4课题的主要研究内容
本文对一种螺旋给料定量包装机的机械系统构成进行分析设计，控制系统的分析设计，对动态定量称重进行研究，提出增量式称重方式，分析了影响螺旋给料定量包装机包装精度的因素，并且对包装机提出一些改进措施，提高包装机的包装精度，满足产品的包装要求。
 

文章来源于网络转载，侵删