2定量包装机总体设计
2.1包装设备的性能要求及工作原理
2.1.1强制给料定量包装机的性能要求
散装物料出厂时需要进行定量包装，将大宗散料以重量或体积为单位分成多个相同的个体，以利于贮藏、运输和使用。强制定量给料包装机的作用就是在生产过程中把流动性差的大宗物料按照一定的重量分成多个小的包装单位。以利于后边的生产运输。

Fig.2-1Overallstructureofpackagingmachine
由于强制给料定量包装机主要应用在流动性较差的物料的定量包装或者配料过程中，为了保证设备的称量精度和速度，同时兼顾设备的整体性能和制造成本，在设计强制给料定量包装机时，釆用了增重式称量，主要包括：供料部分、给料部分、称量部分、夹袋部分、控制系统等。具有自动夹袋、自动计量、自动落袋等功能。本论文所设计的包装机其整体结构图如上图2-1所示：
强制给料定量包装机系统应满足使用要求，并且具有良好的使用性能和合理的技术性能，本系统要求的技术参数为：
1）    称量范围：30-50kg；
2）    通过量（效率）：180-240包/小时；
3）    精度：±0.5%；
4）    称量斗容量：80升；
5）    控制系统的功能：实时重量显示、参数设定、提前量修正、标定、通讯；
该机吸收国外同类包装机的优点，送料机构釆用螺旋给料系统，同时送料末端釆用双导程螺旋以提高给料精度，由国外生产的电子称重仪表及西门子可编程序控制器组成控制系统，设有专门的称重系统，因而具有很高的包装精度，较高的包装速度和很高的可靠性。本机釆用模块化设计，结构紧凑，外型尺寸小，安装方便。
该机釆用自动快、慢方式给料，能自动显示包装重量，并具有零点跟踪，累计次数，自动落差修正等特性，使操作过程方便，效率提高，劳动强度降低。
2.1.21作原理
由图2-1可知强制给料定量包装机的工作流程是料仓内的物料通过大小螺旋的输送进入收料斗，从而流入包装袋中，称重系统检测物料的重量，传给控制系统控制物料输送。流程图如图2-2所示。

图2・2工作原理流程图
Fig.2-2flowchartofworkingprinciple
当整个系统开始工作时，首先对包装机的目标值、粗给料量和精给料量进行初始设定，上级供料系统开始工作，首先保证料仓内的物料足够。开机套上包装袋，启动接近开关，夹带结构动作，夹紧包装袋，电机通过链条带动大小螺旋给料机构工作，计量控制系统控制给料机构实现大给料和精给料。大小螺旋给料机构启动，进行粗给料，当系统检测到物料达到设定的粗给料值时，控制系统发出指令停止大螺旋给料；小螺旋继续给料，一直到达到检测重量到设定的精给料值时停止精给料；料门气缸带动料门关闭，减少空中落料量，空中物料落到袋中，系统达到稳定状态后脱袋，完成称重过程。包装袋由输送带送去封口，封口操作由人工控制。称重系统检测到稳定状态时物料的实际重量，同设定的目标值相比较，当误差在允许的范围内时，下次大小给料量不变，当误差范围超出允许范围时，控制系统通过调整给料过程中的精给料量,来控制下一的精给料量，从而来达到物料的包装的要求。设备图如图2-3。

图2-3强制给料定量包装机
Fig.2-3Forcedfeedingofquantitativepackagingmachine

2.2料仓部分
料仓主要作用是作为中间的储料机构，接受上级供料系统的给料，保证下一给料系统的正常工作。同时，由于物料具有可压缩性，为了保证物料的单位容积和供料的稳定性，在料仓上装有料位指示器，测量料仓内的物料，当料仓内物料不能满足要求时，系统发出报警和指令。当物料位置高于最高位时，上级供料机构停止供料：料仓内的物料低于最低位时，下级给料机构停止工作，等料仓内有足够的物料时继续工作。
2.2.1料仓选型
料仓的流型主要有两种：整体流型料仓（图2・4a）和中心流型料仓（或漏斗型料仓）（图2-4b）.在整体流料仓中，卸料时所有物料均匀向下料口流动，不存在流动''死区”，料位均匀下降，卸料流动稳定均匀，不会出现管流、喷泻等不稳定流动状态，适用于对物料流动要求稳定的场合。而在中心流料仓中，下料时只有中心部位的物料向下料口流动，在该''流动区”以外的部分为流动"死区”。由于“鼠洞”和粘性拱的形成与崩塌，使卸料流动不稳定，甚至会出现喷泻的情况【2組

图2-4料仓基本流型
Fig.2-4Flowpatternofstoragehopper
为保证输送过程中螺旋填充系数的稳定和均匀，我们设计包装机是选用整体流型料仓作为设备的储料机构。料仓形状常见的有圆形和方形两类㈣叫图2-5。在设计时我们选择了方形仓。

a.方形料仓b.圆形料仓
图2-5料仓形状
Fig2-4Theformofstoragehopper
2.2.2料仓设计
为了满足储料和物料流动的稳定均匀，料仓倾角a要满足一定的要求。若a过大,在下料口大小不变的情况下，料仓容积变小，若要保持容积不变，就需要增加料仓高度，这样会使设备整体的高度增加，不仅造成加料不便，增加厂房空间这样的缺点，同时对物料的单位容积密度影响较大。a不能太小，否则，物料流动不畅，造成管涌和死区等。为了选取合理的料仓倾角a,必须对存储的物料性质进行研究，物料的颗粒与颗粒间存在着间隙，这样与之相邻的颗粒就有可能嵌入其间。这种颗粒间的相互嵌入作用，将导致能自由下滑的颗粒表面形成一个倾斜的坡度。因此使物料颗粒相对于水平面出现一较大的斜度，物料颗粒在该表面上处于平衡状态。这一斜度就是物料静堆积角，物料的静摩擦力就决定于这种物料颗粒间相互嵌入的作用。流散性不良的粘性散粒物料，堆积角大于内摩擦角。将粘性散粒物料放在有孔的平板上，打开孔后,一部分散粒物料将从孔中落下。如图2-6所示，从孔中落下的物料堆表面与平面的夹角成为该物料的安息角//;平板上剩余的物料从孔中落下的物料与水平面的夹角称为该物料的逆息角Q°在设计料仓时，其侧壁倾角必须大于逆息角p

图2-6物料的安息角和逆息角
Fig.2-5Stoppingangleandflowingangleofmateriel
对于圆形料仓，只需取倾角a大于逆息角们即a>"即可，如图2-7a示。而对于方形料仓，除了斜面与水平面的倾角外，还有棱边与水平面的倾角，这个角小于斜面倾角，如果不考虑它的作用，方形储料斗将出现死料堆积的现象。根据空间设计及整体结构配合，本包装机使用的即为方形储料斗，如图2-7b所示，为方形储料斗示意图。矩形短边b对应与水平面的倾角为％,长边a对应斜面与水平面倾角为a?,棱边与水平面倾角为“（即为物料的逆息角）

a圆形料斗示意图    b.方形料仓示意图
图2-7料斗示意图
.Fig.2-7Sketchofrhopper
经计算得
a,=arctan[(Va2+b2/a)tan/?]    式(2—1)
同理
a2=arctan[(Va2+^2/3)tan戶]    式(2—2)
由于a>b,可知％>%,即满足a?时，一定满足％,所以方形储料斗最小倾角a确定时，应令a>a2,即
a>arctan[(Va2+b2/b)tan0]    式(2—3)
在设计料仓时，还要考虑对下一系统给料的影响，我们选择下一给料机构是螺旋送料机构，连接结构如图2-8：

图2-8给料机构
Fig.2-8Feedmechanism
当螺旋给料机构在定量送料时，需要送料稳定可靠，需要有两个条件：其一是料仓开口宽度L应当大于一个螺距，保证物料在进料口端螺旋可以充满；其二是料仓进入螺旋的进口与料筒相交处圆周切线与水平面的夹角0应大于或等于物料的逆息角B
（Y=0,即y>6）,以此保证进料口处螺旋的径向可以充满物料；这样才可以保证螺旋在输送物料时可以得到最大的填充系数，同时也提高下料的均匀性。在实际设计过程一般将进料口的宽度等于料简直径。
2.3给料机构设计
在实际生产过程中，输送的物料种类繁多，有颗粒状、粉状、块状等各种。对粉状物料由于流动性差，种类繁多，如食盐、面粉、洗衣粉、粉状白糖等一些物料，其自身特性的差别很大，它是影响称量精度的关键因素之一，所以，对不同的物料输送是应该选择不同的输送设备。
目前，应用于各个行业中的给料系统有各种各样，但使用最多的是螺旋给料系统、振动给料系统、料门给料系统、皮带输送给料系统这几种。下边是对这几种给料系统的特性及应用进行简要分析。
1）    螺旋给料系统：这种系统由电机驱动。给料速度由电机（包括减速机）速度、螺旋给料器直径和螺距来决定。适用于物料流动性差，配料精度要求较高，配料速度要求较慢的场合，如面粉、奶粉、洗衣粉、粉盐等泌】。有时为了提高系统的称量速度和精度，可以釆用大小双螺旋给料，在粗给料期间，大小螺旋同时给料，提高给料速度，在精给料时，只要小螺旋给料，保证给料精度。也可以采用双速电机机构驱动螺旋给料器，粗加料时采用高速，以便节省螺旋给料系统称量的时间；细加料时用低速,从而达到较高的称量精度。现在有的甚至釆用了三速控制给料系统。在螺旋给料的末端釆用双头螺旋给料同样也可以提高称量精度，同时由于输送过程中双头螺旋给料可以减少给料的脉动性，提高给料的均匀性和生产的稳定性，效果更好。
2）    振动给料系统：这种系统适合与各种类型的物料，它对于物料的流动性等性能要求比较低。在安放时一般要求料槽的开口处位置不低于料槽在料斗的下料侧位置，工作时电磁力驱动槽体沿与弹簧板垂直方向作周期性的直线往复振动，当槽体振动加速度的垂直分量大于物料自由下落的重力加速度时，物料与槽体脱离接触，按照抛物线的轨迹向前抛起，经过一定时间落下与槽体接触，然后又抛起，又落下，如此循环反复。这种方式通用性好、结构简单，适用于振动对系统的影响可以忽略不记以及大剂量称量的场合。
3）    料门给料系统：这种系统适合物料流动性好，配料速度要求快，精度要求相对较低的场合，如砂子、石子等。基本原理是：使用双气缸实现料门两种开口大小或一大一小两个料门，既提高了下料速度又提高了称量精度。在粗加料时，将料门全部打开或两个料门打开，达到一定量时，将料门关闭一部分或将大料门关闭，从而进行细加料，达到预定量值时将料门全部关闭。
4）    皮带输送给料系统：该方式是釆用扁平输送带喂料器，具有结构简单、运行平稳、节省动力等优点，其快慢加料是利用气动闸门挡板装置控制料层厚度来实现的。该喂料方式适合粮食颗粒物料，如稻谷、小麦、玉米等；适合油厂饼粕片状物料；适合饲料厂颗粒饲料和粉状全价饲料。该喂料方式因密封性能差，粒度细、密度大的粉
状物料，如水泥、石粉、预混合饲料不太适宜【35】。
上述这些给料系统，都有自己的特定应用场合，而螺旋给料系统却有更广泛的应用范围，它有许多优点，结构简单，重量轻，成本低，密封性能好，且容易进行控制。因此，我们釆用的给料系统确定为螺旋给料系统。
2.3.1给料系统构成
我们设计的强制给料定量包装机的给料机构由大小螺旋输送器、交流电机、减速机构成。
螺旋输送器（又称螺旋搅龙）是一种用途广泛的运输机械，它利用螺旋体与物料之间产生的相对运动进行输送。当螺旋叶片旋转时，物料的自重和壳体对物料的摩擦阻止其与螺旋叶片一起旋转，物料类似不转动的螺母，两者之间的相对运动促使物料沿螺旋轴轴向运动【26）。同时由于螺旋结构紧凑、密封性好、操作维护方便、物料不易撒落等优点，被广泛应用于各种物料的输送和配料中在定量包装机中用于输送物料的螺旋为定量螺旋，定量螺旋给料机是螺旋输送机的一种特殊形式，因此它的输送能力与一般的螺旋输送机是相同的，其生产能力如下式所示：
Q=\5n（D2-d2）Sn（ppC    式（2_4）
其中：Q—螺旋给料机的生产能力（〃屛3）；
。一螺旋叶片直径S）；
d一转动轴直径3）；
S-螺距S）；
〃一螺旋轴的转速（m/min）；
啊Tl料的填充系数；
夕一物料的堆积密度U/m）:
C-给料机倾角系数。
当某一个螺旋输送机设计完成后，上述参数中螺旋叶片直径转动轴直径d、螺距S、螺旋轴的转速〃、物料的堆积密度p、倾角系数C均为定值，而这些参数只和给料机的结构和物料有关。只有填充系数们无法保证为恒定值，若使充填系数为一固定值，就变成了定量螺旋给料机了。因此定量螺旋给料机设计的关键是保证填充系数们为恒定值，设计螺旋给料机以此为理论根据。
2.3.2出料口
在定量包装机给料过程中，为了保证称量精度，要保证给料稳定均匀。在使用螺旋给料机构作为定量包装机系统中的给料机构，考虑到物料的流动性和螺旋机构的自身的一些特点，对螺旋给料机构的进料口和开料口之间的距离需要进行一定的设计，以满足使用要求。
假如在料筒内没有安装螺旋时，物料按其自然堆积角由进料口流向卸料口，要保证物料不会由卸料口流出，需要进料口到卸料口的料筒具有一个最小距离C,这个最小距离由料筒的直径和物料的安息角来决定。即角X小于物料安息角p（A 由财=£
得C里
tgp
所以，当C>—时，可以保证物料不会由卸料口自然的流岀。
tgp

图2-9进出料口关系
Fig.2-9Therelationofmaterialinletandoutlet
以往人们认为螺旋送料过程中，螺旋可以完全充满物料，物料填充系数为1,但经过实践证明由于种种原因，这种情况无法达到，其原因如下：
1）    由于物料颗粒间具有一定的缝隙，具有可压缩性，物料在螺旋输送过程中受到叶片的挤压，从而使叶片前端靠近叶片的物料受到挤压并压实，叶片后端的物料由于物料的减少形成空隙，螺旋处于不能充满状态。
2）    受物料止息角的影响，物料具有一定的滑移性，物料在螺旋中运动时随着螺旋的旋转运动，物料向前滑移，这也影响了物料填充系数不能达到理想的填充系数为1的状态。
3）    螺旋筒内的结构件如中间轴、叶片等，也影响充填系数
定量螺旋的输送能力可以通过调整螺旋的转速来改变，即通过调整电机转速来满足生产量的变化要求。
2.4夹袋机构设计
包装袋使用的是编织袋，夹袋机构下部设计为半圆形结构，方便工作时工人套袋。夹袋时两个汽缸动作带动有橡胶垫的支臂把编织袋加紧在收料斗的下端侧壁上，保证了给料时料袋的密封，防止环境中的灰尘对产品的污染，提高产品生产质量。

图2-10夹袋机构
Fig.2-10Themechanismofclipbag

2.5称重部分
称重系统是包装机的核心部分，定量秤完成对物料重量的称重，保证称量的进度和精度，电子秤是装有电子装置的一种衡器，它由承重、传力复位系统、称重传感器以及称重仪表等组成。
承重、传力复位系统是被称物体与转换原件之间的机械、传力复位系统。称重传感器是将非电量（质量）转换成电量的转换原件。它是把支承力变换成电的或其它形式的适合计量求值的信号所用的一种辅助手段，在传感器式电子秤中，最常用的仍然是电阻应变式称重传感器。称重仪表包括称重传感信号的电子线路（包括放大器、模数变换、电源、调节器、补偿元件、保护线路）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存储器件等）。电子秤的系统结构如图2-9。
称重系统固定与机架上，同时连接在收料斗上，称量时连同收料斗及夹袋机构一起称重。

2-9电子秤结构图
Fig.2-Structuredrawingofelectronicscale
2.6本章小结
本章主要介绍了强制式定量包装机的整体结构，提出了采用增量式称量系统的称重方案，说明了强制给料包装机的工作过程和工作原理。并且对设备的主要组成部分料仓、给料部分进行了分析设计，确立了以大小螺旋给料系统为给料系统，同时阐述了电子秤的基本结构和工作原理。

 

文章来源于网络转载，侵删