青海省是资源大省，各种矿产资源的开采和利用应该成为青海省经济发展的强大后盾。在各类矿产资源中盐湖资源占有举足轻重的地位，有资料表明，青海省盐湖资源的远景储量和查明储量均居全国之首。青海省已经探明的盐湖数达23个,其查明储量为5330000万t0除了交通运输能力、地理原因外，一个制约青海省资源合理开采利用的重要原因就是生产企业的实际生产设备相对落后。对于青海省盐业生产企业来说，工业原盐的包装计量一直是制约原盐生产的“瓶颈”之一，这一问题长期未能得到解决。
原盐的计量包装之所以成为一个行业内的难题是和原盐的物理、化学特性分不开的。从盐湖采挖出的原盐颗粒度极不均匀、含水率较高,即使经过堆坨蒸发处理后还是极易板结成块，这样在盐坨表面形成一层厚约20cm~30cm的盐盖，盐盖的形成减弱了盐坨的蒸发效果，致使原盐含水率依然较大，易板结的特性使盐坨内的原盐再次板结成块,颗粒度依然不均匀。另外，盐对机械设备的腐蚀性极强。这些都给原盐计量包装设备的设计增加了难度。原盐的这些特性对于机械秤、电子秤的准确计量都造成了不利影响。具体表现:颗粒度变化较大使原盐进入计量装置时的落料冲击不均匀，造成计量装置工作不稳定或生产效率低;含水率大使原盐易粘结在计量容器中，造成计量后误差;腐蚀性强影响计量设备中机械装置及电子元件的正常工作。
因此，目前国内包装秤(包括电子秤)不能完全适用于原盐计量包装的主要原因。
1旧式杠杆包装秤的设计和使用
20世纪70年代，由北京轻工业设计院设计的杠杆式自动包装秤在内蒙古自治区及青海省的一些主要盐业生产厂家中投入使用。该秤设计的有效计量斤数为100kg,设计为全机械结构,实际生产效率较高，计量误差基本能满足当时的铁路运输及行业标准。其计量部分的结构如图1。

1_计量杠杆;2—料斗;3-料斗支承;4-杠杆支承;5-滚轮;6-压板组合；7一秤体；8-翻料斗滚轮;9-翻料斗翻料斗支承；11-摆动架组合

图1旧式杠杆秤结构简图
Fig.1Oldleverscaleschematiediagram
该秤由自流式料仓为其供料，料仓门通过杆件与杠杆的料斗支承相联，在料斗计量完成并向下运动时，杆件随之关闭料门，停止对料斗的供料。秤体下端有集料斗，工作时,灌包人员手持盐袋并将其套在集料斗出料口接盐。
该秤的工作过程如下：当料斗的盐料达到设计值时,杠杆左端重量大于右端,则杠杆以杠杆支承为支点发生逆时针转动，转动过程中杠杆右端将压板组合(其上可通过增减配重片调整秤的计量范围)推开，被推开的压板组合翻落到其支承架上。杠杆左端料斗继续下落，当翻料斗下侧的四个滚轮落到相应的滑轨上时,翻料斗被打开，料斗内计量好的盐被释放，完成一次灌包。料斗内的盐释放后,杠杆右端的重量大于左端,杠杆绕杠杆支承顺时针翻转，当左端落到图2所示位置时，摆动块组合被撞击并推动压板组合上翻，使之再次加载在杠杆右端，此时，料仓门也在料斗上行过程中逐渐打开并向料斗再次供料，实现第二次计量。
在实际投入生产后发现,该计量秤存在重复精度低、噪声大、调整频率高、岀料口处因没有自动夹袋装置而使操作人员的劳动强度大等缺点。进入20世纪80年代后，相关部门提高了对计量包装的要求，该秤的计量误差很难达到原盐使用厂家和铁路运输部门的要求，国内各盐业生产厂家也基本停止了对该秤的使用，而普遍采用生产效率较低的磅秤进行计量包装。
2电子包装秤的应用与不足
20世纪90年代，在其他计量包装应用领域，如粮食、化肥、饲料、化工等生产企业，电子计量包装秤应用已较为普遍。这些物料的粒度、湿度相对均匀，流动性也较好，随着应用电子技术、测试技术等的不断进步，计量包装秤的设计也进入了电子和微电子时代。电子计量包装秤的主要工作元件为称重传感器,在实际使用中，它具有重复精度高、自动化程度高等优点。但在盐业生产企业里，电子计量包装秤只得到了有限的应用。它们只能应用于粒度较细、湿度均匀的精炼盐及粉洗盐的生产中，进行原盐计量包装时,依然存在计量不稳定、故障率高、维护成本高等明显不足。青海省的几个盐业生产厂家均不同程度地存在电子计量包装秤因不满足实际使用要求而闲置废弃的情况。
3新型杠杆式计量包装秤的设计及使用
为满足青海省盐业生产企业的实地生产要求，设计可靠性、稳定性更高、操作维护更方便的计量包装秤势在必行。为此,有必要对旧式杠杆秤进行科学分析，找到影响其计量精度及实际使用的真正原因，为新型杠杆秤的研究和开发提供依据。
3.1旧式计量包装秤的不足
(1)杠杆支点的支承精度不高
杠杆作为计量秤的重要部件，支点的支承精度越高，实际的计量误差就越小。当采用球轴承作为支承零件时,杠杆的实际支承为面接触，最终造成杠杆的灵敏度不高,影响整个计量包装秤的计量精度。
(2)供料系统不能实现精确的供料控制
旧式计量包装秤的供料方式为自流式料仓供料，原盐的流动性不好，自流状况受原盐的粒度、湿度影响较大，因此，这种料仓难以实现向料斗的均匀连续供料。同时，因自流式料仓门的关闭动力取自杠杆的下落动作，因此，连接仓门和杠杆的杆件钗接点处摩擦力的变化会影响仓门的准确动作，使仓门的开关程度并不稳定,这样也会造成供料的不均匀。
(3)压板组合存在质心偏移现象
当杠杆处于计量状态时,随着杠杆左端料斗内盐料的增多,杠杆右端会逐渐上抬，而压板组合也会发生轻微转动，压板组合的质心也因此向右移动。压板组合实际起着称量瑟码的作用，秩码位置的变动势必造成称量斤数的变动。另外,压板组合内轴承的润滑情况还会影响压板组合翻转的灵敏度。
(4)操作人员劳动强度大
秤体下端未设计自动夹袋装置,计量好的盐料在料斗翻料板打开后因自重下落到操作人员手持的盐袋中，使操作人员的劳动强度过大。
(5)秤的可操作性不强
因计量杠杆的体积较大,在对计量装置进行调整时，只有通过增减压板组合上的秩码片重量来实现。更为不利的是，这种秤一个工作循环完成后，下一个紧跟着自动开始，操作人员只有全力配合机械设备,从而形成“机械操作人”的紧张工作状态。3.2新型计量包装秤的设计和使用
在深入分析和研究旧式杠杆秤所存在的种种影响计量精度及操作性的内在机理后，提出如下新的设计案。
3.2.1供料系统的设计
对于计量包装秤来说，连续均匀地供料并对供料实现准确的控制是实现原盐计量的起点。自流式料仓供料时，因料仓底板与水平面所构成的夹角大于盐料的安歇角(N40。)，盐料在自重下可以顺出料口流出，完成对计量斗的供料。但实际生产中，盐料的粒度、湿度不同,流动性也不同，因此，自流式的料仓很难实现连续均匀供料。国内类似设备中还有皮带机供料、电磁震动式供料和螺旋输送机供料三种方式。皮带机供料方式适用于物理状态较稳定的粉状物料,电磁震动式供料适用于流动性好的物料，这两种方式均无法满足原料的实际工况。螺旋输送器供料应用于原盐的计量包装较为理想。因为，实体面型螺旋叶片不但能实现连续均匀的供料，同时还可以通过螺旋对盐料的挤压使输出的盐料粒度趋向均匀。
因此，供料系统采用螺旋输送器供料。为实现对供料的精确控制，螺旋轴驱动电机的合理选配非常重要。因为，计量包装秤应达到一定的生产率，螺旋轴转速越快，供料速度就越快，生产效率就越高。但转速高，螺旋轴的惯性越大，当计量部分已经达到标准重量时，螺旋轴在惯性作用下的转动则会造成计量后误差。惯性的大小随螺旋输送器内盐料的粒度、湿度以及螺旋叶片相对出料口的位置等的变化而变化。因此,在计量包装秤中应用的电动机应有良好的制动性能，最终选择锥形制动电机作为新型计量包装秤的动力。
螺旋轴的设计转速、螺旋轴节距和直径等几何尺寸的合理确定也是螺旋输送器设计中的重中之重。螺旋轴叶片的直径越大、节距越长，一个节距螺旋内所存的盐料就越多，盐的惯性就越大，同时，螺旋输送器内螺旋轴叶片与出料口构成空间的随机变化也越大。这两个原因就会造成计量完成后,因供料未完全终止而引起的计量后误差变化范围过大。螺旋轴叶片直径过小、节距过小，螺旋输送器的输送能力变小，计量秤的生产率偏低。此外，节距过小，会导致螺旋供料器对物料的适应性变差，“吃粗粮”的能力降低。因此，合理确定螺旋轴叶片的直径和节距可以有效的消除计量包装秤的计量后误差。另外,螺旋轴的转速应在满足实际生产效率的前提下尽可能的降低，因为,螺旋轴转速过高时,螺旋叶片切线速度过高,进料口的盐料因叶片的高速抛摔使螺旋输送器内容纳的盐料减少而影响实际进料速度。
3.2.2计量装置的设计
计量装置是杠杆秤设计的核心部分，它主要由计量和翻料两部分构成。计量杠杆是主要的工作部件之一，若杠杆的体积过大，整个计量秤的体积也大，造成实际的使用和维护工作较为不便。因此，在新型杠杆式计量包装秤设计中合理地确定计量杠杆的结构、尺寸、杠杆比、支承方式等是计量装置设计的重心。翻料斗的合理设计是新型杠杆式计量包装秤的难点之一，因为，翻料斗联接在计量杠杆上,若引进动力驱动装置实现计量后的放料，会造成计量装置的结构过于复杂，降低计量装置工作的可靠性。而釆用如下结构就可以简便有效地完成计量后的自动放料和回位。
图2为新型杠杆秤计量装置的基本结构图。整个计量装置由对称放置于杠杆左端的两个支承刀口支承于秤体的刀架上，杠杆支承刀口左端有可调整杠杆水平的两个调整螺钉限位，调整螺钉位于秤体上,正对着杠杆支承的竖直中心，计量斗内无盐时，因杠杆支承刀口右端重量大于左端,但由两个限位螺钉限位,杠杆处于水平位置。当计量斗上端的螺旋输送器向其供料时，若计量杠杆支承刀口左端重量稍大于右端，则杠杆开始以支承刀口为中心发生逆时针转动,而杠杆最右端的上部装有行程开关,杠杆的微动触动行程开关，行程开关的动做切断了螺旋输送器的电源,螺旋输送器停止工作，一次计量完成。为保护行程开关不受杠杆右端的过度挤压，杠杆右端设有限位块,行程开关被触发后由限位块承受杠杆右端的压力。

1-计量斗；2-翻料斗支承;3-电磁铁;4-翻料斗；5-杠杆；6-硃码;7-游码；8-支承刀口；9-杠杆支承

图2新型杠杆秤三维结构图
Fig.2Three-dimensionalstructureofnewleverscale
下端翻料部分是由两个对开的翻料斗、电磁铁和翻料斗支承等组成。翻料斗的支承中心平行于电磁铁的吸合平面,并通过翻料斗的质心，这样，两个对开的翻料斗在自然状态下处于图3所示位置。计量秤启动后，翻料斗两侧的两对电磁铁吸合,吸合力大于计量斗满斗时盐料对翻料斗的侧压力。翻料斗侧板与水平方向所成夹角大于盐的安息角，以保证电磁铁断电后，计量斗的盐料在自重下可以全部迅速下落到下端的集料斗内实现灌包。盐料放完后，翻料斗在重力作用下自动回位到初始位置，此时，电磁铁已处于加电状态，待翻料斗自行回位到初始位置后，电磁铁再次吸合。
在设计计量杠杆时,杠杆比(杠杆支承刀口左端和右端臂长之比)的确定需考虑以下几项内容：
(1)杠杆右端的杠杆臂应有足够的强度和刚度,本设计方案中杠杆臂的截面形状为“T”形；
(2)杠杆比过大,杠杆支承刀口右端的长度过长，对杠杆臂的强度、刚度要求高,也使杠杆左端的两个调整螺钉受力过大,使用寿命缩短；
(3)杠杆比与杠杆两端的实际重量比应合理匹配，以使瑟码的重量和体积不至于太大；
(4)根据杠杆比，合理分配秩码和游码的重量，以使计量秤的调整范围略高于标准计量范围(定量秤的称量范围)，以适应原盐的物理特性。
计量斗与计量杠杆的钗接可以很好地解决供料不均匀时计量斗内盐料的质心和形心不重合的问题。对于计量杠杆来说，计量斗内如果发生质心与形心不重合现象时,相当于计量杠杆左端盐料重心在水平方向上发生了偏移，这种因供料不均造成盐料质心的偏移将极大地影响计量精度。因此，在结构设计中应保证杠杆支承内轴承的合理配合尺寸，过盈量大，轴承的转动阻力矩就大。这一原则也适用于翻料斗饺接的设计。翻料斗设计中，翻料斗的侧板与水平方向所成夹角过大，虽然能使落料速度加快，但翻料斗竖直方向尺寸也增大,整个秤体的高度随之增高。翻料斗支承在竖直方向上的延长线必需通过翻料斗的质心，并且翻料斗的支承点与其质心的连线应与电磁铁的吸合面平行。质心的计算中应包括电磁铁的重量和位置。这样，即能保证翻料斗放料后的回位，同时，也能减轻对开式翻料斗回位后相互撞击的噪声。
3.2.3夹袋装置的设计
夹袋装置在国内各种包装秤中应用已比较普遍，主要有机械式和气动式两类。气动式夹袋装置的动力为双作用气缸，因此，整个气路环节中的零部件较多，各类控制阀及密封件在原盐生产环境内故障率较高,维护成本也高，机械式夹袋装置更能满足实际的生产要求。设计中可利用机械装置的自锁来实现夹袋。设计原理如图3。
驱动盘的旋转运动经驱动杆、限位板等的共同作用转化为驱动杆的上下运动，当驱动杆转动到图示位置时，夹袋杠杆运动到死点位置，因与驱动盘联接的蜗轮减速器减速比较大，其反向阻力矩也大，由此,夹袋杠杆被锁死在图示位置，夹袋杠杆下端的橡胶板将盐袋夹死在集料斗的出料口处，实现灌包时的夹持。松袋时，驱动电机反转，驱动杆向下运动，则盐袋被释放。
夹袋装置的设计应根据实际所需要的套袋间隙反算出驱动盘的最大行程。行程过小，松袋后的间隙太小，操作人员套袋困难。行程过大，整个夹袋装置的体积随之增大，并且夹袋装置的动做时间相应延长。

1橡胶块;2-夹袋杠杆;3-中间支承;4-饺接销;5-接杆;6-限位夹板;7-驱动杆;8-驱动轴；9-驱动盘；10-集料斗

图3夹袋装置原理图
Fig.3Folderbagdeviceschematicdiagrm
在结构设计中，饺接部分可采用轴套式滑动轴承，以减小皎接部分的几何尺寸;橡胶板与夹袋杠杆的联接方式应以拆卸方便为原则。
3.2.4电器控制系统的设计
电器控制系统将三个主要工作部分联系起来，构成了一个完整的计量包装秤的工作流程。基本控制流程图如图4。

图4控制系统流程图
Fig.4Controlsystemflowdiagram
控制系统由三个工作循环构成，即螺旋输送器工作循环、翻料斗开启闭合循环和夹袋松袋循环构成。其中夹袋松袋循环是由操作人员人为控制的，其他两个循环均为自动完成,因此，整个系统的可操作性较强。系统工作开始时，闭合电源开关后，翻料斗自动吸合，并启动螺旋输送器开始供料。当计量杠杆完成计量后，若夹袋部分不动作（不套袋），则计量斗内的盐料因翻料斗的电磁铁处于吸合状态而保持在计量斗内。此时，控制螺旋输送器的行程开关仍然被计量杠杆右端压着，螺旋输送器因此不能起动。当夹袋装置因套袋而触动夹袋开关时，夹袋电机驱动夹袋杠杆并一直运动到夹紧位置，同时，夹袋限位开关触发,使翻料斗电磁铁断电,计量斗内的盐料因自重落入其下端的集料斗,并实现灌包。翻料斗放料完成后自动回复到吸合位置，计量斗的盐料的释放使计量杠杆再次回到水平位置，计量杠杆右上端的行程开关被放开,螺旋输送器再次被启动，开始第二次供料。
灌包完成后，盐包因松袋延时继电器的延时，仍夹持在集料仓的出口上，延时时间和取袋、套袋的动作时间之和大于螺旋供料器的供料完成时间，因此，在第二次套袋之前,计量斗内的第二次供料已经结束，保障了计量包装秤的灌包效率。
4结束语
青海省是工业原盐的生产大省,湖盐资源极其丰富，但原盐的计量包装一直未能得到很好地解决。内地计量包装设备生产企业所生产的计量包装设备多以海盐、井盐为设计对象，海盐和湖盐在物理特性上的不同在计量包装上也应区别对待。基于上述设计思路研制的新型杠杆式计量包装秤已在青海省内部分盐业生产企业投入使用。新秤具有计量稳定、生产效率高、维护保养方便、性价比高等显著优势，较好地解决了青海省原盐计量包装的生产难题。

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