饲料行业是现代畜牧业和水产养殖业发展的物质基础同时它还连接着种植业是农业产业链中的重要环节目前饲料的生产和包装基本上都是机械化作业包装秤是饲料生产线上的重要设备之一我国定量包装设备生产企业以小规模为主其中产品设计、研究、开发环节薄弱长期处于一种生产力和技术水平都较低的状态大部分企业目前仍处于互相照搬、照抄国内外技术以此降低生产成本的原始阶段[１]现有市场上的定量包装秤存在包装速度慢、定量精度不稳定、生产效率较低等问题[２]而包装生产线上包装称重的快速性与精确性却是两个非常重要的指标由此可知为了满足客户的要求必须提高定量包装的精度[３]
１    自动定量包装秤结构设计
本文设计的自动定量包装秤(如图１所示)是由封闭式螺旋输送系统、动态定量称重系统和ＰＬＣ自动控制系统构成的封闭式螺旋输送系统可以防止饲料的气味飘散、灰尘飞扬并能控制输送饲料的量动态定量称重系统由给料斗、称重容器、称重传感器、双层下料机构、放大电路、计算机等组成自动定量包装秤设计指标:１)颗粒料加料速度为５~８包/ｍｉｎ２)称重精度高于０.２％
自动定量包装秤的工作流程:当自动定量包装秤进入自动运行状态后封闭式螺旋输送系统开始给动态定量称重系统输送物料(该动态定量称重

１—夹袋摇臂２—气缸３—夹袋斗体４—下法兰５—称重传感器６—称重容器７—上法兰８—双向阀门９—给料斗１０—出料口１１—滚珠丝杠１２—伺服电机１３—上框架１４—下框架１５—电控柜１６—螺旋轴１７—料槽
图１自动定量包装秤整体结构示意图
系统有快、中、慢三级给料方式)当物料质量达到设定值时关闭给料阀门完成动态定量称重系统控制夹袋斗体夹紧物料袋进行卸料卸料后夹袋斗体松开物料袋物料袋自动落下输送到下一个工位系统以此流程循环工作[４]
自动包装秤的动态定量称重系统的关键结构如图２所示自动定量包装秤的双层下料机构由支架、挡板座、多孔式下料挡板、延时下料挡板、多孔式下料挡板驱动部件、延时下料挡板驱动部件和控制器组成该结构采用多孔式下料挡板控制给料斗实现快、中、慢三级下料并有延时下料挡板实现紧急制动从而在动态快速称重过程中保证称重的精确度。

１—多孔式下料挡板２—挡板座３—丝杠４—丝杠螺母５—支架６—丝杠工作台７—推杆８—限位开关９—限位开关安装板
图２自动定量包装秤的双层下料机构
自动定量包装秤的双层下料机构的工作流程:当系统处于粗下料阶段时多孔式下料挡板和延时下料挡板完全打开当系统处于精下料阶段时控制器控制多孔式下料挡板匀速关闭实现初步精下料再控制延时下料挡板匀速对多孔式下料挡板进行关闭实现再次精下料从而实现快速精确定量如此设定不仅提高了定量包装的精准度还提高了生产效率当机器发生故障时应通过控制器控制延时下料挡板实现应急封闭下料口
２建立动态称重模型
动态定量称重过程中有着各种各样的因素影响着称重的精度:称重测量系统的欠阻尼振荡、物料下落时对测量容器的冲击力和测量时传感器的响应灵敏性等等[５]
动态定量称重系统的工作原理:首先输入畜禽饲料的定量包装质量Ｗ设然后将这个设定值与系统测出的质量值Ｗ测相比得到系统偏差值Ｗｄ＝Ｗ设－Ｗ测通过半闭环控制和误差补偿准确测出真实的畜禽饲料的质量[６]
应变压力称重传感器与秤体组成的称重部分可以等效为一个弹簧和阻尼器称重系统可以近似为一个二阶系统根据动力学分析建立这个称重部分的数学模型[７]如图３所示

图３动态称重系统模型

图４为动态称重系统误差补偿原理图它的工作原理是:在一次称重时间段内畜禽饲料下落到称重容器中的质量不断增加式(１)模型随Ｍ(ｔ)改变而不断改变它的极点保证该动态称重系统始终处于最佳的二阶系统需要加入动态补偿环节Ｈ(ｓ)不断调整系统模型的零点从而达到快速准确测得物体质量的目的[８]图中:Ｇ１(ｋ)为称重系统补偿前质量Ｕ(ｋ)为动态补偿前的电压值ϕ(ｓ)为称重系统补偿前的传递函数Ｕ１(ｋ)为动态补偿后的电压值ｈ为比例系数ａ０ａ１ａ２ｂ１ｂ２为补偿环节Ｈ(ｓ)做双线性变换的各个系数。

图４动态称重系统误差补偿原理
３    动态称重的试验研究
３.１材料与仪器
试验原料为畜禽饲料(颗粒状)取自江西省联大科技有限公司试验前将取回的畜禽饲料放置在干燥的地方保存
图５为搭建的动态称重系统试验平台

图５动态称重系统试验平台
图６为动态称重试验平台的原理图:畜禽饲料落在料盘上称重传感器将电压信号经过信号放大器和Ａ/Ｄ转换将电压信号转换成数字信号传输给ＰＬＣ控制器控制下料口的开合[８]

图６动态称重试验平台基本原理图
动态称重系统试验平台用到的设备见表１

３.２    试验方法

进行３００次４０００ｇ畜禽饲料称重试验在３９９２~４００８ｇ区间中进行等区间划分并统计落在各区间中的次数利用Ｏｒｉｇｉｎ８.５软件处理试验所得数据绘制出如图８所示的关系曲线分析图８可知３００次畜禽饲料称重试验值与在各区间内的次数统计符合一定程度的正态分布用ＭＡＴ￣ＬＡＢＲ２０１２ｂ软件进行高斯方程拟合得出的ＧａｕｓｓＡｍｐ函数关系式为:
ｙ＝－４２.４２＋５２.９２ｅｘｐ[－０.５(ｘ－３９９９.８５)２]

本试验分别称取质量为３０００４０００５０００ｇ的畜禽饲料进行３００次试验并记录测量结果对测量结果进行等区间划分统计称重结果落在各区间的次数利用Ｏｒｉｇｉｎ８.５、ＭＡＴＬＡＢＲ２０１２ｂ及Ｅｘ￣ｃｅｌ２０１０软件对试验结果进行数据分析与处理
４    结果与分析
１)３０００ｇ畜禽饲料
进行３００次３０００ｇ畜禽饲料称重试验在２９９４~３００６ｇ区间中进行等区间划分并统计落在各个区间中的次数利用Ｏｒｉｇｉｎ８.５软件处理试验所得数据绘制出如图７所示的关系曲线横坐标表示试验所得的畜禽饲料的质量纵坐标表示试验中测量结果落在各个区间内的次数分析图７

 图７３０００ｇ测量值次数拟合曲线 

以上可知将该动态定量称重系统应用于饲料生产中可有效提高畜禽饲料称重速度、缩短称重时间、提高称重合格率。
 

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