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1 引 言

定量包裝機是水泥、 化肥、 石膏粉等廠家必備的包裝設備之一, 目前, 我國中小型生產廠家普遍采用自動化程度低、 包裝精度差、 工人勞動強度大的機械式包裝機進行包裝。包裝時易堵料, 且堵料后排除費時費力, 加上揚塵較嚴重, 直接影響環(huán)境及工人的身體健康。針對以上問題, 開發(fā)稱量精度及自動化程度高、揚塵少的微機控制定量包裝機就非常必要。

2 設計要求及總體方案

包裝機主要用于細顆粒及粉狀物料的標準自封口紙袋的包裝。生產效率: 每嘴 15~ 18 噸/小時; 袋重及精度: 50 + 1 kg,可根據要求在 50kg 以下任意設定, 計量穩(wěn)定, 能自動調整誤差; 除插袋外, 裝包、 稱量、 料門控制、 卸袋全部自動化, 并配置應急、 調整用的手動操作系統(tǒng); 跟蹤顯示袋重, 自動累計裝袋數, 袋重超差報警及斷電保持記憶等功能; 整機安裝高度 H ≤2000mm; 揚塵少, 結構簡單, 易維修, 工作安全可靠, 噪音低。

通過對現有包裝機的結構進行分析, 對中、 小型水泥廠使用的單嘴包裝機, 本文采用兩級剛性葉輪送料, 由兩個電機分別驅動, 每級電機的開停分開控制, 以防機內小料倉堵料。第一級葉輪保證包裝機來料均勻, 由料位計控制電機開停。第二級葉輪保證包裝機生產效率, 由微機控制其開停,采用傳感器稱量。送料閘門采用三位閘門, 保證稱量準確。卸袋由推包機構完成。整機由微機控制, 順序動作。系統(tǒng)的啟動靠插袋時紙袋帶動一擺桿, 使水銀開關轉動角度, 接通電源, 向系統(tǒng)發(fā)出啟動命令。

3 機械系統(tǒng)設計

3. 1 送料系統(tǒng)

標準的自封袋裝料口小, 要滿足每分鐘裝 5~ 6 包(250~ 300kg)的生產效率要求, 必須設法提高輸送速度。

 第一級送料是為了保證包裝機來料充分、 均勻、采用剛性葉輪送料機構。由于粉狀物料的內摩擦增加, 將使側向壓力顯著降低, 即對豎直壁上的分布由較寬的三角形向較窄的非三角形分布變化, 如圖 2。為防止兩級送料之間機內料倉發(fā)生堵料, 控制機內物料量, 在機內料倉中裝有薄膜式料位計, 當料倉中物料低于某一高度時( 料位計的壓力減少到某設定值), 料位計接通第一級葉輪送料。當料倉中物料高于某一高度時, 料位計關閉, 停止送料。為防止物料對料位計的沖擊而發(fā)生誤動作, 料位計用鋼板加以防護。
 

第二級主送料機構, 為保證生產率、 送料均勻, 也用葉輪送料, 只是速度較快。葉輪軸分為立置和臥置兩種,立置葉輪不易堵料, 且葉輪磨損后易更換和維修。為防止出料嘴處發(fā)生堵料, 每裝一袋, 主電機開停一次。第二級剛性葉輪送料到出料口的距離應盡可能短, 并且盡可能使送料口到出料口之間的距離 L 與管徑 d 之比接近于庫侖滑移平面與水平面之間夾角正切的兩倍。實際結構上可考慮出料嘴要有一定的傾斜, 以便出料。一般與水平成 10b~ 15b為好, 太大會影響插袋。
 

密封是送料機構中必須注意的問題, 在主送料機構中軸承的密封采用了迷宮式、 填料及 J 型骨架密封圈組合密封,防止灰粉進入軸承。在電機上方裝有打灰葉輪, 防止灰塵堆淤在電動機上。

3. 2 稱重架

稱重架上裝有料嘴、 壓包機構、 托包架、 推包機構、 稱重傳感器及控制開關等, 承擔起袋重及稱量。

在料嘴的上方裝有壓包塊, 插袋時壓包塊順時針轉動, 袋插入料嘴, 逆時針則自鎖, 防止在灌裝過程中倒袋。插袋時靠紙袋撥動一擺桿, 帶動水銀開關動作, 實現系統(tǒng)的啟動。當袋重達到設定重量時, 系統(tǒng)控制閘門機構, 出料嘴關閉。同時接通推包液壓推桿, 機構帶動壓包塊順時針轉動壓包架, 推包架順時針轉動推包架。掉袋時彈簧使水銀開關復位。托包架主要起托包作用, 可順時針轉動, 以便卸包, 并可在垂直方向調整高度以適應袋長要求。托包架支點稍偏, 以減小推包力。
 

稱重架在工作中需和整機機架軟連接, 防止稱重架左右擺動, 可用四個一定寬度的彈性薄鋼片把稱重架和整機機架軟相連, 彈性薄鋼片在垂直方向剛度很小, 而在水平方向剛性較大。也可用四個寬鉸支聯接。

出料嘴和第二級送料口的聯接可用橡膠軟管聯接, 這種聯接沒有跑灰。也可用兩法蘭面對接, 中間加泡沫塑料防止跑灰。

推包執(zhí)行元件的選擇: 推包執(zhí)行元件可以采用電磁鐵、氣壓缸、 液壓缸及電動液壓推桿等。由于灰塵的影響, 電磁鐵工作易出現故障, 且調整麻煩, 在機械式包裝機中較多使用, 氣壓缸和液壓缸是比較理想的執(zhí)行元件, 但需要壓縮空氣及液壓系統(tǒng), 增加設備投資, 壓縮空氣會使灰塵揚起, 使氣壓、 液壓元件的維護保養(yǎng)比較困難, 在大型回轉包裝機中有采用。本機采用電動液壓推桿, 價格便宜, 使用維護方便, 作為小型包裝機的推包元件是比較理想的。

3. 3 送料閘門機構

送料閘門可用橫向或豎向閘板。 由于物料中會混有硬顆料, 橫向抽動, 閘板易卡死, 故以垂直抽動閘板為好。閘板可以用電磁鐵、 氣缸、 液壓缸或電動液壓推桿來抽動。如上所述, 以電動液壓推桿作為執(zhí)行元件較好。機構如圖 6, 工作過程為: 大、 小液壓推桿得電, 閘門全開; 大液壓推桿失電,小液壓推桿使閘門微開, 可通過螺旋調整開關量大小; 大、 小液壓推桿都失電, 閘門全閉。

3. 4 包裝機的防塵

防塵貫穿于各個環(huán)節(jié)之中, 閘門、 第二級葉輪送料口和出料嘴的連接處的防塵如上所述。紙袋入口處和揚起的粉塵由收塵器來收塵, 在包裝機的側面留有吸塵口。

4 控制系統(tǒng)設計

本機采用微機對系統(tǒng)進行控制, 實現以上要求, 所有參數以人機對話的方式設定。以 MCS 系統(tǒng)單片微機為主芯片, 并配備外部 ROM、 信號放大電路、 可編程I/O 口及擴展、 A/D 轉換器等。強電部分采用了固態(tài)繼電器 SSR、 實現執(zhí)行元件的頻繁通斷。此繼電器開關速度快、 工作頻率高、 體積小、 重量輕、 壽命長、無機械噪聲、 工作可靠、 耐沖, 其輸入控制端與輸出端用光電耦合器隔離, 所需控制電壓低、 電流小, 非常容易與單片機控制輸出接口。另外此繼電器用在有腐蝕、 灰塵大和有振動的場合獨具優(yōu)越性。由于電機頻繁啟動, 為防止電機過熱, 電路中裝有熱繼電器, 對電機起過熱保護作用。

工作原理為拉力傳感器不斷地將水泥重量轉換成微弱的模擬電壓 , 再由放大電路將其放大并濾除其中的噪聲干擾成份, 然后經 A/D 變換器將電模擬量變換成數字量。單片機是系統(tǒng)的數據處理、 存貯和指揮中心, 其核心部分為CPU, 它在軟件的支持下對經過 A/D 變換的秤重數據進行運算和處理, 對整機進行控制。

與單片機相連的外部設備  － 鍵盤和顯示器是實現人機對話的媒介, 可以通過鍵盤實現“ 置零”、 “啟動”、 “標定”、 “ 設參”等操作。

在稱重架上還裝有與“ 啟/停”鍵作用相同的急停開關,當發(fā)生如紙袋脫落等突發(fā)性事故時, 可按此開關急停, 微機從裝袋狀態(tài)下迅速退出。

整個系統(tǒng)還配置了“ 手動/ 自動”的開關, “ 自動”狀態(tài)執(zhí)行控制工作循環(huán)。“手動”狀態(tài)用于整機調試, 檢查主電機和電動液壓推桿的工作情況。

5 結束語

微機控制單嘴水泥定量包裝機生產效率高, 除人工插袋外, 系統(tǒng)啟動、 裝袋、 稱量、 料門控制、 累計裝袋數、 卸袋全部實現自動化, 袋重可在 50kg 以下任意設定, 變速送料使稱量更準確, 并且避免了開機不裝包時機內發(fā)生堵料的情況, 整機安裝高度低。作為機械式包裝機的更新換代產品, 特別適應于中、 小型水泥廠使用或老式包裝機改造。

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