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通常,散狀物料出廠時需進(jìn)行定量包裝,即將大宗散料以重量或體積為單位分成重量相同的個體,以利于貯藏、運輸和使用。特別是食品,包裝后還可避免其在銷售過程中被污染和變質(zhì)。
散料在定量時,可根據(jù)物料的形狀和種類、對包裝規(guī)格、包裝精度、包裝速度等的要求選用與之相適應(yīng)的包裝設(shè)備,按定量原理可將粉粒式包裝機分為稱重式及定容式二大類。一般來講,同等價格的包裝機,定容式比稱重式包裝速度快,但精度稍差,且對物料有一定要求。
稱重式包裝機具有定量精度高、對物料的適應(yīng)性強等特點,但包裝速度偏低卻是阻礙其發(fā)展的主要原因之一,因此,保證稱量精度,提高包裝速度便成為諸多廠家努力的目標(biāo)。
我們知道,為提高速度,稱重式包裝機的下料過程通常為二段式或三段式
其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
Q=∑qiti+δ
其中:Q—實際加料量(千克)
qi—第i段物料流量(千克/小時)
ti—第i段加料時間(小時)
δ—系統(tǒng)誤差(千克)
(以二段式為例)一個加料過程由t1、t2組成。通常在t1時間內(nèi)加入設(shè)定重量的93—98%(稱為快加料)。而在t2時間內(nèi)僅加入設(shè)定量的5—10%(稱為慢加料),時間卻為整個加料周期1/2—2/3。從理論上講我們希望在t1時間段內(nèi)加料量盡可能大,同時又希望t1盡可能小以提高包裝速度。在第二段加料過程中主要指標(biāo)是精度要求,t2取決于q2,而q2取決于精度要求。然而,包裝機的稱量是一個動態(tài)過程,動態(tài)稱量精度與自動定量控制過程密切相關(guān)。包裝機的稱重部分通常由加料部分、秤體部分、控制部分和稱重儀表等單元組成。因此,實際重量與設(shè)定重量的差就是這幾部分產(chǎn)生的誤差(δ)在重量上的綜合反映。我們可能將其分為以下三類:
1.電子稱重誤差
1)稱重傳感器的誤差
2)稱重儀表的誤差
3)秤體重量傳遞的誤差
2.自動控制誤差
1)控制元件響應(yīng)的重復(fù)性
2)執(zhí)行機構(gòu)動作的重復(fù)性
3.外界干擾誤差
1)加料時物料對稱重斗的沖擊
2)物料特性的變化
3)秤體振動的變化
4)其它因素的變化
由于以上多種誤差的作用,使得實際的加料過程特別是由于加料時的沖擊等因素使得在加料量切換時產(chǎn)生振蕩。在整個加料過程中稱重儀表不斷采樣,并把采樣結(jié)果與設(shè)定重量比較,當(dāng)最大振幅值超過設(shè)定值時,稱重儀表便會采到虛假重量值而中止慢加料,結(jié)果導(dǎo)致不合格品的出現(xiàn)。
沖擊產(chǎn)生振動的振幅與物料流量、物料落差及秤體的剛性有關(guān)。由此限制了快加料的物料流量。
在以上三類誤差中,我們可以采取改進(jìn)硬件或采用軟件方法消除或減弱其對稱量精度的影響。實踐證明是行之有效的。
1.合理選用稱重傳感器的形式和精度,采用性能穩(wěn)定的放大器,選用適合于動態(tài)稱量系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器。實驗表明,A/D轉(zhuǎn)換率從10Hz提高到30Hz時,稱重時間可減少25—40%。
2.合理設(shè)計秤體,減少機械摩擦,提高其力的傳遞一致性。據(jù)國外資料介紹,稱重系統(tǒng)引入高頻振動可減少摩擦副的摩擦力,因此可提高系統(tǒng)的靈敏度。
3.縮短并穩(wěn)定控制元件的響應(yīng)時間和執(zhí)行機構(gòu)的動作時間,采用集成元件代替分離元件,減少執(zhí)行機構(gòu)的中間環(huán)節(jié),以電動或氣動執(zhí)行機構(gòu)代替機械機構(gòu)。
4.針對不同的物料采用與之相適應(yīng)的加料裝置及輔助措施,使在加料過程中物料流保持穩(wěn)定和一致。
5.用軟件實現(xiàn)自動零點跟蹤、落差修正。
6.采用反饋修正系統(tǒng)以適應(yīng)物料密度的變化。
7.采用阻尼裝置減小加料時物料的沖擊而引起的振動。
確定合適的快慢加料流量及快慢加料切換點,是提高稱重速度的關(guān)鍵。有人引入極值理論曾推導(dǎo)出快慢加料流量及切換點的數(shù)學(xué)表達(dá)式,但是加料稱重過程的影響因素太多,由于包裝機的加料稱重方式不同、包裝物料不及包裝規(guī)格的不同,這些因素還會發(fā)生變化,況且有些值不易測得。因此,在設(shè)計包裝機時,應(yīng)使快慢加料流量及切換點可自動調(diào)整或人工調(diào)整。
快慢加料流量可按以下經(jīng)驗公式大致確定:
q1≤0.15(M-C-d)f(kg/s)
q2≤εf(kg/s)
式中:M—設(shè)定重量(kg)
C-快慢加料切換點(kg)通常取0.95M
d—稱重儀表的靜態(tài)分度值(kg)
ε—準(zhǔn)確度要求(kg)
f—A/D轉(zhuǎn)換率(Hz)取30
為減小振動對稱重的影響,這里我們引入中斷比較的概念。它是通過軟件來實現(xiàn)的。如圖二示,在快加料結(jié)束后停止采樣,延時一段時間(中斷比較)后再判別是否停止慢加料,以避開快加料的沖擊產(chǎn)生的振動波峰。采取這樣的措施后,可加大快加料段的加料流量q1,從而減小了慢加料的時間t2,不僅可以保證稱量合格率,還可提高稱量速度。中斷的時間可根據(jù)經(jīng)驗確定。
實際加料過程中,在快加料和慢加料停止后還會有一個后續(xù)料流,因此在編程時應(yīng)注意使切換點和停止慢加料有一提前量。

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