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1引言

定量包裝機(jī)是水泥、化肥、石膏粉等廠(chǎng)家必備的包裝設(shè)備之一,目前,我國(guó)中小型生產(chǎn)廠(chǎng)家普遍采用自動(dòng)化程度低、包裝精度差、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大的機(jī)械式包裝機(jī)進(jìn)行包裝。包裝時(shí)易堵料,且堵料后排除費(fèi)時(shí)費(fèi)力,加上揚(yáng)塵較嚴(yán)重,直接影響環(huán)境及工人的身體健康。針對(duì)以上問(wèn)題,開(kāi)發(fā)稱(chēng)量精度及自動(dòng)化程度高、揚(yáng)塵少的微機(jī)控制定量包裝機(jī)就非常必要。

2設(shè)計(jì)要求及總體方案

包裝機(jī)主要用于細(xì)顆粒及粉狀物料的標(biāo)準(zhǔn)自封口紙袋的包裝。生產(chǎn)效率:每嘴15~18噸/小時(shí);袋重及精度:50+1kg,可根據(jù)要求在50kg以下任意設(shè)定,計(jì)量穩(wěn)定,能自動(dòng)調(diào)整誤差;除插袋外,裝包、稱(chēng)量、料門(mén)控制、卸袋全部自動(dòng)化,并配置應(yīng)急、調(diào)整用的手動(dòng)操作系統(tǒng);跟蹤顯示袋重,自動(dòng)累計(jì)裝袋數(shù),袋重超差報(bào)警及斷電保持記憶等功能;整機(jī)安裝高度H≤2000mm;揚(yáng)塵少,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易維修,工作安全可靠,噪音低。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,對(duì)中、小型水泥廠(chǎng)使用的單嘴包裝機(jī),本文采用兩級(jí)剛性葉輪送料,由兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),每級(jí)電機(jī)的開(kāi)停分開(kāi)控制,以防機(jī)內(nèi)小料倉(cāng)堵料。第一級(jí)葉輪保證包裝機(jī)來(lái)料均勻,由料位計(jì)控制電機(jī)開(kāi)停。第二級(jí)葉輪保證包裝機(jī)生產(chǎn)效率,由微機(jī)控制其開(kāi)停,采用傳感器稱(chēng)量。送料閘門(mén)采用三位閘門(mén),保證稱(chēng)量準(zhǔn)確。卸袋由推包機(jī)構(gòu)完成。整機(jī)由微機(jī)控制,順序動(dòng)作。系統(tǒng)的啟動(dòng)靠插袋時(shí)紙袋帶動(dòng)一擺桿,使水銀開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)角度,接通電源,向系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)命令。

3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1送料系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)的自封袋裝料口小,要滿(mǎn)足每分鐘裝5~6包(250~300kg)的生產(chǎn)效率要求,必須設(shè)法提高輸送速度。

第一級(jí)送料是為了保證包裝機(jī)來(lái)料充分、均勻、采用剛性葉輪送料機(jī)構(gòu)。由于粉狀物料的內(nèi)摩擦增加,將使側(cè)向壓力顯著降低,即對(duì)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(jí)送料之間機(jī)內(nèi)料倉(cāng)發(fā)生堵料,控制機(jī)內(nèi)物料量,在機(jī)內(nèi)料倉(cāng)中裝有薄膜式料位計(jì),當(dāng)料倉(cāng)中物料低于某一高度時(shí)(料位計(jì)的壓力減少到某設(shè)定值),料位計(jì)接通第一級(jí)葉輪送料。當(dāng)料倉(cāng)中物料高于某一高度時(shí),料位計(jì)關(guān)閉,停止送料。為防止物料對(duì)料位計(jì)的沖擊而發(fā)生誤動(dòng)作,料位計(jì)用鋼板加以防護(hù)。

為保證生產(chǎn)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(jī)開(kāi)停一次。第二級(jí)剛性葉輪送料到出料口的距離應(yīng)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(kù)侖滑移平面與水平面之間夾角正切的兩倍。實(shí)際結(jié)構(gòu)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(huì)影響插袋。

密封是送料機(jī)構(gòu)中必須注意的問(wèn)題,在主送料機(jī)構(gòu)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(jìn)入軸承。在電機(jī)上方裝有打灰葉輪,防止灰塵堆淤在電動(dòng)機(jī)上。

3.2稱(chēng)重架

稱(chēng)重架裝有料嘴、壓包機(jī)構(gòu)、托包架、推包機(jī)構(gòu)、稱(chēng)重傳感器及控制開(kāi)關(guān)等,承擔(dān)起袋重及稱(chēng)量。

在料嘴的上方裝有壓包塊,插袋時(shí)壓包塊順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),袋插入料嘴,逆時(shí)針則自鎖,防止在灌裝過(guò)程中倒袋。插袋時(shí)靠紙袋撥動(dòng)一擺桿,帶動(dòng)水銀開(kāi)關(guān)動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)。當(dāng)袋重達(dá)到設(shè)定重量時(shí),系統(tǒng)控制閘門(mén)機(jī)構(gòu),出料嘴關(guān)閉。同時(shí)接通推包液壓推桿,機(jī)構(gòu)帶動(dòng)壓包塊順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)壓包架,推包架順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)推包架。掉袋時(shí)彈簧使水銀開(kāi)關(guān)復(fù)位。托包架主要起托包作用,可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),以便卸包,并可在垂直方向調(diào)整高度以適應(yīng)袋長(zhǎng)要求。托包架支點(diǎn)稍偏,以減小推包力。

稱(chēng)重架在工作中需和整機(jī)機(jī)架軟連接,防止稱(chēng)重架左右擺動(dòng),可用四個(gè)一定寬度的彈性薄鋼片把稱(chēng)重架和整機(jī)機(jī)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(gè)寬鉸支聯(lián)接。

出料嘴和第二級(jí)送料口的聯(lián)接可用橡膠軟管聯(lián)接,這種聯(lián)接沒(méi)有跑灰。也可用兩法蘭面對(duì)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(dòng)液壓推桿等。由于灰塵的影響,電磁鐵工作易出現(xiàn)故障,且調(diào)整麻煩,在機(jī)械式包裝機(jī)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(shè)備投資,壓縮空氣會(huì)使灰塵揚(yáng)起,使氣壓、液壓元件的維護(hù)保養(yǎng)比較困難,在大型回轉(zhuǎn)包裝機(jī)中有采用。本機(jī)采用電動(dòng)液壓推桿,價(jià)格便宜,使用維護(hù)方便,作為小型包裝機(jī)的推包元件是比較理想的。

3.3送料閘門(mén)機(jī)構(gòu)

送料閘門(mén)可用橫向或豎向閘板。由于物料中會(huì)混有硬顆料,橫向抽動(dòng),閘板易卡死,故以垂直抽動(dòng)閘板為好。閘板可以用電磁鐵、氣缸、液壓缸或電動(dòng)液壓推桿來(lái)抽動(dòng)。如上所述,以電動(dòng)液壓推桿作為執(zhí)行元件較好。機(jī)構(gòu)如圖6,工作過(guò)程為:大、小液壓推桿得電,閘門(mén)全開(kāi);大液壓推桿失電,小液壓推桿使閘門(mén)微開(kāi),可通過(guò)螺旋調(diào)整開(kāi)關(guān)量大小;大、小液壓推桿都失電,閘門(mén)全閉。

3.4包裝機(jī)的防塵

防塵貫穿于各個(gè)環(huán)節(jié)之中,閘門(mén)、第二級(jí)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(yáng)起的粉塵由收塵器來(lái)收塵,在包裝機(jī)的側(cè)面留有吸塵口。

4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本機(jī)采用微機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)以上要求,所有參數(shù)以人機(jī)對(duì)話(huà)的方式設(shè)定。以MCS系統(tǒng)單片微機(jī)為主芯片,并配備外部ROM、信號(hào)放大電路、可編程I/O口及擴(kuò)展、A/D轉(zhuǎn)換器等。強(qiáng)電部分采用了固態(tài)繼電器SSR、實(shí)現(xiàn)執(zhí)行元件的頻繁通斷。此繼電器開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、無(wú)機(jī)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(jī)控制輸出接口。另外此繼電器用在有腐蝕、灰塵大和有振動(dòng)的場(chǎng)合獨(dú)具優(yōu)越性。由于電機(jī)頻繁啟動(dòng),為防止電機(jī)過(guò)熱,電路中裝有熱繼電器,對(duì)電機(jī)起過(guò)熱保護(hù)作用。

工作原理為拉力傳感器不斷地將水泥重量轉(zhuǎn)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(jīng)A/D變換器將電模擬量變換成數(shù)字量。單片機(jī)是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(duì)經(jīng)過(guò)A/D變換的秤重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理,對(duì)整機(jī)進(jìn)行控制。

與單片機(jī)相連的外部設(shè)備－鍵盤(pán)和顯示器是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)的媒介,可以通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)“置零”、“啟動(dòng)”、“標(biāo)定”、“設(shè)參”等操作。

在稱(chēng)重架上還裝有與“啟/停”鍵作用相同的急停開(kāi)關(guān),當(dāng)發(fā)生如紙袋脫落等突發(fā)性事故時(shí),可按此開(kāi)關(guān)急停,微機(jī)從裝袋狀態(tài)下迅速退出。

整個(gè)系統(tǒng)還配置了“手動(dòng)/自動(dòng)”的開(kāi)關(guān),“自動(dòng)”狀態(tài)執(zhí)行控制工作循環(huán)。“手動(dòng)”狀態(tài)用于整機(jī)調(diào)試,檢查主電機(jī)和電動(dòng)液壓推桿的工作情況。

5結(jié)束語(yǔ)

微機(jī)控制單嘴水泥定量包裝機(jī)生產(chǎn)效率高,除人工插袋外,系統(tǒng)啟動(dòng)、裝袋、稱(chēng)量、料門(mén)控制、累計(jì)裝袋數(shù)、卸袋全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,袋重可在50kg以下任意設(shè)定,變速送料使稱(chēng)量更準(zhǔn)確,并且避免了開(kāi)機(jī)不裝包時(shí)機(jī)內(nèi)發(fā)生堵料的情況,整機(jī)安裝高度低。作為機(jī)械式包裝機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品,特別適應(yīng)于中、小型水泥廠(chǎng)使用或老式包裝機(jī)改造。

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