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青海省是資源大省，各種礦產(chǎn)資源的開采和利用應(yīng)該成為青海省經(jīng)濟發(fā)展的強大后盾。在各類礦產(chǎn)資源中鹽湖資源占有舉足輕重的地位，有資料表明，青海省鹽湖資源的遠景儲量和查明儲量均居全國之首。青海省已經(jīng)探明的鹽湖數(shù)達23個,其查明儲量為5330000萬t0除了交通運輸能力、地理原因外，一個制約青海省資源合理開采利用的重要原因就是生產(chǎn)企業(yè)的實際生產(chǎn)設(shè)備相對落后。對于青海省鹽業(yè)生產(chǎn)企業(yè)來說，工業(yè)原鹽的包裝計量一直是制約原鹽生產(chǎn)的“瓶頸”之一，這一問題長期未能得到解決。
原鹽的計量包裝之所以成為一個行業(yè)內(nèi)的難題是和原鹽的物理、化學(xué)特性分不開的。從鹽湖采挖出的原鹽顆粒度極不均勻、含水率較高,即使經(jīng)過堆坨蒸發(fā)處理后還是極易板結(jié)成塊，這樣在鹽坨表面形成一層厚約20cm~30cm的鹽蓋，鹽蓋的形成減弱了鹽坨的蒸發(fā)效果，致使原鹽含水率依然較大，易板結(jié)的特性使鹽坨內(nèi)的原鹽再次板結(jié)成塊,顆粒度依然不均勻。另外，鹽對機械設(shè)備的腐蝕性極強。這些都給原鹽計量包裝設(shè)備的設(shè)計增加了難度。原鹽的這些特性對于機械秤、電子秤的準確計量都造成了不利影響。具體表現(xiàn):顆粒度變化較大使原鹽進入計量裝置時的落料沖擊不均勻，造成計量裝置工作不穩(wěn)定或生產(chǎn)效率低;含水率大使原鹽易粘結(jié)在計量容器中，造成計量后誤差;腐蝕性強影響計量設(shè)備中機械裝置及電子元件的正常工作。
因此，目前國內(nèi)包裝秤(包括電子秤)不能完全適用于原鹽計量包裝的主要原因。
1舊式杠桿包裝秤的設(shè)計和使用
20世紀70年代，由北京輕工業(yè)設(shè)計院設(shè)計的杠桿式自動包裝秤在內(nèi)蒙古自治區(qū)及青海省的一些主要鹽業(yè)生產(chǎn)廠家中投入使用。該秤設(shè)計的有效計量斤數(shù)為100kg,設(shè)計為全機械結(jié)構(gòu),實際生產(chǎn)效率較高，計量誤差基本能滿足當時的鐵路運輸及行業(yè)標準。其計量部分的結(jié)構(gòu)如圖1。

1_計量杠桿;2—料斗;3-料斗支承;4-杠桿支承;5-滾輪;6-壓板組合；7一秤體；8-翻料斗滾輪;9-翻料斗翻料斗支承；11-擺動架組合

圖1舊式杠桿秤結(jié)構(gòu)簡圖
Fig.1Oldleverscaleschematiediagram
該秤由自流式料倉為其供料，料倉門通過桿件與杠桿的料斗支承相聯(lián)，在料斗計量完成并向下運動時，桿件隨之關(guān)閉料門，停止對料斗的供料。秤體下端有集料斗，工作時,灌包人員手持鹽袋并將其套在集料斗出料口接鹽。
該秤的工作過程如下：當料斗的鹽料達到設(shè)計值時,杠桿左端重量大于右端,則杠桿以杠桿支承為支點發(fā)生逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動過程中杠桿右端將壓板組合(其上可通過增減配重片調(diào)整秤的計量范圍)推開，被推開的壓板組合翻落到其支承架上。杠桿左端料斗繼續(xù)下落，當翻料斗下側(cè)的四個滾輪落到相應(yīng)的滑軌上時,翻料斗被打開，料斗內(nèi)計量好的鹽被釋放，完成一次灌包。料斗內(nèi)的鹽釋放后,杠桿右端的重量大于左端,杠桿繞杠桿支承順時針翻轉(zhuǎn)，當左端落到圖2所示位置時，擺動塊組合被撞擊并推動壓板組合上翻，使之再次加載在杠桿右端，此時，料倉門也在料斗上行過程中逐漸打開并向料斗再次供料，實現(xiàn)第二次計量。
在實際投入生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn),該計量秤存在重復(fù)精度低、噪聲大、調(diào)整頻率高、岀料口處因沒有自動夾袋裝置而使操作人員的勞動強度大等缺點。進入20世紀80年代后，相關(guān)部門提高了對計量包裝的要求，該秤的計量誤差很難達到原鹽使用廠家和鐵路運輸部門的要求，國內(nèi)各鹽業(yè)生產(chǎn)廠家也基本停止了對該秤的使用，而普遍采用生產(chǎn)效率較低的磅秤進行計量包裝。
2電子包裝秤的應(yīng)用與不足
20世紀90年代，在其他計量包裝應(yīng)用領(lǐng)域，如糧食、化肥、飼料、化工等生產(chǎn)企業(yè)，電子計量包裝秤應(yīng)用已較為普遍。這些物料的粒度、濕度相對均勻，流動性也較好，隨著應(yīng)用電子技術(shù)、測試技術(shù)等的不斷進步，計量包裝秤的設(shè)計也進入了電子和微電子時代。電子計量包裝秤的主要工作元件為稱重傳感器,在實際使用中，它具有重復(fù)精度高、自動化程度高等優(yōu)點。但在鹽業(yè)生產(chǎn)企業(yè)里，電子計量包裝秤只得到了有限的應(yīng)用。它們只能應(yīng)用于粒度較細、濕度均勻的精煉鹽及粉洗鹽的生產(chǎn)中，進行原鹽計量包裝時,依然存在計量不穩(wěn)定、故障率高、維護成本高等明顯不足。青海省的幾個鹽業(yè)生產(chǎn)廠家均不同程度地存在電子計量包裝秤因不滿足實際使用要求而閑置廢棄的情況。
3新型杠桿式計量包裝秤的設(shè)計及使用
為滿足青海省鹽業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的實地生產(chǎn)要求，設(shè)計可靠性、穩(wěn)定性更高、操作維護更方便的計量包裝秤勢在必行。為此,有必要對舊式杠桿秤進行科學(xué)分析，找到影響其計量精度及實際使用的真正原因，為新型杠桿秤的研究和開發(fā)提供依據(jù)。
3.1舊式計量包裝秤的不足
(1)杠桿支點的支承精度不高
杠桿作為計量秤的重要部件，支點的支承精度越高，實際的計量誤差就越小。當采用球軸承作為支承零件時,杠桿的實際支承為面接觸，最終造成杠桿的靈敏度不高,影響整個計量包裝秤的計量精度。
(2)供料系統(tǒng)不能實現(xiàn)精確的供料控制
舊式計量包裝秤的供料方式為自流式料倉供料，原鹽的流動性不好，自流狀況受原鹽的粒度、濕度影響較大，因此，這種料倉難以實現(xiàn)向料斗的均勻連續(xù)供料。同時，因自流式料倉門的關(guān)閉動力取自杠桿的下落動作，因此，連接倉門和杠桿的桿件釵接點處摩擦力的變化會影響倉門的準確動作，使倉門的開關(guān)程度并不穩(wěn)定,這樣也會造成供料的不均勻。
(3)壓板組合存在質(zhì)心偏移現(xiàn)象
當杠桿處于計量狀態(tài)時,隨著杠桿左端料斗內(nèi)鹽料的增多,杠桿右端會逐漸上抬，而壓板組合也會發(fā)生輕微轉(zhuǎn)動，壓板組合的質(zhì)心也因此向右移動。壓板組合實際起著稱量瑟碼的作用，秩碼位置的變動勢必造成稱量斤數(shù)的變動。另外,壓板組合內(nèi)軸承的潤滑情況還會影響壓板組合翻轉(zhuǎn)的靈敏度。
(4)操作人員勞動強度大
秤體下端未設(shè)計自動夾袋裝置,計量好的鹽料在料斗翻料板打開后因自重下落到操作人員手持的鹽袋中，使操作人員的勞動強度過大。
(5)秤的可操作性不強
因計量杠桿的體積較大,在對計量裝置進行調(diào)整時，只有通過增減壓板組合上的秩碼片重量來實現(xiàn)。更為不利的是，這種秤一個工作循環(huán)完成后，下一個緊跟著自動開始，操作人員只有全力配合機械設(shè)備,從而形成“機械操作人”的緊張工作狀態(tài)。3.2新型計量包裝秤的設(shè)計和使用
在深入分析和研究舊式杠桿秤所存在的種種影響計量精度及操作性的內(nèi)在機理后，提出如下新的設(shè)計案。
3.2.1供料系統(tǒng)的設(shè)計
對于計量包裝秤來說，連續(xù)均勻地供料并對供料實現(xiàn)準確的控制是實現(xiàn)原鹽計量的起點。自流式料倉供料時，因料倉底板與水平面所構(gòu)成的夾角大于鹽料的安歇角(N40。)，鹽料在自重下可以順出料口流出，完成對計量斗的供料。但實際生產(chǎn)中，鹽料的粒度、濕度不同,流動性也不同，因此，自流式的料倉很難實現(xiàn)連續(xù)均勻供料。國內(nèi)類似設(shè)備中還有皮帶機供料、電磁震動式供料和螺旋輸送機供料三種方式。皮帶機供料方式適用于物理狀態(tài)較穩(wěn)定的粉狀物料,電磁震動式供料適用于流動性好的物料，這兩種方式均無法滿足原料的實際工況。螺旋輸送器供料應(yīng)用于原鹽的計量包裝較為理想。因為，實體面型螺旋葉片不但能實現(xiàn)連續(xù)均勻的供料，同時還可以通過螺旋對鹽料的擠壓使輸出的鹽料粒度趨向均勻。
因此，供料系統(tǒng)采用螺旋輸送器供料。為實現(xiàn)對供料的精確控制，螺旋軸驅(qū)動電機的合理選配非常重要。因為，計量包裝秤應(yīng)達到一定的生產(chǎn)率，螺旋軸轉(zhuǎn)速越快，供料速度就越快，生產(chǎn)效率就越高。但轉(zhuǎn)速高，螺旋軸的慣性越大，當計量部分已經(jīng)達到標準重量時，螺旋軸在慣性作用下的轉(zhuǎn)動則會造成計量后誤差。慣性的大小隨螺旋輸送器內(nèi)鹽料的粒度、濕度以及螺旋葉片相對出料口的位置等的變化而變化。因此,在計量包裝秤中應(yīng)用的電動機應(yīng)有良好的制動性能，最終選擇錐形制動電機作為新型計量包裝秤的動力。
螺旋軸的設(shè)計轉(zhuǎn)速、螺旋軸節(jié)距和直徑等幾何尺寸的合理確定也是螺旋輸送器設(shè)計中的重中之重。螺旋軸葉片的直徑越大、節(jié)距越長，一個節(jié)距螺旋內(nèi)所存的鹽料就越多，鹽的慣性就越大，同時，螺旋輸送器內(nèi)螺旋軸葉片與出料口構(gòu)成空間的隨機變化也越大。這兩個原因就會造成計量完成后,因供料未完全終止而引起的計量后誤差變化范圍過大。螺旋軸葉片直徑過小、節(jié)距過小，螺旋輸送器的輸送能力變小，計量秤的生產(chǎn)率偏低。此外，節(jié)距過小，會導(dǎo)致螺旋供料器對物料的適應(yīng)性變差，“吃粗糧”的能力降低。因此，合理確定螺旋軸葉片的直徑和節(jié)距可以有效的消除計量包裝秤的計量后誤差。另外,螺旋軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)在滿足實際生產(chǎn)效率的前提下盡可能的降低，因為,螺旋軸轉(zhuǎn)速過高時,螺旋葉片切線速度過高,進料口的鹽料因葉片的高速拋摔使螺旋輸送器內(nèi)容納的鹽料減少而影響實際進料速度。
3.2.2計量裝置的設(shè)計
計量裝置是杠桿秤設(shè)計的核心部分，它主要由計量和翻料兩部分構(gòu)成。計量杠桿是主要的工作部件之一，若杠桿的體積過大，整個計量秤的體積也大，造成實際的使用和維護工作較為不便。因此，在新型杠桿式計量包裝秤設(shè)計中合理地確定計量杠桿的結(jié)構(gòu)、尺寸、杠桿比、支承方式等是計量裝置設(shè)計的重心。翻料斗的合理設(shè)計是新型杠桿式計量包裝秤的難點之一，因為，翻料斗聯(lián)接在計量杠桿上,若引進動力驅(qū)動裝置實現(xiàn)計量后的放料，會造成計量裝置的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，降低計量裝置工作的可靠性。而釆用如下結(jié)構(gòu)就可以簡便有效地完成計量后的自動放料和回位。
圖2為新型杠桿秤計量裝置的基本結(jié)構(gòu)圖。整個計量裝置由對稱放置于杠桿左端的兩個支承刀口支承于秤體的刀架上，杠桿支承刀口左端有可調(diào)整杠桿水平的兩個調(diào)整螺釘限位，調(diào)整螺釘位于秤體上,正對著杠桿支承的豎直中心，計量斗內(nèi)無鹽時，因杠桿支承刀口右端重量大于左端,但由兩個限位螺釘限位,杠桿處于水平位置。當計量斗上端的螺旋輸送器向其供料時，若計量杠桿支承刀口左端重量稍大于右端，則杠桿開始以支承刀口為中心發(fā)生逆時針轉(zhuǎn)動,而杠桿最右端的上部裝有行程開關(guān),杠桿的微動觸動行程開關(guān)，行程開關(guān)的動做切斷了螺旋輸送器的電源,螺旋輸送器停止工作，一次計量完成。為保護行程開關(guān)不受杠桿右端的過度擠壓，杠桿右端設(shè)有限位塊,行程開關(guān)被觸發(fā)后由限位塊承受杠桿右端的壓力。

1-計量斗；2-翻料斗支承;3-電磁鐵;4-翻料斗；5-杠桿；6-硃碼;7-游碼；8-支承刀口；9-杠桿支承

圖2新型杠桿秤三維結(jié)構(gòu)圖
Fig.2Three-dimensionalstructureofnewleverscale
下端翻料部分是由兩個對開的翻料斗、電磁鐵和翻料斗支承等組成。翻料斗的支承中心平行于電磁鐵的吸合平面,并通過翻料斗的質(zhì)心，這樣，兩個對開的翻料斗在自然狀態(tài)下處于圖3所示位置。計量秤啟動后，翻料斗兩側(cè)的兩對電磁鐵吸合,吸合力大于計量斗滿斗時鹽料對翻料斗的側(cè)壓力。翻料斗側(cè)板與水平方向所成夾角大于鹽的安息角，以保證電磁鐵斷電后，計量斗的鹽料在自重下可以全部迅速下落到下端的集料斗內(nèi)實現(xiàn)灌包。鹽料放完后，翻料斗在重力作用下自動回位到初始位置，此時，電磁鐵已處于加電狀態(tài)，待翻料斗自行回位到初始位置后，電磁鐵再次吸合。
在設(shè)計計量杠桿時,杠桿比(杠桿支承刀口左端和右端臂長之比)的確定需考慮以下幾項內(nèi)容：
(1)杠桿右端的杠桿臂應(yīng)有足夠的強度和剛度,本設(shè)計方案中杠桿臂的截面形狀為“T”形；
(2)杠桿比過大,杠桿支承刀口右端的長度過長，對杠桿臂的強度、剛度要求高,也使杠桿左端的兩個調(diào)整螺釘受力過大,使用壽命縮短；
(3)杠桿比與杠桿兩端的實際重量比應(yīng)合理匹配，以使瑟碼的重量和體積不至于太大；
(4)根據(jù)杠桿比，合理分配秩碼和游碼的重量，以使計量秤的調(diào)整范圍略高于標準計量范圍(定量秤的稱量范圍)，以適應(yīng)原鹽的物理特性。
計量斗與計量杠桿的釵接可以很好地解決供料不均勻時計量斗內(nèi)鹽料的質(zhì)心和形心不重合的問題。對于計量杠桿來說，計量斗內(nèi)如果發(fā)生質(zhì)心與形心不重合現(xiàn)象時,相當于計量杠桿左端鹽料重心在水平方向上發(fā)生了偏移，這種因供料不均造成鹽料質(zhì)心的偏移將極大地影響計量精度。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)保證杠桿支承內(nèi)軸承的合理配合尺寸，過盈量大，軸承的轉(zhuǎn)動阻力矩就大。這一原則也適用于翻料斗餃接的設(shè)計。翻料斗設(shè)計中，翻料斗的側(cè)板與水平方向所成夾角過大，雖然能使落料速度加快，但翻料斗豎直方向尺寸也增大,整個秤體的高度隨之增高。翻料斗支承在豎直方向上的延長線必需通過翻料斗的質(zhì)心，并且翻料斗的支承點與其質(zhì)心的連線應(yīng)與電磁鐵的吸合面平行。質(zhì)心的計算中應(yīng)包括電磁鐵的重量和位置。這樣，即能保證翻料斗放料后的回位，同時，也能減輕對開式翻料斗回位后相互撞擊的噪聲。
3.2.3夾袋裝置的設(shè)計
夾袋裝置在國內(nèi)各種包裝秤中應(yīng)用已比較普遍，主要有機械式和氣動式兩類。氣動式夾袋裝置的動力為雙作用氣缸，因此，整個氣路環(huán)節(jié)中的零部件較多，各類控制閥及密封件在原鹽生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)故障率較高,維護成本也高，機械式夾袋裝置更能滿足實際的生產(chǎn)要求。設(shè)計中可利用機械裝置的自鎖來實現(xiàn)夾袋。設(shè)計原理如圖3。
驅(qū)動盤的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)驅(qū)動桿、限位板等的共同作用轉(zhuǎn)化為驅(qū)動桿的上下運動，當驅(qū)動桿轉(zhuǎn)動到圖示位置時，夾袋杠桿運動到死點位置，因與驅(qū)動盤聯(lián)接的蝸輪減速器減速比較大，其反向阻力矩也大，由此,夾袋杠桿被鎖死在圖示位置，夾袋杠桿下端的橡膠板將鹽袋夾死在集料斗的出料口處，實現(xiàn)灌包時的夾持。松袋時，驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)，驅(qū)動桿向下運動，則鹽袋被釋放。
夾袋裝置的設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際所需要的套袋間隙反算出驅(qū)動盤的最大行程。行程過小，松袋后的間隙太小，操作人員套袋困難。行程過大，整個夾袋裝置的體積隨之增大，并且夾袋裝置的動做時間相應(yīng)延長。

1橡膠塊;2-夾袋杠桿;3-中間支承;4-餃接銷;5-接桿;6-限位夾板;7-驅(qū)動桿;8-驅(qū)動軸；9-驅(qū)動盤；10-集料斗

圖3夾袋裝置原理圖
Fig.3Folderbagdeviceschematicdiagrm
在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，餃接部分可采用軸套式滑動軸承，以減小皎接部分的幾何尺寸;橡膠板與夾袋杠桿的聯(lián)接方式應(yīng)以拆卸方便為原則。
3.2.4電器控制系統(tǒng)的設(shè)計
電器控制系統(tǒng)將三個主要工作部分聯(lián)系起來，構(gòu)成了一個完整的計量包裝秤的工作流程?；究刂屏鞒虉D如圖4。

圖4控制系統(tǒng)流程圖
Fig.4Controlsystemflowdiagram
控制系統(tǒng)由三個工作循環(huán)構(gòu)成，即螺旋輸送器工作循環(huán)、翻料斗開啟閉合循環(huán)和夾袋松袋循環(huán)構(gòu)成。其中夾袋松袋循環(huán)是由操作人員人為控制的，其他兩個循環(huán)均為自動完成,因此，整個系統(tǒng)的可操作性較強。系統(tǒng)工作開始時，閉合電源開關(guān)后，翻料斗自動吸合，并啟動螺旋輸送器開始供料。當計量杠桿完成計量后，若夾袋部分不動作（不套袋），則計量斗內(nèi)的鹽料因翻料斗的電磁鐵處于吸合狀態(tài)而保持在計量斗內(nèi)。此時，控制螺旋輸送器的行程開關(guān)仍然被計量杠桿右端壓著，螺旋輸送器因此不能起動。當夾袋裝置因套袋而觸動夾袋開關(guān)時，夾袋電機驅(qū)動夾袋杠桿并一直運動到夾緊位置，同時，夾袋限位開關(guān)觸發(fā),使翻料斗電磁鐵斷電,計量斗內(nèi)的鹽料因自重落入其下端的集料斗,并實現(xiàn)灌包。翻料斗放料完成后自動回復(fù)到吸合位置，計量斗的鹽料的釋放使計量杠桿再次回到水平位置，計量杠桿右上端的行程開關(guān)被放開,螺旋輸送器再次被啟動，開始第二次供料。
灌包完成后，鹽包因松袋延時繼電器的延時，仍夾持在集料倉的出口上，延時時間和取袋、套袋的動作時間之和大于螺旋供料器的供料完成時間，因此，在第二次套袋之前,計量斗內(nèi)的第二次供料已經(jīng)結(jié)束，保障了計量包裝秤的灌包效率。
4結(jié)束語
青海省是工業(yè)原鹽的生產(chǎn)大省,湖鹽資源極其豐富，但原鹽的計量包裝一直未能得到很好地解決。內(nèi)地計量包裝設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的計量包裝設(shè)備多以海鹽、井鹽為設(shè)計對象，海鹽和湖鹽在物理特性上的不同在計量包裝上也應(yīng)區(qū)別對待?；谏鲜鲈O(shè)計思路研制的新型杠桿式計量包裝秤已在青海省內(nèi)部分鹽業(yè)生產(chǎn)企業(yè)投入使用。新秤具有計量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、維護保養(yǎng)方便、性價比高等顯著優(yōu)勢，較好地解決了青海省原鹽計量包裝的生產(chǎn)難題。

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