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飼料行業(yè)是現(xiàn)代畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)同時(shí)它還連接著種植業(yè)是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)目前飼料的生產(chǎn)和包裝基本上都是機(jī)械化作業(yè)包裝秤是飼料生產(chǎn)線上的重要設(shè)備之一我國定量包裝設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)以小規(guī)模為主其中產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研究、開發(fā)環(huán)節(jié)薄弱長期處于一種生產(chǎn)力和技術(shù)水平都較低的狀態(tài)大部分企業(yè)目前仍處于互相照搬、照抄國內(nèi)外技術(shù)以此降低生產(chǎn)成本的原始階段[１]現(xiàn)有市場(chǎng)上的定量包裝秤存在包裝速度慢、定量精度不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率較低等問題[２]而包裝生產(chǎn)線上包裝稱重的快速性與精確性卻是兩個(gè)非常重要的指標(biāo)由此可知為了滿足客戶的要求必須提高定量包裝的精度[３]
１    自動(dòng)定量包裝秤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)定量包裝秤(如圖１所示)是由封閉式螺旋輸送系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)定量稱重系統(tǒng)和ＰＬＣ自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成的封閉式螺旋輸送系統(tǒng)可以防止飼料的氣味飄散、灰塵飛揚(yáng)并能控制輸送飼料的量動(dòng)態(tài)定量稱重系統(tǒng)由給料斗、稱重容器、稱重傳感器、雙層下料機(jī)構(gòu)、放大電路、計(jì)算機(jī)等組成自動(dòng)定量包裝秤設(shè)計(jì)指標(biāo):１)顆粒料加料速度為５~８包/ｍｉｎ２)稱重精度高于０.２％
自動(dòng)定量包裝秤的工作流程:當(dāng)自動(dòng)定量包裝秤進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)后封閉式螺旋輸送系統(tǒng)開始給動(dòng)態(tài)定量稱重系統(tǒng)輸送物料(該動(dòng)態(tài)定量稱重

１—夾袋搖臂２—氣缸３—夾袋斗體４—下法蘭５—稱重傳感器６—稱重容器７—上法蘭８—雙向閥門９—給料斗１０—出料口１１—滾珠絲杠１２—伺服電機(jī)１３—上框架１４—下框架１５—電控柜１６—螺旋軸１７—料槽
圖１自動(dòng)定量包裝秤整體結(jié)構(gòu)示意圖
系統(tǒng)有快、中、慢三級(jí)給料方式)當(dāng)物料質(zhì)量達(dá)到設(shè)定值時(shí)關(guān)閉給料閥門完成動(dòng)態(tài)定量稱重系統(tǒng)控制夾袋斗體夾緊物料袋進(jìn)行卸料卸料后夾袋斗體松開物料袋物料袋自動(dòng)落下輸送到下一個(gè)工位系統(tǒng)以此流程循環(huán)工作[４]
自動(dòng)包裝秤的動(dòng)態(tài)定量稱重系統(tǒng)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)如圖２所示自動(dòng)定量包裝秤的雙層下料機(jī)構(gòu)由支架、擋板座、多孔式下料擋板、延時(shí)下料擋板、多孔式下料擋板驅(qū)動(dòng)部件、延時(shí)下料擋板驅(qū)動(dòng)部件和控制器組成該結(jié)構(gòu)采用多孔式下料擋板控制給料斗實(shí)現(xiàn)快、中、慢三級(jí)下料并有延時(shí)下料擋板實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)從而在動(dòng)態(tài)快速稱重過程中保證稱重的精確度。

１—多孔式下料擋板２—擋板座３—絲杠４—絲杠螺母５—支架６—絲杠工作臺(tái)７—推桿８—限位開關(guān)９—限位開關(guān)安裝板
圖２自動(dòng)定量包裝秤的雙層下料機(jī)構(gòu)
自動(dòng)定量包裝秤的雙層下料機(jī)構(gòu)的工作流程:當(dāng)系統(tǒng)處于粗下料階段時(shí)多孔式下料擋板和延時(shí)下料擋板完全打開當(dāng)系統(tǒng)處于精下料階段時(shí)控制器控制多孔式下料擋板勻速關(guān)閉實(shí)現(xiàn)初步精下料再控制延時(shí)下料擋板勻速對(duì)多孔式下料擋板進(jìn)行關(guān)閉實(shí)現(xiàn)再次精下料從而實(shí)現(xiàn)快速精確定量如此設(shè)定不僅提高了定量包裝的精準(zhǔn)度還提高了生產(chǎn)效率當(dāng)機(jī)器發(fā)生故障時(shí)應(yīng)通過控制器控制延時(shí)下料擋板實(shí)現(xiàn)應(yīng)急封閉下料口
２建立動(dòng)態(tài)稱重模型
動(dòng)態(tài)定量稱重過程中有著各種各樣的因素影響著稱重的精度:稱重測(cè)量系統(tǒng)的欠阻尼振蕩、物料下落時(shí)對(duì)測(cè)量容器的沖擊力和測(cè)量時(shí)傳感器的響應(yīng)靈敏性等等[５]
動(dòng)態(tài)定量稱重系統(tǒng)的工作原理:首先輸入畜禽飼料的定量包裝質(zhì)量Ｗ設(shè)然后將這個(gè)設(shè)定值與系統(tǒng)測(cè)出的質(zhì)量值Ｗ測(cè)相比得到系統(tǒng)偏差值Ｗｄ＝Ｗ設(shè)－Ｗ測(cè)通過半閉環(huán)控制和誤差補(bǔ)償準(zhǔn)確測(cè)出真實(shí)的畜禽飼料的質(zhì)量[６]
應(yīng)變壓力稱重傳感器與秤體組成的稱重部分可以等效為一個(gè)彈簧和阻尼器稱重系統(tǒng)可以近似為一個(gè)二階系統(tǒng)根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析建立這個(gè)稱重部分的數(shù)學(xué)模型[７]如圖３所示

圖３動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)模型

圖４為動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)誤差補(bǔ)償原理圖它的工作原理是:在一次稱重時(shí)間段內(nèi)畜禽飼料下落到稱重容器中的質(zhì)量不斷增加式(１)模型隨Ｍ(ｔ)改變而不斷改變它的極點(diǎn)保證該動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)始終處于最佳的二階系統(tǒng)需要加入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)Ｈ(ｓ)不斷調(diào)整系統(tǒng)模型的零點(diǎn)從而達(dá)到快速準(zhǔn)確測(cè)得物體質(zhì)量的目的[８]圖中:Ｇ１(ｋ)為稱重系統(tǒng)補(bǔ)償前質(zhì)量Ｕ(ｋ)為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償前的電壓值?(ｓ)為稱重系統(tǒng)補(bǔ)償前的傳遞函數(shù)Ｕ１(ｋ)為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償后的電壓值ｈ為比例系數(shù)ａ０ａ１ａ２ｂ１ｂ２為補(bǔ)償環(huán)節(jié)Ｈ(ｓ)做雙線性變換的各個(gè)系數(shù)。

圖４動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)誤差補(bǔ)償原理
３    動(dòng)態(tài)稱重的試驗(yàn)研究
３.１材料與儀器
試驗(yàn)原料為畜禽飼料(顆粒狀)取自江西省聯(lián)大科技有限公司試驗(yàn)前將取回的畜禽飼料放置在干燥的地方保存
圖５為搭建的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)

圖５動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)
圖６為動(dòng)態(tài)稱重試驗(yàn)平臺(tái)的原理圖:畜禽飼料落在料盤上稱重傳感器將電壓信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大器和Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸給ＰＬＣ控制器控制下料口的開合[８]

圖６動(dòng)態(tài)稱重試驗(yàn)平臺(tái)基本原理圖
動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)用到的設(shè)備見表１

３.２    試驗(yàn)方法

進(jìn)行３００次４０００ｇ畜禽飼料稱重試驗(yàn)在３９９２~４００８ｇ區(qū)間中進(jìn)行等區(qū)間劃分并統(tǒng)計(jì)落在各區(qū)間中的次數(shù)利用Ｏｒｉｇｉｎ８.５軟件處理試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)繪制出如圖８所示的關(guān)系曲線分析圖８可知３００次畜禽飼料稱重試驗(yàn)值與在各區(qū)間內(nèi)的次數(shù)統(tǒng)計(jì)符合一定程度的正態(tài)分布用ＭＡＴ￣ＬＡＢＲ２０１２ｂ軟件進(jìn)行高斯方程擬合得出的ＧａｕｓｓＡｍｐ函數(shù)關(guān)系式為:
ｙ＝－４２.４２＋５２.９２ｅｘｐ[－０.５(ｘ－３９９９.８５)２]

本試驗(yàn)分別稱取質(zhì)量為３０００４０００５０００ｇ的畜禽飼料進(jìn)行３００次試驗(yàn)并記錄測(cè)量結(jié)果對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行等區(qū)間劃分統(tǒng)計(jì)稱重結(jié)果落在各區(qū)間的次數(shù)利用Ｏｒｉｇｉｎ８.５、ＭＡＴＬＡＢＲ２０１２ｂ及Ｅｘ￣ｃｅｌ２０１０軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理
４    結(jié)果與分析
１)３０００ｇ畜禽飼料
進(jìn)行３００次３０００ｇ畜禽飼料稱重試驗(yàn)在２９９４~３００６ｇ區(qū)間中進(jìn)行等區(qū)間劃分并統(tǒng)計(jì)落在各個(gè)區(qū)間中的次數(shù)利用Ｏｒｉｇｉｎ８.５軟件處理試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)繪制出如圖７所示的關(guān)系曲線橫坐標(biāo)表示試驗(yàn)所得的畜禽飼料的質(zhì)量縱坐標(biāo)表示試驗(yàn)中測(cè)量結(jié)果落在各個(gè)區(qū)間內(nèi)的次數(shù)分析圖７

 圖７３０００ｇ測(cè)量值次數(shù)擬合曲線 

以上可知將該動(dòng)態(tài)定量稱重系統(tǒng)應(yīng)用于飼料生產(chǎn)中可有效提高畜禽飼料稱重速度、縮短稱重時(shí)間、提高稱重合格率。
 

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