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ENGLISH0755-88840386淺談提高土壤調(diào)理劑自動定量包裝機效率的方法
發(fā)布時間：2020-05-14 09:24:07 |來源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
- 引言
隨著人口的增加，集約化種植的發(fā)展，經(jīng)濟作物的重復(fù)種植及掠奪式的種植方式等造成了土壤的偏酸、偏堿、鹽漬化以及板結(jié)等問題[1]，這種土壤退化的現(xiàn)象造成的種植業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為全球性的重大問題，而土壤調(diào)理劑是指加入土壤中用于改善土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)和其生物活性的物料，恢復(fù)土壤物化特性的新型功能性肥料。近些年， 伴隨著我國土壤質(zhì)量退化問題的逐漸嚴(yán)重，土壤調(diào)理劑的作用也得到了越來越多人的關(guān)注。土壤調(diào)理劑這種新型肥料得到各國的大力推廣，現(xiàn)在全國土壤調(diào)理劑的生產(chǎn)廠家已達近百家，產(chǎn)量超過500 多萬噸，應(yīng)用范圍遍布全國各地區(qū)，其產(chǎn)品形態(tài)都是粉劑[2]。作為土壤調(diào)理劑是指利用石灰石、白云巖、膨潤土、泥炭、蛭石、硅藻土和海泡石等作為原料，根據(jù)不同地區(qū)土質(zhì)的特點按一定的比例進行粉碎混合而其生產(chǎn)出來呈粉狀物[3]，含水率一般較高，可以達到20%，流動性較差而粘性較強。目前對土壤調(diào)理劑的包裝一是用手工裝袋，二是利用普通的化肥包裝機進行包裝。當(dāng)用手工包裝的方式進行土壤調(diào)理劑的包裝時，會出現(xiàn)勞動強度大，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，包裝效率低，包裝成本高，稱量不準(zhǔn)確等問題；當(dāng)用普通的化肥包裝機進行包裝時，由于土壤調(diào)理劑的含水率較高且粘性大，落料困難， 這樣就會在生產(chǎn)時出現(xiàn)粘料、不下料等現(xiàn)象，而且普通的化肥包裝機械一般是采用單稱斗、螺旋推進直接送料，生產(chǎn)效率低下，稱量不準(zhǔn)確，機械故障多。本文通過對普通土壤調(diào)理劑包裝機進行調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上增加了提出從單自動稱量斗方式改為雙自動稱量斗的方式進行總體分析和提出初步的設(shè)計方案，以優(yōu)化包裝機的結(jié)構(gòu)，爭取能提高包裝機的包裝效率。
圖1 土壤調(diào)理劑自動定量包裝機結(jié)構(gòu)圖
- 土壤調(diào)理劑自動定量包裝機工作原理與結(jié)構(gòu)分析
包裝機械未來總的趨勢是各種高新技術(shù)、新機械、新方法不斷得到應(yīng)用，其技術(shù)將向高速、高效、高質(zhì)量方面發(fā)展。發(fā)展重點將趨于節(jié)能降耗、質(zhì)量和性能可靠、控制水平先進、穩(wěn)定性好、自重輕、結(jié)構(gòu)緊湊、噪音低、效率高、有利環(huán)保等方面。土壤調(diào)理劑包裝機是電子稱重技術(shù)在定量包裝系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，它是一種由PLC 控制，集數(shù)字定量、稱重、包裝于一體的高效包裝設(shè)備，用途十分廣泛。土壤調(diào)理劑包裝機是一種通過依照包裝具體要求（如包裝袋的形式、包裝重量等） 而設(shè)計出來的包裝方法，并編寫好PLC 程序，以自動稱量的方式將具體物料分成一定重量且包裝好自動稱量裝置。為了利于生產(chǎn)、保存、運輸和用戶使用方便，對于散裝物料，如土壤調(diào)理劑、化肥和復(fù)合肥等在出廠時就需要進行定量包裝，以一定重量（如50 kg)為單位分成多個相同重量的包裝個體。
（1） 土壤調(diào)理劑自動定量包裝機結(jié)構(gòu)
由于強制給料定量包裝機主要應(yīng)用在流動性較差的物料的定量包裝過程中，為了保證設(shè)備的稱量精度和速度， 同時兼顧設(shè)備的整體性能和制造成本，在設(shè)強制給料定量包裝機時，一般釆用了增重式稱量，其主要由兩部分組成：
（2） 土壤調(diào)理劑自動定量包裝機工作程序
- 上級給料機構(gòu)的控制
在上面所述的土壤調(diào)理劑自動定量包裝機的組成，土
壤調(diào)理劑原料經(jīng)過粉碎、篩選、攪拌后進入到烘干筒進行烘干后通過輸送帶傳送到貯料斗（體積約0.5 m3)進行暫時儲存，貯料斗安裝了料位計，當(dāng)貯存的物料達到料位后，
將有信號反饋回到控制裝置，控制裝置向輸送帶電機控制電路發(fā)送停止信號，輸送帶停止工作，不再向貯料斗輸送物料。
- 松料機構(gòu)的控制
由于土壤調(diào)理劑烘干后的含水率在18%，而剛從輸送帶出來的物料含水率往往達到 50%，很容易結(jié)塊而不落料。為了解決這問題，在貯料斗中間安裝了防止物料結(jié)塊的松料器，通過不停攪動使物料能夠順利下落到自動喂料器里，松料器結(jié)構(gòu)如圖2 所示，其中的松料齒采用耐磨鋼制作，以增加松料器的使用壽命。松料器由電機通過減速一是機械部分，其主要由貯料斗、松料器、自動喂料器、自動緩沖斗、自動稱量斗、接料斗、夾袋機構(gòu)、輸送帶、自動縫包機等部分組成，如圖1 所示。
二是電控系統(tǒng)部分，其主要由可編程控制器 PLC、檢測元件、操作面板、控制元件以及執(zhí)行元件等部分組成器減速后帶動，以減少轉(zhuǎn)動速度，達到既能松料防結(jié)塊又減少松料器磨損的目的。
圖2 松料器與自動喂料器
- 自動緩沖斗與自動稱量的控制
自動緩沖斗1、自動緩沖斗2 雙擺閥的兩個自動緩沖斗各有雙開、單開和雙關(guān)三種情況，如圖3 所示。兩個自
動緩沖器的初始狀態(tài)都是雙關(guān)，如圖4 所示。
圖3 自動緩沖斗的三種狀態(tài)
圖4 兩自動緩沖器的初始狀態(tài)
控制裝置檢測儲料斗有料的情況下，再檢測自動稱量斗1 擺閥和自動稱量斗2 擺閥的狀態(tài)，如果自動稱量斗擺
閥1 和自動稱量斗2 擺閥都處于雙關(guān)狀態(tài)時，則發(fā)出兩組信號：一是向兩個貯料斗雙擺閥發(fā)送信號，使它們都處于
雙開狀態(tài)，如圖5 所示；二是向自動喂料器1 和自動喂料器2 的兩電機發(fā)送運行信號，自動喂料器1 和自動喂料器2
同時運行，物料向兩自動稱量斗送料，物料下落到兩自動稱量斗，這時粗稱量開始。
當(dāng)落下到兩個自動稱量斗的物料達到設(shè)定值時（一般設(shè)定為物料包裝重量的90%），控制裝置將向兩個貯料斗雙擺閥中的一個擺閥發(fā)出關(guān)閉信號，控制裝置對兩貯料斗擺閥是單個控制的，也就是不一定同時向兩個貯料斗雙擺閥發(fā)出關(guān)閉一個擺閥的指令，而是根據(jù)自動喂料器送料快慢而落到自動稱量斗物料的質(zhì)量決定，兩個貯料斗擺閥可以都處于單開狀態(tài)，也可以是一個雙開一個單開狀態(tài)，如圖6 所示。當(dāng)擺閥是處于單開狀態(tài)時，物料通過貯料斗這中間通道向自動稱量斗送料的速度減慢， 減少落料對稱量斗的沖擊，使稱量更加準(zhǔn)確。這時，精稱量過程開始。
圖5 兩自動緩沖斗的雙開狀態(tài)
當(dāng)下落到某一自動稱量斗中的物料達到設(shè)定重量時，該自動稱量斗的傳感器向控制裝置反饋已到設(shè)定重量的信號，控制裝置接收信號后向相對應(yīng)的自動緩沖斗發(fā)出關(guān)閉擺閥的信號，自動緩沖斗的兩擺閥由單開狀態(tài)改顯雙關(guān)狀態(tài)，物料不再向自動稱量斗落料，稱量過程完成。
要注意的是在精稱量過程中的設(shè)定重量一般比包裝出廠的物料重量小，這主要一方面因為要計上物料的稱量時差，也即要計上物料既不在自動緩沖斗也不在自動稱量斗的重量而在半空中的物料，落差量與出料口的面積和落差高度成正比關(guān)系，即出料口面積越大，落差高度越高，物料的落差量越大，反之亦反。因此，在設(shè)計中應(yīng)盡量減少出料口的截面積和落差高度，這個落差量的近似計算方法如下：
Q 落差=F·h·ρ
其中: Q 落 差 — 落差質(zhì)量(kg)； F— 出料口的截面積(m2) ； h — 出料口到料面的高度(m) ； ρ — 物料的密度(kg/m3) 。
另一方面由于機械結(jié)構(gòu)是在控制系統(tǒng)指令下執(zhí)行動
作，從下達指令到機械動作完成就存在一個動作延時，在這個時間段內(nèi)就會多出一計量值而產(chǎn)生誤差，影響定量計量的準(zhǔn)確性，其計算方法如下：
設(shè)自動緩沖斗從半開到雙關(guān)時所需要的時間為 t，即動作延長時間，物料流速 V 一定，物料通過一個截面積 F 的容器，則機械動作延時所引起的偏差量Q：
Q=F·V·t
其中：Q—偏差量(kg) ；F—截面積(m2 ) ；V—物料的流速(kg/m2·s) ；t—自動緩沖斗從半開到雙關(guān)時所需要的時間(s) 。
還有要注意的是在稱量過程中或稱量過程完成后，松料器和自動喂料裝置都在控制裝置的控制下繼續(xù)運行而不停止，這樣可以保證物料的充足供應(yīng)和提高包裝效率。如果自動緩沖斗的雙擺閥都已關(guān)閉，物料就暫時在自動緩沖斗里儲存，自動緩沖斗里安裝有料位計，當(dāng)物料達到料位時，料位計中的傳感器向控制裝置發(fā)出信號，控制裝置接收到料位達到設(shè)定值信號后向強制送料裝置發(fā)出停止信號，自動喂料裝置停止運行，物料不再下落到自動緩沖斗中，等待控制裝置發(fā)來打開雙擺閥的信號而打開雙擺閥， 進行下一次落料稱重。若料位計檢測到物料低于設(shè)定料位，控制裝置將向自動喂料器發(fā)出運行的信號，自動喂料器運行。
（4） 裝包過程的控制
這時控制裝置檢測夾袋機構(gòu)中是否已將袋夾好，若通過夾袋機構(gòu)中的傳感器檢測到袋還沒夾好，系統(tǒng)發(fā)出袋沒夾好的報警信號，等待夾袋；若檢測到袋已夾好，控制裝置即向自動稱量斗的單擺閥發(fā)出打開的信號，自動稱量斗單擺閥打開，物料在重力作用下迅速通過接料斗落到包裝袋里，這時落料完成，自動稱量斗1 單擺閥關(guān)閉。這時控制裝置對整個系統(tǒng)同時進行兩方面的控制。
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- 松袋與再次夾袋
控制裝置向夾袋機構(gòu)發(fā)出松袋信號，夾袋機構(gòu)動作而松袋，包裝袋落下到縫包輸送帶上面，接著人工夾袋，當(dāng)夾袋機構(gòu)中傳感器檢測到夾袋完成后，控制裝置向原來已稱好物料的自動稱量斗2 發(fā)出打開單擺閥信號，自動稱量斗2 的單擺閥打開，物料通過接料斗下落到包裝袋。
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- 自動緩沖斗1 閥門的再次開啟
在自動稱量斗1 單擺閥關(guān)閉時，控制裝置即時向自行緩沖斗1 發(fā)出信號，自動緩沖斗1 雙擺閥開，物料下落到再次稱量。當(dāng)稱量完成后，自動稱量斗1 等待再次開閥落料的信號。
另外，當(dāng)裝好物料的包裝袋下落到縫包輸送帶后，會被自動輸送到到自動縫包機位置，當(dāng)自動縫包機激光檢測檢測裝置檢測到包裝袋到達縫包位后，自動縫包機開始縫包，縫包結(jié)束后，自動切斷縫線，包裝袋在縫包輸送帶中繼續(xù)前行并被移出工位。土壤調(diào)理劑自動定量包裝機的生產(chǎn)流程圖如圖7 所示。
- 結(jié)論
該設(shè)計方案采用了中間儲料的緩沖斗和雙稱量斗，集變頻調(diào)速自動喂料、自動稱量、自動縫包裝于一體，結(jié)構(gòu)緊湊合理，具有稱量精度高，包裝速度快，自動落差修正，操作方便、便于清理維護、勞動強度降低、不泄漏、不揚塵等特點。
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