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1 引 言

定量包裝機(jī)是水泥、 化肥、 石膏粉等廠家必備的包裝設(shè)備之一, 目前, 我國中小型生產(chǎn)廠家普遍采用自動化程度低、 包裝精度差、 工人勞動強(qiáng)度大的機(jī)械式包裝機(jī)進(jìn)行包裝。包裝時易堵料, 且堵料后排除費時費力, 加上揚(yáng)塵較嚴(yán)重, 直接影響環(huán)境及工人的身體健康。針對以上問題, 開發(fā)稱量精度及自動化程度高、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; 袋重及精度: 50 + 1 kg,可根據(jù)要求在 50kg 以下任意設(shè)定, 計量穩(wěn)定, 能自動調(diào)整誤差; 除插袋外, 裝包、 稱量、 料門控制、 卸袋全部自動化, 并配置應(yīng)急、 調(diào)整用的手動操作系統(tǒng); 跟蹤顯示袋重, 自動累計裝袋數(shù), 袋重超差報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)簡單, 易維修, 工作安全可靠, 噪音低。

通過對現(xiàn)有包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析, 對中、 小型水泥廠使用的單嘴包裝機(jī), 本文采用兩級剛性葉輪送料, 由兩個電機(jī)分別驅(qū)動, 每級電機(jī)的開停分開控制, 以防機(jī)內(nèi)小料倉堵料。第一級葉輪保證包裝機(jī)來料均勻, 由料位計控制電機(jī)開停。第二級葉輪保證包裝機(jī)生產(chǎn)效率, 由微機(jī)控制其開停,采用傳感器稱量。送料閘門采用三位閘門, 保證稱量準(zhǔn)確。卸袋由推包機(jī)構(gòu)完成。整機(jī)由微機(jī)控制, 順序動作。系統(tǒng)的啟動靠插袋時紙袋帶動一擺桿, 使水銀開關(guān)轉(zhuǎn)動角度, 接通電源, 向系統(tǒng)發(fā)出啟動命令。

3 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計

3. 1 送料系統(tǒng)

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

 第一級送料是為了保證包裝機(jī)來料充分、 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。為防止兩級送料之間機(jī)內(nèi)料倉發(fā)生堵料, 控制機(jī)內(nèi)物料量, 在機(jī)內(nèi)料倉中裝有薄膜式料位計, 當(dāng)料倉中物料低于某一高度時( 料位計的壓力減少到某設(shè)定值), 料位計接通第一級葉輪送料。當(dāng)料倉中物料高于某一高度時, 料位計關(guān)閉, 停止送料。為防止物料對料位計的沖擊而發(fā)生誤動作, 料位計用鋼板加以防護(hù)。
 

第二級主送料機(jī)構(gòu), 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)開停一次。第二級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 之比接近于庫侖滑移平面與水平面之間夾角正切的兩倍。實際結(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, 太大會影響插袋。
 

密封是送料機(jī)構(gòu)中必須注意的問題, 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機(jī)上。

3. 2 稱重架

稱重架上裝有料嘴、 壓包機(jī)構(gòu)、 托包架、 推包機(jī)構(gòu)、 稱重傳感器及控制開關(guān)等, 承擔(dān)起袋重及稱量。

在料嘴的上方裝有壓包塊, 插袋時壓包塊順時針轉(zhuǎn)動, 袋插入料嘴, 逆時針則自鎖, 防止在灌裝過程中倒袋。插袋時靠紙袋撥動一擺桿, 帶動水銀開關(guān)動作, 實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動。當(dāng)袋重達(dá)到設(shè)定重量時, 系統(tǒng)控制閘門機(jī)構(gòu), 出料嘴關(guān)閉。同時接通推包液壓推桿, 機(jī)構(gòu)帶動壓包塊順時針轉(zhuǎn)動壓包架, 推包架順時針轉(zhuǎn)動推包架。掉袋時彈簧使水銀開關(guān)復(fù)位。托包架主要起托包作用, 可順時針轉(zhuǎn)動, 以便卸包, 并可在垂直方向調(diào)整高度以適應(yīng)袋長要求。托包架支點稍偏, 以減小推包力。
 

稱重架在工作中需和整機(jī)機(jī)架軟連接, 防止稱重架左右擺動, 可用四個一定寬度的彈性薄鋼片把稱重架和整機(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。也可用四個寬鉸支聯(lián)接。

出料嘴和第二級送料口的聯(lián)接可用橡膠軟管聯(lián)接, 這種聯(lián)接沒有跑灰。也可用兩法蘭面對接, 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)采用電動液壓推桿, 價格便宜, 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 送料閘門機(jī)構(gòu)

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

3. 4 包裝機(jī)的防塵

防塵貫穿于各個環(huán)節(jié)之中, 閘門、 第二級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

本機(jī)采用微機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行控制, 實現(xiàn)以上要求, 所有參數(shù)以人機(jī)對話的方式設(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、 實現(xiàn)執(zhí)行元件的頻繁通斷。此繼電器開關(guān)速度快、 工作頻率高、 體積小、 重量輕、 壽命長、無機(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、 灰塵大和有振動的場合獨具優(yōu)越性。由于電機(jī)頻繁啟動, 為防止電機(jī)過熱, 電路中裝有熱繼電器, 對電機(jī)起過熱保護(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經(jīng)過 A/D 變換的秤重數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理, 對整機(jī)進(jìn)行控制。

與單片機(jī)相連的外部設(shè)備  － 鍵盤和顯示器是實現(xiàn)人機(jī)對話的媒介, 可以通過鍵盤實現(xiàn)“ 置零”、 “啟動”、 “標(biāo)定”、 “ 設(shè)參”等操作。

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

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

5 結(jié)束語

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、 裝袋、 稱量、 料門控制、 累計裝袋數(shù)、 卸袋全部實現(xiàn)自動化, 袋重可在 50kg 以下任意設(shè)定, 變速送料使稱量更準(zhǔn)確, 并且避免了開機(jī)不裝包時機(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、 小型水泥廠使用或老式包裝機(jī)改造。

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