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1問題的提出

大化公司堿廠是國(guó)內(nèi)純堿生產(chǎn)基地，年產(chǎn)純750kt/a.其中氨堿法純堿450kt/a,聯(lián)稼法純堿300kt/a,產(chǎn)量居全國(guó)首位,從1983年以來(lái)連獲二次國(guó)家金牌獎(jiǎng)，質(zhì)量憂良，深受國(guó)內(nèi)外用戶歡迎，暢銷國(guó)內(nèi)東北、華南地區(qū)，出口東南亞地區(qū).自1989年以來(lái)由于國(guó)內(nèi)新建三大堿廠和一批擴(kuò)建項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)，純堿生產(chǎn)能力驟增，又逢國(guó)民經(jīng)濟(jì)的調(diào)整，供大于需，銷售疲軟，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，價(jià)格下滑.為適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的變化，大化公司決定自籌資金抓緊時(shí)機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)枸的調(diào)整，幵發(fā)新品種一重質(zhì)純堿的生產(chǎn).該技術(shù)改造工程是把聯(lián)堿裝置每年生產(chǎn)的30萬(wàn)噸輕質(zhì)純堿分二期實(shí)施，全部加工成重質(zhì)純堿，同時(shí)改造包裝生產(chǎn)線。本文重點(diǎn)闡述為工程配套的純球包裝機(jī)，在設(shè)計(jì)選型和開發(fā)應(yīng)用上的成果.

1987年以前，純堿包裝在全國(guó)純堿行業(yè)都處于落后的手工操作，稱量不準(zhǔn)確、作業(yè)條件差、勞動(dòng)強(qiáng)度大.自1984年起.天津和青島堿廠先后從西德進(jìn)口-3NWEDSO"型（三秤）純區(qū)包裝機(jī)（即小袋包裝機(jī)，以下簡(jiǎn)稱包裝機(jī)），1987年天津堿廠首先投入生產(chǎn)，從此我國(guó)的純堿生產(chǎn)開始采用自動(dòng)定量包裝機(jī).1987年我公司堿廠的氨堿系統(tǒng)為涼堿改造工程配套，也相繼從西德引進(jìn)WELOX"型（二秤）包裝機(jī).1986年在化工部的主持下，由無(wú)錫化機(jī)廠和南京第一化工儀表廠等單位聯(lián)合，以天津堿廠進(jìn)口的包裝機(jī)為樣機(jī).開始設(shè)計(jì)生產(chǎn)"3TW”型（三秤）包裝機(jī)，作為新建三大堿廠的配套設(shè)備.九十年代初，無(wú)錫縣包裝機(jī)廠在借鑒國(guó)內(nèi)外同類設(shè)備的基礎(chǔ)上，又自行設(shè)計(jì)和研制•BFT-3B."型（二秤）包裝機(jī).各種型式的純域?qū)Ｓ冒b機(jī)可供重蔵改造工程設(shè)計(jì)選型，但必須經(jīng)過(guò)科學(xué)的論證和技術(shù)分析對(duì)比，才能作出最佳的選擇.

2包裝機(jī)的選型和開發(fā)

縱觀國(guó)內(nèi)外各種型式的包裝機(jī).其結(jié)構(gòu)和原理基本是一樣的，包裝系統(tǒng)由主機(jī)、輔機(jī)、封口.電控等部份組成.主機(jī)包括貯料倉(cāng)、給料器、給料控制器、秤體.傳感器、下料斗、夾袋器及氣控部份等；輔機(jī)包括輸送機(jī)、除塵器、機(jī)架等；封口包括折邊機(jī)、麓包機(jī)等；電控部份包括電控拒、配電柜、操作箱等.為了提高包裝線工作效率，滿足生產(chǎn)需要，一般在-條包裝統(tǒng)上安裝多秤系統(tǒng)，即二秤或三秤.從實(shí)際生產(chǎn)能力看，雙秤優(yōu)于三秤.雙秤的實(shí)際能力達(dá)到600bag/h,而三秤的實(shí)際能力不足800bag/h.另外，三秤的結(jié)構(gòu)不合理，其落料斗上端開口大，加大了落料距離，落料時(shí)間相應(yīng)加長(zhǎng)，影響包裝機(jī)的能力.為了彌補(bǔ)這一缺陷，在落料斗與秤斗之間又增設(shè)了一個(gè)中間倉(cāng)，中間倉(cāng)的底閥受物料沖擊的作用是不一樣的。秤斗內(nèi)的料是雙螺旋逐歩加人的，沖擊作用較緩’而中間倉(cāng)的料是瞬間從秤斗內(nèi)落下來(lái)的，這樣的沖擊作用顯然要激烈的多.因此，中間倉(cāng)的底閥就長(zhǎng)期頻繁的受彙中力量的沖擊，其密封的可靠性就難以保證，其結(jié)果必然要影響稱量精度并增加包裝口的粉塵.而且，就能耗、土建投資、設(shè)備投資與生產(chǎn)能力等多方面相比較，結(jié)果還是二秤的型式優(yōu)于三秤.引進(jìn)國(guó)外包裝機(jī)的幾家純堿廠在投產(chǎn)以前，都投入了大量的人力和物力，經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)調(diào)試和改造過(guò)程，還不同程度地存在一些問題，效果不盡理想.某些功能和裝置不適合純堿包裝的需要，操作維修不易掌握，況且價(jià)格昂貴，零配件難以保證，毎年仍需花費(fèi)大量的外匯.即便是國(guó)內(nèi)自行開發(fā)的"3TW”型包裝機(jī)的電氣元器件大部份仍然依靠進(jìn)口.而我們選型的原則是在確保稱量精度.滿足設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)上，力求整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穏定可靠.造價(jià)低、國(guó)產(chǎn)化也是至關(guān)重要的。為此，我們與江蘇省無(wú)錫縣包裝機(jī)廠共同合作研制開發(fā)了“BFT-3B”型國(guó)產(chǎn)高效自動(dòng)定量純堿包裝機(jī)。

包裝機(jī)的工作速度取決于以下幾個(gè)因素：進(jìn)料速度、進(jìn)料方式、電子秤的機(jī)械反應(yīng)速度和電子數(shù)據(jù)處理等方面。一般來(lái)說(shuō)目前水平的電子秤傳感器的反應(yīng)能力已經(jīng)足夠快「對(duì)于包裝機(jī)稱量來(lái)說(shuō)，主要是解決動(dòng)態(tài)沖擊的不確定性，這主要是給料速度問題.經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可總結(jié)以下經(jīng)驗(yàn)公式：

平均動(dòng)態(tài)測(cè)重誤差

△=(給料速度V)²/20

式中：△單位為kg；V単位為kg/s根據(jù)這個(gè)公式推算，如果為了保證訪態(tài)測(cè)重誤差ZXcle(c=0.05kg),那么最后的小給料速度Vb

一般設(shè)計(jì)的給料速度分兩段，即大給料與小給料，為了保證小給料最后測(cè)重的正確，小給料時(shí)間t>3秒，作為仙公斤包裝的大給料速度為多少合適呢？我們不妨分析下面的總計(jì)量時(shí)間周期公式：總周期T=大給料時(shí)間Ta+小給料時(shí)間Tb其中：Ta=(40-3Vb-Aa)/Va

=(40-3-Aa)/Va

=(37-V//20)/Va

式中Vb=1

Tb=(Aa+3)/Vb

=Va²Z20+3

T=Ta+Tb

=(37-Va²/20)Va+Va²/20+3

=(37/Va-Va/20)+Va²/20+3

選取Va(憂化)=7kg/s時(shí).T=10.38秒，且最小，加上稱桶去皮重和排料的時(shí)間，平均每一秤的時(shí)間為11秒(指単秤)，每小時(shí)能力最多為327次.這樣的計(jì)算結(jié)果表明，提高進(jìn)料速度較難提高包裝機(jī)速度,必須開辟新的設(shè)計(jì)思路。

無(wú)錫縣包裝機(jī)廠研制的"BFT-3B"型包裝機(jī)是根據(jù)國(guó)內(nèi)外同類機(jī)的設(shè)計(jì)原理，大螺旋進(jìn)給料到粗給料值時(shí)，電腦控制停止大螺旋工作，并同時(shí)關(guān)閉大閥門，小給料連續(xù)工作到細(xì)給料值時(shí)，停止小螺旋工作，同時(shí)關(guān)閉小閥門.在這樣的運(yùn)行中"大螺旋的工作時(shí)間大概只占周期的一半左右，其余時(shí)間處于等待狀態(tài).為了充分利用這段等待時(shí)間，大膽革新，創(chuàng)造出一種預(yù)給料法，即在二次給料的基礎(chǔ)上再增加一次給料，圖1所示為這一方法的實(shí)現(xiàn)原理，其工作過(guò)程改為：大螺旋工作到粗給料值時(shí).只關(guān)閉大閥門，而大螺旋壊續(xù)工作一段時(shí)間，這段時(shí)間的出料貯存在大閥門上面，見圖示中帶“®'的容積斗內(nèi)，而不落到稱量桶內(nèi)，只有等下一包工作時(shí).打開大閥門,這部份料就一下子落人稱量桶內(nèi).這部份數(shù)量的多少取決于大螺旋繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，由電腦定時(shí)設(shè)定.可以人工設(shè)置，根據(jù)實(shí)際情況可多可少.這樣的設(shè)計(jì)’機(jī)械上只要增設(shè)一個(gè)預(yù)加料的存料斗.電腦里只占用了一個(gè)定時(shí)器，設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)程序.非常簡(jiǎn)單方便.上述設(shè)計(jì)充分利用了給料控制器的空間和時(shí)間，使進(jìn)料過(guò)程中的每一秒鐘都得到發(fā)揮.尚屬苜創(chuàng),經(jīng)實(shí)踐考核,稱量速度大大提高了.另外，如果大螺旋速度合適，運(yùn)行時(shí)間可以占一個(gè)包裝運(yùn)行周期.使一包接一包連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)恰到好處.這樣，電機(jī)就不用頻繁開停，帶來(lái)的好處就會(huì)更多.

圖I

•BFT-3B型包裝機(jī)的計(jì)量稱重是以微機(jī)控制，采用八十年代最新計(jì)算機(jī)芯片「INTEL公司的MCS8O31單片機(jī)，并引用了國(guó)際上推廣的STD標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，所有輸入輸出都采用了光屯隔離和無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，符合時(shí)代的先進(jìn)性和使用的可靠性，并具有稱重顯示.產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、超重報(bào)警、白診斷、白恢復(fù)、自動(dòng)調(diào)零、斷電保護(hù)及顯示故障原因等功能.為保證訂量精度和調(diào)整包裝速度，沒計(jì)了預(yù)加料量0?40公斤無(wú)級(jí)調(diào)速，大大提高了整機(jī)的性能.

•BFT-3B"型包裝機(jī)的稱量精度和包裝速度二者之間的配合達(dá)到最佳水平.所有元器件國(guó)內(nèi)配套.實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,造價(jià)僅為進(jìn)口機(jī)的五分之一’是國(guó)產(chǎn)冋類機(jī)的二分之一.達(dá)到了我們選擇理想機(jī)刖并共冋合作開發(fā)的預(yù)期fl的.

圖2

3BFT-3B型包裝機(jī)簡(jiǎn)介

3,1、主要技術(shù)指標(biāo)和使用條件包裝能力：700?750bag/h稱量精度：単袋±0.4%；10袋平均±0.2%

稱量范圍：20~50kg/bag

使用環(huán)境：溫度0-4OC；空氣相對(duì)濕度＜90%

電源：電壓380V±10%；頻率50HZ；功率13.35KW

汽源；干燥.潔凈、壓力平穩(wěn)的壓縮空氣，P=0.4~

0.6MPa；耗氣量0.6NM^J/min；除塵耗氣量3600M³/h重量：3000kg

3,2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

包裝機(jī)是一個(gè)組合體，主要由下列幾個(gè)部份組成,詳見圖2

1. 上料斗：系不銹鋼制作，上接貯料侖.下聯(lián)插板閥，貯料侖內(nèi)配有二個(gè)分別檢測(cè)，高、低.料位的則容料位計(jì)
2. 插板閥：每個(gè)電子秤配一個(gè)炬形插板閥.裝在上料斗的出口，包裝機(jī)工作時(shí)全開，停止工作或檢修時(shí)全閉.
3. 雙螺旋給料器：每個(gè)電子秤配一組雙螺旋給料器，它包括大、小螺旋運(yùn)輸機(jī)及其下料控制閥門.且大閥門的上面設(shè)
   有一個(gè)預(yù)加料的存料斗，根據(jù)不同的物料可調(diào)節(jié)粗給料比,以達(dá)到合理的稱量速度和稱量精度.
4. 秤體：每個(gè)電子秤的秤體由一個(gè)斗框、一個(gè)傳感器、一個(gè)秤筒組成.傳感器直接感受物料的重量并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)送到電腦系統(tǒng)內(nèi).秤筒底部有雙門翻板閥.
5. 包裝口：是物料進(jìn)入空袋的咽喉，裝有前后一對(duì)防塵式袋夾和由氣缸控制的傳遞套袋操作信息的限位開關(guān).套袋口做成夾套式，起到抽氣吸塵作用.

以上各部份凡是接觸物料的部件均采用不銹鋼材料制成.

6. 膠帶輸送機(jī)：輸送機(jī)仿造我公司從酉德進(jìn)口的-VELOPX-機(jī)型的結(jié)構(gòu)，它具有調(diào)速和適應(yīng)不同額定袋重的升降機(jī)構(gòu).同時(shí)采用包膠轉(zhuǎn)鼓的傳動(dòng)裝置.用表面光滑、抗噪音.無(wú)接縫的薄型膠帶，膠帶機(jī)的兩測(cè)有光滑的擋袋板.
7. 封口裝置：包括折邊機(jī)和縫包機(jī).縫包機(jī)采用國(guó)產(chǎn)GK35-2型，并輔以人工折邊機(jī)構(gòu)，縫包機(jī)的工作速度與輸送機(jī)的速度同歩.
8. 電控設(shè)備：包括現(xiàn)場(chǎng)操作箱和微機(jī)控制柜.后者安裝在環(huán)境清潔的控制室內(nèi).拒內(nèi)集電腦與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件于一體.

還有除塵裝置：純誠(chéng)包裝時(shí)粉塵飛揚(yáng)，為保持良好的工作環(huán)境,保證包裝機(jī)能正常連續(xù)地丄作，必領(lǐng)配置除塵裝置.它由濾塵器、排風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)機(jī)等組成，

3•3控制系統(tǒng)流程：見圖3

3-4、工作程序

當(dāng)物料進(jìn)入料倉(cāng)，料位計(jì)給微機(jī)傳送風(fēng)號(hào)，微機(jī)就發(fā)出運(yùn)行指令，將大、小進(jìn)料閥門打開，大、小螺旋同時(shí)工作分別向秤筒內(nèi)喂料.當(dāng)達(dá)到粗給料設(shè)定值時(shí)，白動(dòng)關(guān)閉大閥門，大、小螺旋繼續(xù)加料，n不過(guò)大螺旋的出料貯存在預(yù)加料斗內(nèi)，小螺旋仍向秤簡(jiǎn)內(nèi)喂料.當(dāng)達(dá)到細(xì)給料設(shè)定值時(shí)，微機(jī)發(fā)出關(guān)小閥門，停止小螺裁加料的指令,定量稱重結(jié)束.微機(jī)將顯示秤筒內(nèi)物料的實(shí)際重量，并發(fā)出允許卸料的指令.此時(shí)人工即可向包裝口上套包裝袋，同時(shí)觸動(dòng)相應(yīng)開關(guān)，秤筒門自動(dòng)打開，物料排出.當(dāng)秤筒門關(guān)上,微機(jī)自動(dòng)放袋落到輸送帶上，裝口經(jīng)折邊箋包，包裝過(guò)程完成.與此同時(shí)，微機(jī)判斷各種條件符合又發(fā)出再次運(yùn)行指令.當(dāng)打開大閥門時(shí)，提前預(yù)加的物料將瞬時(shí)進(jìn)入秤筒內(nèi)，再次重復(fù)上述稱量包裝過(guò)程.

圖3

4BFT-3B型包裝機(jī)的使用情況

由于我公，日聯(lián)堿30萬(wàn)噸重灰改造工程1F處在上建施工階段，因此，無(wú)錫縣包裝機(jī)「一研制的第一臺(tái)-BFT-3B"型包裝機(jī)貝能在氯堿系統(tǒng)干烘車間憊堿工段的•大改小”包裝線上進(jìn)行輕質(zhì)純堿包裝的負(fù)荷試車.并且于1993年7月20日至7月23日組織有關(guān)專家進(jìn)行測(cè)試査定，其査定結(jié)果

注:表中按凈重考核

2. 単包重量査定：(注：皮重為0.2kg)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽査113包，単包重最低為39.4kg(毛重)，最高為40.50kg.単包重量合格率為96%.全數(shù)平均單包為40.17kg,合格率為100%.縫包機(jī)運(yùn)行良好.縫包針鐘均勻，無(wú)跳針跳線的現(xiàn)象.縫口質(zhì)量合格率為100%.

(3)連續(xù)10包重量査定：

現(xiàn)場(chǎng)共抽査八組，均在合格范圍之

內(nèi)，詳見表2所列   

                                                                                                                 表2

4-2,包裝速度測(cè)試：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試平均單包灌包速度為3.659秒，折合能力為983bag/h.

(2)連續(xù)包裝速度査定：

配合縫包的包裝速度達(dá)700-750bag/h,7月21日該機(jī)1#秤巧遇披硬堿塊堵塞，包裝機(jī)處于単秤C2^#）作業(yè)，經(jīng)當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)其單秤速度為7bag/min,即單秤工作能力達(dá)420bag/h.超過(guò)原設(shè)計(jì)單秤350~400bag/h的能力.事實(shí)證明該機(jī)獨(dú)特的預(yù)加料設(shè)計(jì)發(fā)揮了明顯的作用.

4•3、現(xiàn)場(chǎng)粉塵及噪音測(cè)試：

距包裝口一米處測(cè)得空氣中的平均含塵量為4.9lmg/m3;設(shè)備噪音為76分貝"均符合國(guó)家環(huán)保規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn).

5BFT-3B型包裝機(jī)與同類機(jī)的對(duì)比及其優(yōu)點(diǎn)

5-1、包裝機(jī)的比較：見表3

                                                                                                           表3

5•2、-BFT-3B"型包裝機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)

其主要優(yōu)點(diǎn)是：

（1）該機(jī)主要由機(jī)械部份、氣動(dòng)控制物料如PVC樹脂、聚苯乙稀粒子、ABS塑料粒子的稱重包裝，而且該機(jī)用于濕度大、比重輕、流動(dòng)性差的KCL耕狀物系統(tǒng)和電腦控制拒等組成.機(jī)械部份為模塊化結(jié)構(gòu)，主要有雙螺旋給料機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)控制切斷閥機(jī)構(gòu),電子測(cè)重式電子秤部件及下料夾袋器等.其中雙螺旋機(jī)構(gòu)在顆粒狀包裝機(jī)上可省略，而直接靠自重式給料來(lái)完成，其它部件則通用，提高了該機(jī)對(duì)不同物料的適應(yīng)性。電腦控制指由電腦部件及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)盤組成.電腦部件除完成稱重顯示、重量測(cè)定、數(shù)據(jù)運(yùn)算之外，還完成各種輸入輸出控制功能，內(nèi)部設(shè)置靈活，集成度高、可維護(hù)性好.氣動(dòng)控制系統(tǒng)靈活可靠，且較簡(jiǎn)單直觀，標(biāo)準(zhǔn)化程度較高.