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通常粉狀物料的包裝存在包裝體積大，環(huán)境污染嚴重，以及運輸效率低［１］等問題。目前，多數(shù)生產(chǎn)廠家分別使用定量包裝機和真空包裝機輔以人工來實現(xiàn)粉狀物料的包裝。其中，定量包裝機可以實現(xiàn)對粉狀物料的定量稱重和灌裝作業(yè)，它的核心技術(shù)是稱重控制系統(tǒng)的高精度實現(xiàn)和高效率加料包裝，而真空包裝機可以實現(xiàn)對已稱重粉狀物料的抽真空和封口作業(yè)，它的核心技術(shù)是如何高效對已稱重粉狀物料進行抽真空和封口處理；因此，結(jié)合兩者功能，研發(fā)一種粉狀物料包裝機，使其具備使用成本低、包裝速度快、計量精度高和操作使用方便等特點，對國內(nèi)包裝機械行業(yè)將具有重大意義。對于粉狀物料包裝機的設(shè)計，其核心技術(shù)主要體現(xiàn)在多功能真空上料倉的研究與設(shè)計上。
粉狀物料包裝機的設(shè)計
１．１實現(xiàn)功能及工作原理
在工業(yè)生產(chǎn)中，粉狀物料的稱量和包裝是常見的生產(chǎn)形式，稱量和包裝裝置也是自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中最重要和最復雜的設(shè)備之一。人們不僅要求減少物料在包裝過程中對環(huán)境的污染，也追求物料包裝的快速化和計量準確。粉狀物料是指粒度非常小的顆粒狀物料，由于其顆粒度非常小，極易受空氣流影響而產(chǎn)生飛揚，污染室內(nèi)空氣和室外大氣，所以，針對粉狀物料包裝存在包裝體積大和環(huán)境污染嚴重等問題，在包裝環(huán)節(jié)有必要對現(xiàn)有包裝設(shè)備進行改進，盡可能地減少粉塵對空氣的污染。
本文所設(shè)計的粉狀物料包裝機，采用了多功能的真空上料倉，整機包裝速度快，可以將市場上存在的定量包裝機和真空包裝機２種設(shè)備功能完美地結(jié)合起來。其最重要的技術(shù)突破體現(xiàn)在針對待包裝的粉狀物料，采用在灌裝前真空化處理的技術(shù)思路。在真空上料倉中采用抽真空技術(shù)，將粉狀物料的單位密度加大，使得粉狀物料體積縮小，運輸效率提高；粉狀物料在出料時不易飛揚，污染大大減少；同時確保實現(xiàn)粉狀物料的準確稱重計量和快速灌裝。
１．２結(jié)構(gòu)設(shè)計
粉狀物料包裝機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖１所示。其由機架、固定在機架上的真空上料倉、稱重裝置、盛料盤、真空元件、真空管路和驅(qū)動電動機及傳動部件（傳動部件為齒輪以及用于聯(lián)動所有齒輪的鏈條）等部分組成。

包裝機工作時，首先將待包裝粉狀物料送進真空上料倉，真空上料倉在工作狀態(tài)下為密閉狀；然后起動驅(qū)動電動機，驅(qū)動真空上料倉工作，在驅(qū)動電動機、真空元件、真空管路和真空上料倉的共同作用下，真空上料倉內(nèi)的空氣會被抽出，當粉狀物料間隙中的空氣被完全排出后，由螺旋輸送機構(gòu)［２－３］將其快速輸送至出料口；最后，粉狀物料下落至盛料盤上夾放的包裝袋中，稱重裝置定量稱重［４］后進行封口包裝。該粉狀物料包裝機設(shè)計功率為４ｋＷ，耗氣量為０．１ｍ３／ｈ，氣源為０．５～０．７ＭＰａ，最大包裝質(zhì)量為５０ｋｇ。
２真空上料倉的設(shè)計
２．１真空上料倉的功能要求和設(shè)計難點
根據(jù)粉狀物料包裝機的功能要求，真空上料倉需要設(shè)計實現(xiàn)兩部分功能：一是完成粉狀物料的抽真空處理；二是將處理完成的粉狀物料從出料口快速送入包裝袋。所以，真空上料倉的設(shè)計也就存在著三大難點：一是如何使真空上料倉內(nèi)快速持續(xù)地達到需要的負壓［５］，以實現(xiàn)粉狀物料的抽真空；二是在抽真空過程中部分粉狀物料勢必會結(jié)塊，影響正常包裝；如何將其及時打碎成粉狀；三是如何將處理完畢的粉狀物料快速均勻地從出料口送出，進行后續(xù)的定量稱重。
２．２真空上料倉的結(jié)構(gòu)設(shè)計
針對真空上料倉需要完成的兩項功能及存在的三大設(shè)計難點，在真空上料倉的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計放置了三類裝置：１）在中部偏上處設(shè)置抽氣組件（包括轉(zhuǎn)筒、轉(zhuǎn)軸、刮片及填料密封軸連接裝置）；２）在抽氣組件的下方設(shè)置破拱組件；３）在破拱組件下方（真空上料倉的底部）安裝螺旋輸送機構(gòu)，螺旋輸送機構(gòu)帶有螺桿，通過螺桿的轉(zhuǎn)動推進物料。
２．２．１抽氣組件
抽氣組件包含４根水平設(shè)置在料倉內(nèi)的轉(zhuǎn)軸和套設(shè)在轉(zhuǎn)軸外的轉(zhuǎn)筒（見圖３），分為２層，其中，２根在上，向料倉中心處靠近；另外２根在下，向料倉側(cè)壁處靠近。轉(zhuǎn)筒采用陶瓷加工，其上有若干抽氣孔［６］。轉(zhuǎn)筒的兩端與轉(zhuǎn)軸之間為固定連接，其余部分與轉(zhuǎn)軸之間有２～３ｍｍ的間隙，該間隙與轉(zhuǎn)筒上的抽氣孔連通。轉(zhuǎn)軸的一端通過軸承連接在料倉內(nèi)的側(cè)壁上；另一端貫穿料倉的另一側(cè)壁，延伸出料倉側(cè)壁后通過填料密封軸連接裝置與真空管路密封連接，填料密封軸連接裝置可隨轉(zhuǎn)軸繞真空管路轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)軸貫穿料倉側(cè)壁的部分及延伸出側(cè)壁外的部分均為中空結(jié)構(gòu)，在料倉內(nèi)，該中空結(jié)構(gòu)與間隙連通，在料倉外，該中空結(jié)構(gòu)與真空管路連通，這樣，料倉內(nèi)的空氣會依次通過轉(zhuǎn)筒上的抽氣孔、轉(zhuǎn)筒與轉(zhuǎn)軸之間的間隙、轉(zhuǎn)軸的中空結(jié)構(gòu)、真空管路和真空元件被抽出。為了防止轉(zhuǎn)筒通氣孔的堵塞，在料倉內(nèi)還固定有４根刮片，與轉(zhuǎn)筒的數(shù)量和位置相對應(yīng)。該刮片的兩端固定在料倉內(nèi)的兩側(cè)壁上，刮片的一側(cè)邊與轉(zhuǎn)筒的外周面之間為接觸配合，在轉(zhuǎn)筒隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的過程中，刮片固定不動，與轉(zhuǎn)筒接觸配合，刮去轉(zhuǎn)筒外周面上的殘留物。

２．２．２破拱組件
破拱組件為外帶若干徑向耙齒的轉(zhuǎn)動輥。該轉(zhuǎn)動輥位于抽氣組件下方料倉的中心處，為水平布置的３根，且轉(zhuǎn)動輥與轉(zhuǎn)筒相互平行。轉(zhuǎn)動輥的一端與轉(zhuǎn)軸一樣，通過軸承連接在料倉內(nèi)的一側(cè)側(cè)壁上；另一端穿過料倉的另一側(cè)側(cè)壁。
２．２．３螺旋輸送機構(gòu)
在料倉內(nèi)底部設(shè)置螺旋輸送機構(gòu)，螺旋輸送機構(gòu)的螺桿延伸出料倉外，與延伸出料倉外部分相對的一端為物料出口，物料出口向外延伸凸出機架約２０～３０ｃｍ。在物料出口的下方設(shè)置帶盛料盤的稱重裝置，稱重裝置的主體固定在機架上，其盛料盤向外伸出位于物料出口的正下方。
２．３工作原理及工作過程
真空上料倉工作時，粉狀物料在料倉內(nèi)由于重力作用下落，沿其下落方向依次經(jīng)過抽氣組件、破拱組件和螺旋輸送機構(gòu)。驅(qū)動電動機的輸出軸與破拱組件、抽氣組件及螺旋輸送機構(gòu)的螺桿之間通過若干齒輪傳動，以保證抽氣組件、破拱組件和螺旋輸送機構(gòu)同步運行。抽氣組件對料倉內(nèi)進行抽真空，粉狀物料在抽氣組件抽真空的過程中會有結(jié)塊，該結(jié)塊的塊狀物料下落至破拱組件，破拱組件將其打碎后下落至螺旋輸送機構(gòu)，螺旋輸送機構(gòu)將其輸送至物料出口，然后下落至盛料盤上夾放的包裝袋中。螺旋輸送機構(gòu)采用智能變頻控制的多速度加料方式，自動對物料進行快、中、慢速加料［７］，以此實現(xiàn)快速灌裝。
３結(jié)語
該粉狀物料包裝機是機電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，采用了多功能真空上料倉、變頻控制多速度加料方式等新技術(shù)和新工藝，可以有效地減少空氣污染和提高生產(chǎn)效率，特別適用于生產(chǎn)線上的定值自動包裝工序。

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