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      小量程定量包裝秤的設(shè)計

      發(fā)布時間:2021-08-18 14:14:47 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      定量包裝秤是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的量值,通過自動稱量,把散狀物料等量分半的稱量裝置。它作為生產(chǎn)過程中的主要環(huán)節(jié)之一,已廣泛應(yīng)用于化工、糧食、食品等各種行業(yè)中。隨著經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展,人們對定量包裝技術(shù)提出了更高的要求。定量包裝秤也迅速地朝向智能化、高級自動化、高效能及節(jié)約的方向發(fā)展。基于現(xiàn)代電子稱量技術(shù)和PLC可編程控制技術(shù),在吸收國內(nèi)外先進經(jīng)驗及充分的市場調(diào)研基礎(chǔ)上,開發(fā)了系列小量程定量包裝秤,采用粗、細兩級給料方式,型式分為單頭、雙頭、四頭等,稱量范圍從15g~2000g不等,計量能力(四頭>:40~60袋/分,計量精度可達±0.20%~±1%。它適用于糧食、種子等顆粒物料,蝦條、玉米等膨化食品,飼料、肥料等粉粒體的中袋包裝。

       

      1基本結(jié)構(gòu)及特點

       

      小量程定量包裝秤由機械秤體和電子稱量控制系統(tǒng)兩部分組成。秤體部分又由儲料斗、電振給料機、分料機構(gòu)、料口開閉機構(gòu)、計量單元和過渡裝置等組成>稱量穩(wěn)定系統(tǒng)由稱重傳感器、稱重控制儀表和動作執(zhí)行元件等組成。以雙頭秤為例,其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1。

       

       

      上述部件中.除儲料斗及過渡裝置外,其余都是左右對稱各一套。儲料斗采用特殊的褲衩式結(jié)構(gòu),分成兩路供料。過渡裝置是秤體與包裝機的過渡。

       

      2.1秤體的機械結(jié)構(gòu)特點

       

      秤體的機械結(jié)構(gòu)由兩部分組成,即由儲料斗、電振給料機、分料機構(gòu)和料口開閉機構(gòu)等組成的給料裝置和由計量斗、稱重傳感器等組成的稱量裝置。機械結(jié)構(gòu)有如下特點:

       

      (1)采用電磁振動給料方式和電子稱重計量方式,快速、準確。

       

      (2)使用擋料刷區(qū)別粗細給料.結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便。

       

      (3)執(zhí)行機械都采用氣動元件。利用關(guān)節(jié)軸承連接轉(zhuǎn)軸、氣缸驅(qū)動方式,可以使分料槽和料口擋料刷有一定的旋轉(zhuǎn)角度,完成給料。同時,利用氣缸沖程和連桿機構(gòu)也可以實現(xiàn)料門的開閉。

       

      (4)在儲料斗和給料槽中設(shè)料位探測器,對料位狀態(tài)進行實時控制。

       

      (5)獨特的計量單元結(jié)構(gòu)。

       

      在包裝秤中,稱重傳感器的量程選擇為:

       

      Cr=k*(Wnmax+W)/N

       

      式中:C——稱重傳感器量程

       

      Wnmax——被稱物料凈重的最大值

       

      W——料斗的自重

       

      N——料斗秤所采用支承點的個數(shù)(多數(shù)情況下為稱重傳感器的個數(shù))

       

      k----影響系統(tǒng)

       

      由于小量程包裝秤量程小,只有2kg,即Wnmax=2kg,而料斗自重W也只有4kg左右,即使考慮其它因素的影響,稱重傳感器的量程也很?。ㄔ?0kg以內(nèi)).因此該結(jié)構(gòu)選取了一只0.02級雙孔平行懸臂梁式小量程稱重傳感器作為單點支承,結(jié)構(gòu)如圖2所示。

       

       

      計量斗和承重座焊接成一體,與稱重傳感器相連。為了保證承重座水平面能有效固定稱重傳感器,采用了計算機輔助設(shè)計,并輔以良好的加工工藝。同時,通過計算,使稱重傳感器的安裝平面在稱重系統(tǒng)重心位置之上,加強了稱重系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對傳感器進行了全密封處理,盡量避免外界干擾因素的影響。

       

      2.2稱量控制裝置的組成及厴理概述

       

      稱量控制裝置由稱重傳感器、稱重儀表、PLC可編程控制器、狀態(tài)傳感器等組成,其電子稱量控制原理框如圖3所示。

       

       

      物料重量信號經(jīng)稱重傳感器轉(zhuǎn)化為電信號后送稱重顯示控制器,經(jīng)前置放大、A/D轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號,送可編程控制器處理,稱重數(shù)據(jù)送稱重儀表數(shù)字顯示,控制信號則驅(qū)動振動給料機和氣閥,控制執(zhí)行機構(gòu)動作,完成稱重控制工作。

       

      3稱量控制過程簡述

       

      (1)給料:系統(tǒng)啟動,給料機將物料送入儲料斗。

       

      (2)粗給料:初級電振給料機振動給料,分料機構(gòu)轉(zhuǎn)向粗給料機進行粗給料,到達設(shè)定值時,料口開閉機構(gòu)關(guān)團,停止粗給料。粗料斗卸料至細料斗。

       

      (3)細給料:分料機構(gòu)轉(zhuǎn)向垂直落料斗.物料進入細給料機進行細給料。由于細給料物料所占比例小(一般可設(shè)定為總給料量的5%~10%).因而分料機構(gòu)很快又轉(zhuǎn)向粗給料機,在進行細給料的同時.進行下一輪的粗給料。

       

      (4)落料:細給料結(jié)束,物料卸入過渡裝置.進入包裝部分。包裝后,由輸送機運走。

       

      (5)從(2)開始循環(huán)。

       

      雙頭秤的兩組給料裝置稱重原理完全相同.但由于共用一臺包裝機,在一組裝置落料包裝時,另一組細料斗要延長一段時間。兩組裝置各自獨立又相互影響地完成稱重計量工作。與單斗秤相比,大大提高了計量效率。

       

      4稱重過程誤差分析及改善措施

       

      4.1誤差分析

       

      小量程定量包裝秤是集電子稱重計童和控制為一體的自動測量控制系統(tǒng),其系統(tǒng)誤差由以下幾方面組成。

       

      4.1.1控制誤差△1

       

      控制系統(tǒng)通過控制進料器而達到控制進入稱量斗的物料重量,物料的重量相對于用戶設(shè)定重量的誤差,稱之為控制誤差。為了做到高效準確,定量秤一般采用多組給料,該定量秤采用粗、細兩組料方式,粗給料流量大.主要用于縮短給料時間,保證稱量速度。而細給料用去整個周期的1/2~1/3的時間,僅加入額定重量的5%~10%.重在保證稱量精度。當粗給料結(jié)束時.粗計量斗卸料至細計量斗,細計量斗繼續(xù)加料,直至達到目標值。這樣,對于包裝秤的控制誤差,主要是細給料的控制誤差??刂普`差主要由L/C的輸出誤差、儀表的動態(tài)檢測誤差及控制機構(gòu)的動作誤差組成。上述三種誤差也即是由于控制元件響應(yīng)時間的變化以及執(zhí)行機構(gòu)行程時間的變化所造成的誤差。也就是說,這三個誤差因素是通過改變實際進料時間而影響定量秤的精度,從而使定量秤每次進料過程中,各級速度的實際進料時間產(chǎn)生隨機誤差么。則控制誤差:

       

      △1=q*f*△t

       

      式中:q——細電振機每次振動給料量,kg/次

       

      f——電振機振動頻率,Hz,取f=50Hz

       

      從上面的計算可以看出,控制誤差△l與細給料流量值q*f成正比。也即在一定范圍內(nèi).控制誤差與進料速度成正比,速度越慢,誤差越小,控制精度趙高。但對于動態(tài)秤來說,影響系統(tǒng)精度的因素太多.并非只和速度有關(guān)。假定由于控制元件及執(zhí)行機構(gòu)響應(yīng)時間的提前或滯后而造成細振動給料機少或多振動一次加料,則:

       

      △l=q*f/ε

       

      式中:ε一儀表的A/D轉(zhuǎn)換速度,本裝置采用AD4325儀表,ε=70次/秒

       

      當ε>/時,應(yīng)取ε=/進行計算,則△l=q,即控制誤差為細給料一次振動給料量。但上述的計算只是在單粒物料的質(zhì)量小于或等于細電振機每次的振動給料量時才成立。若顆粒物料質(zhì)量大于q時,則應(yīng)以單粒物料的質(zhì)童值作為控制誤差值。

       

      由此可見,系統(tǒng)的控制精度除了和系統(tǒng)的響應(yīng)時間及執(zhí)行機構(gòu)的響應(yīng)特性有關(guān)外,還受稱量物料物理性質(zhì)的影響。物料的流動性好壞、顆粒大小、密度等對控制誤差均有較大的影響。

       

      4.1.2電子稱量誤差△2

       

      包裝秤的電子稱量系統(tǒng)由L/C、稱重控制儀表、機械傳力系統(tǒng)等幾部分組成,它們本身的固有誤差構(gòu)成了系統(tǒng)的電子稱量誤差。其中,L/C和儀表的誤差取決于本身的精度,通過選取高品質(zhì)的L/C和稱重控制儀表,就可獲得較高的精度。而機械秤體傳力系統(tǒng)誤差所占比重較大,也是較難消除的誤差。只有通過提高設(shè)計與制造工藝水平來減少這一部分的誤差。

       

      4.1.3其它干擾誤差△3

       

      (1)振動沖擊誤差,主要由斗體振動及物料沖擊所產(chǎn)生;

       

      (2)料流變化誤差,取決于料柱密度變化及物料流動性變化;

       

      (3)動力源的干擾對執(zhí)行元件動作的影響產(chǎn)生的誤差;

       

      (4)其它隨機誤差,主要由外界系列因素隨機干擾造成的誤差。

       

      總誤差:△=△1+△2+△3

       

      4.2改善措施'

       

      系統(tǒng)的誤差不可能完全消除,但可以采取以下一些措施以減小誤差的不利影響:

       

      (1)由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,設(shè)計過程中運用CAD進行精確的設(shè)計。同時.生產(chǎn)過程中嚴格控制機械加工的加工精度及裝配精度.避免了工藝性不好造成諸如轉(zhuǎn)動不靈活、配合不緊密等問題所引起的誤差。

       

      (2)在計量過程中.計量斗的振動及穩(wěn)定時間長短影響很大。調(diào)整擋料刷,使給料穩(wěn)定均勻.避免忽多忽少。同時在料門與計量斗接觸的部位加上一層橡膠板,避免料門與料斗的剛性碰撞,減小振動,縮短穩(wěn)定時間。

       

      (3)當給料結(jié)束,料口開閉機構(gòu)關(guān)閉時,空中仍有一些飛料。對飛料的影響,一方面要選擇響應(yīng)快的動作執(zhí)行元件,接到信號后,立即關(guān)閉料口開閉機構(gòu),減少飛料量;另一方面,儀表可采用落差補償功能消除飛料的影響。

       

      (4)選用高精度的稱重傳感器,采用高速采樣的動態(tài)稱重顯示器、先進的PLC可編程控制器等。選擇功能穩(wěn)定的氣動元件等。

       

      (5)消除外界環(huán)境的不利影響,如減小振動,降低污染等。

       

      當然,減小誤差的措施很多,不能一一枚舉。在應(yīng)用過程中,要根據(jù)具體情況而定。

       

      5結(jié)束語

       

      定量秤機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計、物料的選擇、目標值的大小、元器件的選用等各因素都對定量秤的速度及精度有一定的影響。同時,在一定范圍內(nèi)速度及精度也有一個反比例的關(guān)系。但速度與精度并非是兩個相互對立的因素,也不是成簡單比例關(guān)系的兩個因素。要想設(shè)計一臺速度及精度均很髙的包裝秤應(yīng)充分考慮前面所討論的各種因素。通過選取高品質(zhì)的元器件、改善秤體的設(shè)計及定量秤工作的外部條件、采用先進的軟件設(shè)計技術(shù)等,充分權(quán)衡精度與速度之間的關(guān)系,采取相應(yīng)的措施,使定童秤的精度和速度達到最佳。

       

       

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