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0簡介
自20世紀(jì)80年代以來，超細(xì)粉體制備技術(shù)作為一門新興學(xué)科在我國發(fā)展迅速。超細(xì)粉末具有不同于其原始固體材料的體積效應(yīng)和表面效應(yīng)[1]。其在光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)方面的優(yōu)異特性拓展了新型功能復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展前景，并在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域得到了迅速應(yīng)用[2-4]。近年來，隨著國內(nèi)超細(xì)粉體市場的逐步擴(kuò)大，出現(xiàn)了大量超細(xì)粉體生產(chǎn)企業(yè)，其生產(chǎn)技術(shù)不斷創(chuàng)新，但包裝方法普遍落后，難以滿足日益增長的市場需求。將現(xiàn)代技術(shù)引入超細(xì)粉體包裝，采用自動化生產(chǎn)包裝技術(shù)，有利于提高超細(xì)粉體的生產(chǎn)效率，促進(jìn)超細(xì)粉體企業(yè)的發(fā)展[5]。
灌裝計(jì)量是超細(xì)粉體包裝過程中的重要環(huán)節(jié)。固體顆粒和粉末的傳統(tǒng)定量包裝技術(shù)有兩種:體積計(jì)量和稱重計(jì)量。國內(nèi)外對超細(xì)粉體填充計(jì)量機(jī)理的研究很少。德國某公司生產(chǎn)的超細(xì)粉末超壓灌裝閥袋自動包裝機(jī)代表了目前世界先進(jìn)水平。
1包裝形式和包裝要求
1.1超細(xì)粉的包裝形式。
開袋是一種既兼顧傳統(tǒng)理念又兼顧先進(jìn)理念的包裝袋。包的底部是封閉的，另一端是開放的。包裝后的產(chǎn)品通過傾倒或重力直接放入袋中，用手持或其他工業(yè)封口機(jī)密封包裝?？偟膩碚f，開袋包裝成本比較低，技術(shù)含量也比較低。閥袋[8]，俗稱糊底袋，是目前世界上最流行的包裝袋。它通過袋子頂部或底部的閥口進(jìn)料，并用特殊的灌裝設(shè)備灌裝。
車身，堆放整齊，美觀，屬于環(huán)保包。閥套底部熱封焊接，使閥口密封牢固[9]，包裝成方形，保證了下落狀態(tài)下受力均勻，避免了縫紉完成密封時留下的縫紉針孔的薄弱受力環(huán)節(jié)；一般閥套筒內(nèi)部用薄膜覆蓋，充料完成后閥口密封，密封性能好；包裝產(chǎn)品為方形，便于堆放、運(yùn)輸和儲存；與縫開口袋相比，不需要縫紉線，成本更低。
總的來說，考慮到密封、運(yùn)輸和成本等因素，選擇閥袋的包裝形式對超細(xì)粉體生產(chǎn)企業(yè)更有利。
1.2超細(xì)粉的包裝要求。
德國某公司使用的超壓灌裝。
該系統(tǒng)對粉末制造工藝和包裝袋(粉末均勻、強(qiáng)度高、包裝袋透氣性好)有嚴(yán)格的要求，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)很難滿足要求。根據(jù)超細(xì)粉體粒徑小、含氣量大、易揚(yáng)塵等物理特性和國情，提出幾點(diǎn)要求:(1)減少揚(yáng)塵，清潔包裝；(2)降低物料的含氣量，節(jié)約包裝材料；(3)提高包裝精度，保證包裝速度(以25公斤一袋的鈦白粉為例，包裝速度為1袋/分鐘，精度為2‰)。
2.超細(xì)粉末自動包裝工藝設(shè)計(jì)
采用閥袋包裝，滿足清潔環(huán)保包裝要求；在物料供應(yīng)、灌裝、稱重和計(jì)量過程中進(jìn)行排氣處理，降低物料的氣體含量；氣吹超壓充氣的機(jī)械系統(tǒng)不符合國情。體積量化和稱重量化是我國常用的量化方法。體積量化的測量精度與材料的疏松度和密度穩(wěn)定性有關(guān)。一般來說，稱重定量的準(zhǔn)確性優(yōu)于體積定量。因此，采用螺旋送料和傳感器稱重相結(jié)合的方式來提高包裝精度。整體工藝流程如圖所示，所有工位均可由機(jī)器自動完成。其中，物料進(jìn)料、物料灌裝和物料計(jì)量是關(guān)鍵工序，因此灌裝計(jì)量機(jī)構(gòu)一直是超細(xì)粉體自動包裝設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

3.灌裝計(jì)量機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
灌裝計(jì)量機(jī)構(gòu)主要由螺桿驅(qū)動裝置、過渡倉、攪拌器、螺桿、組合套、固袋前套、吹氣嘴和稱重振動臺組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

螺桿的旋轉(zhuǎn)動力由帶編碼器的伺服電機(jī)提供，由同步帶驅(qū)動，可精確控制螺桿的轉(zhuǎn)速。物料從超細(xì)粉倉中排出，通過過渡倉后由攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢?，松散后由喂料螺桿向前喂料。物料通過排氣段時，負(fù)壓排氣口將物料排出一次，致密段通過改變螺桿體積將物料壓縮排出兩次。材料被輸送到卸載段，并開始進(jìn)入閥腔。螺桿停止轉(zhuǎn)動后，吹氣嘴將套筒口處的余料吹掉一次，完成整個加料灌裝過程。稱重振動臺上安裝有傳感器，可以實(shí)時測量閥套的重量，并將傳感器獲得的重量信號反饋給螺桿電機(jī)。當(dāng)重量達(dá)到某一預(yù)設(shè)值m(m<包裝重量值m)時，降低螺桿速度進(jìn)行慢速灌裝；當(dāng)重量達(dá)到設(shè)定的包裝重量m時，螺旋電機(jī)得到信號，螺旋停止旋轉(zhuǎn)。整個計(jì)量過程通過編碼實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，螺桿轉(zhuǎn)速變化實(shí)現(xiàn)先快后慢的灌裝方式，提高計(jì)量精度。整個工作流程如圖所示。

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