在商品流通中人们对小袋商品的包装提出了越来越高的要求,不仅要求包装美观、便于运输、储存、使用方便和产品保质,而且要求包装袋内的商品计量准确,误差小。“计量”是包装过程中的重要组成部分,因此商品包装的精确计量是包装行业时刻关注的一项重要课题。为此,我们将多年来和企业合作研制的容积式和动态称重式计量装置方案总结、比较如下。

一、容积式定量包装计量装置

容积式定量包装计量装置适用于视密度稳定、容量较小的物料包装计量。其结构简单,计量速度快,成本低,但准确度低(一般只能达到3%～1.5%)。

1.容杯式定量包装计量装置

容杯式定量包装计量装置,分为固定和可调容杯式定量包装计量装置两种。

固定容杯式定量包装计量装置有两种类型,一种适用于颗粒状、粉状物料包装;另一种适用于粉状物料包装。

适用于颗粒状、粉状物料包装主要由料斗、定量杯、转盘、刮板、粉罩、活门、转轴及机架等组成。其工作原理为:转盘带动定量杯在转轴的作用下作旋转运动,当定量杯转入由刮板隔断的料仓时,向其内充填物料,同时料斗补充物料,以便定量杯充满物料;当定量杯转出由刮板隔断的料仓时,刮板将其上口物料刮平,保证各杯料高一致;当定量杯转到卸料口时,由固定在机架上的顶杆拨开其底部的活门,物料经下料管落入包装袋,落料完毕再由顶杆关闭其底部的活门,完成计量自动落料的动作要求。

适用于粉状物料包装主要由料斗、定量杯、滑板、滑座、滑座盖、支座、搅拌器及机架等组成。其工作原理为:滑板带动定量杯在驱动机构的作用下做等幅往复滑移,搅拌器匀速转动防止物料结块,当定量杯滑到料斗的下料口时,其内充填物料,不仅保证了定量杯中能够充满物料,而且保证了其内物料比重均匀,当定量杯滑出料部下料口时,滑座盖将其上刮平,保证其料高一致;当定量杯滑到漏斗上口时,其内物料经漏斗落入包装袋,完成计量自动落料的动作要求。后者比前者生产效率低,但能更好地适应粉料计量。

可调容杯式计量装置适用于物料视密度变化对准确度有较大影响的颗粒状、粉状物料包装。主要由料斗、可调量杯、旋转盘、定盘、刮板、粉罩、调整机构、控制装置及机架等组成。其工作原理为:旋转盘带动可调量杯(由固定杯和可调杯组成)、下刮板随转轴在原动机的驱动下一起作旋转运动,当可调量杯随旋转盘转入料斗底部时,料斗中的物料自动填充量杯,并由固定在料斗上的上刮板(由收集板和刮平板组成)将杯口刮平,保证旋转盘上不积物料和各可调量杯料高一致;当计量杯再转至定盘的长圆孔卸料口时,可调量杯中的物料落入包装袋的同时,固定在可调杯后与可调杯同步旋转的下刮板将可调杯渗出的物料刮至卸料回落入包装袋,完成计量自动落料的要求。可调杯的上端套在固定杯的外表面,下端与定盘接触,并在定盘上滑动;可调杯与固定杯内表面组成的内腔为计量容腔;可调杯与定盘在调整机构的作用下可上下滑动,以改变计量容腔的容积。调整机构的调整轴两个外伸端上,一端与伺服电机直接相联,另一端与手动调节机构绞合式联接,因此可实现计量的手动和自动调节。

2.转鼓式定量包装计量装置

转鼓式定量包装计量装置是依靠转鼓外线穿腔和壳体内表面形成的密封容腔实现计量的。适用于密度稳定和流动性好的物料包装。

转鼓式定量包装计量装置分为扇形转鼓定量包装计量装置和槽形截面可调容腔的圆柱形转鼓定量包装计量装置两种。扇形转鼓定量包装计量装置,主要由料斗、转鼓、壳体及机夹等组成。其工作原理为:转鼓在传动轴的作用下作旋转运动,当转鼓上的扇形槽转到料斗下部的进料管位置时,物料从料斗经进料管落入转鼓的扇形槽;当转鼓转出进料管位置时,由壳体内表面将扇形槽内多余物料刮去,保证转鼓外线容腔和壳体内表面形成的密封容腔内的物料体积一致;当计量腔随转鼓到出料管时,物料经出料管落入包装袋,完成计量自动落料的要求。槽形截面可调容腔的圆柱形转鼓定量包装计量装置,主要由料斗、转鼓、壳体、调节机构及机夹等组成。其工作原理同扇形转鼓包装。它是通过转动调节螺丝,改变计量容腔中柱塞板的位置来实现计量调节的。

3.柱塞式定量包装计量装置

柱塞式定量包装计量装置结构简适用于粉状、颗粒状和粘稠物料包装。更适用于流动性小、易结块和产生架桥等柱塞现象的物料包装。主要由料斗、壳体、柱塞及机架等组成。其工作原理为:柱塞在驱动机构的作用下作直线往复运动,当柱塞向左移动时,转阀顺时针方向转动关闭出料管打开进料管,料斗中的物料经进料管被吸入柱塞和壳体形成的容腔实现计量;当柱塞向右移动时,转阀逆时针方向转动关闭进料管打开出料管,物料被推入出料管落入包装袋,完成计量自动落料的要求。

4.螺杆式定量包装计量装置

螺杆式定量包装计量装置是一种利用螺旋给料器来完成计量的装置。在每一装料循环中,只要精确控制螺杆的转数,就能获得所要求的计量。该装置的装料距离短,很少飞扬粉尘,且速度快,适用于粉状物料包装。但计量螺杆加工精度和成本高。

螺杆式定量包装主量装置结构主要由驱动装置、计量螺杆、料斗、搅拌器及机架等组成。其工作原理为:驱动装置带动计量螺杆和搅拌器由送料口送入计量管,经接料斗落入包装袋,完成计量自动落料的要求。

上述几种方案都是非连续式落料方案,有利于制袋包装的横封,并能保证计量容腔中的物料与落入包装袋中的物料容积保持一致。虽然其结构简单,动作灵活,计量速度快,成本低,但是计量容腔的制造误差、物料的密度变化都会直接影响计量精度,故只适用于定量准确度要求不高的场合。

二、称重式动态定量包装计量装置

称重式动态定量包装计量是指对变化或运动中的物料进行定量称重计量的方式。适用于易吸潮结块、颗粒不均匀及视密度变化较大等物料的计量。其结构复杂,计量速度慢,成本高,但准确度高(能达到1%～0.1%)。

1.连续称重式计量

连续称重式计量实质上是定时计重量。通过闭环控制系统,控制物料的稳定流量及其流动时间间隔进行计量。

连续称重式定量包装计量装置主要有电子皮带秤和螺旋秤。电子皮带秤适用于粉粒物料包装。主要由料斗、输送装置、计量秤、传感器、称重调节控制器及机架等组成。其工作原理为:当物料由料斗经自动控制闸门流到输送带上时,连续匀速运转的输送带将物料带到秤台,皮带秤立即测出该段皮带上物料的重量,并将物料容重变化经传感器转变成电信号传给称重调节控制器,控制粒斗自动调节闸门的开度,保证物料流量的稳定。再经与皮带电子秤同步运转的等分盘,将皮带秤输送带上某段范围内的物料分成分量相等的充填量落入包装袋,完成计量自动落料。螺旋秤适用于不会产生粘附和起拱的颗粒物料。主要由料斗、伺服电机、螺杆给料器、挡板、传感器、调节控制器及机架等组成。其工作原理为:伺服电机带动螺杆给料器作旋转运动,并将料斗中的物料由螺杆给料器向前推动经下料口落到挡板上;物料对挡板冲力的垂直分量能经传感器转化为电信号传给调节控制器,并由调节控制器调节控制伺服电机的转速,改变物料的流量。由于传感器的输出信号的强弱与物流冲力成正比,所以能够保证物料流量稳定,达到准确定时计量的目的。再经与螺杆秤同步运转的等分盘将螺杆给料器推出的某段范围内的物料分成分量相等的充填量落入包装袋,完成计量自动落料的要求。

2.非连续称重式定量包装计量

非连续称重式定量包装计量,实质上是通过闭环控制系统,控制进入秤斗物料多少进行计量。适用于粉粒物料包装。

非连续称重式定量包装计量装置,可分为利用槽式振荡器供料和利用螺旋杆供料两种形式。利用槽式振荡器供料主要由料斗、槽式振荡器、秤斗、称重传感器、控制系统、执行机构及机架等组成。其工作原理为:槽式振荡器将料斗内的物料,由粗给料调节闸门和细给料调节闸门控制成一定厚度,分别通过振动槽和槽端的粗加料开关闸门和细加料开关闸门流入秤斗,与秤斗直接接触的称重传感器将物重直接变成电信号传给单片机控制系统,并与设定值进行比较,当秤斗内的重量达到设定值的90%时,发出粗加料终了信号,使槽式振荡器的粗加料开关闭门在气缸或电磁铁的作用下关闭出料口,由细给料振荡槽单独供料,直至发出满秤信号,使槽式振荡器的细加料开关闸门在气缸或电磁铁的作用下关闭,槽式振荡器停振,并下达放料指令,在气缸或电磁铁的作用下通过秤斗门拨杆打开秤斗门,物料经充填斗落入包装袋,完成计量自动落料。利用螺旋杆供料的主要由料斗、步进电机、秤斗、供料螺杆、称重传感器、控制系统、执行机构及机架等组成。不同之处,是该装置通过控制步进电机单位时间的驱动脉冲数实现给秤斗的快、慢速加料。实质上是控制供料螺杆的旋转速度和旋转角度完成动态供料的。

三、结语

称重式动态定量包装计量装置与容积式定量包装计量装置相比虽然结构复杂、计量速度慢、成本高,但是单机不仅能够满足多品种、多计量的粉粒包装要求,而且计量准确。随着科技进步和组合秤的使用不仅提高了称重式动态计量装置的计量速度,而且大大降低了成本。因此,动态计量包装作为包装行业的发展方向,一定会得以迅速发展和不断提高完善。当然,根据不同物料和不同准确度要求,我们可以选择不同的定量装置满足包装行业的不同需要。

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