1 引 言

定量包装机是水泥、 化肥、 石膏粉等厂家必备的包装设备之一, 目前, 我国中小型生产厂家普遍采用自动化程度低、 包装精度差、 工人劳动强度大的机械式包装机进行包装。包装时易堵料, 且堵料后排除费时费力, 加上扬尘较严重, 直接影响环境及工人的身体健康。针对以上问题, 开发称量精度及自动化程度高、扬尘少的微机控制定量包装机就非常必要。

2 设计要求及总体方案

包装机主要用于细颗粒及粉状物料的标准自封口纸袋的包装。生产效率: 每嘴 15~ 18 吨/小时; 袋重及精度: 50 + 1 kg,可根据要求在 50kg 以下任意设定, 计量稳定, 能自动调整误差; 除插袋外, 装包、 称量、 料门控制、 卸袋全部自动化, 并配置应急、 调整用的手动操作系统; 跟踪显示袋重, 自动累计装袋数, 袋重超差报警及断电保持记忆等功能; 整机安装高度 H ≤2000mm; 扬尘少, 结构简单, 易维修, 工作安全可靠, 噪音低。

通过对现有包装机的结构进行分析, 对中、 小型水泥厂使用的单嘴包装机, 本文采用两级刚性叶轮送料, 由两个电机分别驱动, 每级电机的开停分开控制, 以防机内小料仓堵料。第一级叶轮保证包装机来料均匀, 由料位计控制电机开停。第二级叶轮保证包装机生产效率, 由微机控制其开停,采用传感器称量。送料闸门采用三位闸门, 保证称量准确。卸袋由推包机构完成。整机由微机控制, 顺序动作。系统的启动靠插袋时纸袋带动一摆杆, 使水银开关转动角度, 接通电源, 向系统发出启动命令。

3 机械系统设计

3. 1 送料系统

标准的自封袋装料口小, 要满足每分钟装 5~ 6 包(250~ 300kg)的生产效率要求, 必须设法提高输送速度。

 第一级送料是为了保证包装机来料充分、 均匀、采用刚性叶轮送料机构。由于粉状物料的内摩擦增加, 将使侧向压力显著降低, 即对竖直壁上的分布由较宽的三角形向较窄的非三角形分布变化, 如图 2。为防止两级送料之间机内料仓发生堵料, 控制机内物料量, 在机内料仓中装有薄膜式料位计, 当料仓中物料低于某一高度时( 料位计的压力减少到某设定值), 料位计接通第一级叶轮送料。当料仓中物料高于某一高度时, 料位计关闭, 停止送料。为防止物料对料位计的冲击而发生误动作, 料位计用钢板加以防护。
 

第二级主送料机构, 为保证生产率、 送料均匀, 也用叶轮送料, 只是速度较快。叶轮轴分为立置和卧置两种,立置叶轮不易堵料, 且叶轮磨损后易更换和维修。为防止出料嘴处发生堵料, 每装一袋, 主电机开停一次。第二级刚性叶轮送料到出料口的距离应尽可能短, 并且尽可能使送料口到出料口之间的距离 L 与管径 d 之比接近于库仑滑移平面与水平面之间夹角正切的两倍。实际结构上可考虑出料嘴要有一定的倾斜, 以便出料。一般与水平成 10b~ 15b为好, 太大会影响插袋。
 

密封是送料机构中必须注意的问题, 在主送料机构中轴承的密封采用了迷宫式、 填料及 J 型骨架密封圈组合密封,防止灰粉进入轴承。在电机上方装有打灰叶轮, 防止灰尘堆淤在电动机上。

3. 2 称重架

称重架上装有料嘴、 压包机构、 托包架、 推包机构、 称重传感器及控制开关等, 承担起袋重及称量。

在料嘴的上方装有压包块, 插袋时压包块顺时针转动, 袋插入料嘴, 逆时针则自锁, 防止在灌装过程中倒袋。插袋时靠纸袋拨动一摆杆, 带动水银开关动作, 实现系统的启动。当袋重达到设定重量时, 系统控制闸门机构, 出料嘴关闭。同时接通推包液压推杆, 机构带动压包块顺时针转动压包架, 推包架顺时针转动推包架。掉袋时弹簧使水银开关复位。托包架主要起托包作用, 可顺时针转动, 以便卸包, 并可在垂直方向调整高度以适应袋长要求。托包架支点稍偏, 以减小推包力。
 

称重架在工作中需和整机机架软连接, 防止称重架左右摆动, 可用四个一定宽度的弹性薄钢片把称重架和整机机架软相连, 弹性薄钢片在垂直方向刚度很小, 而在水平方向刚性较大。也可用四个宽铰支联接。

出料嘴和第二级送料口的联接可用橡胶软管联接, 这种联接没有跑灰。也可用两法兰面对接, 中间加泡沫塑料防止跑灰。

推包执行元件的选择: 推包执行元件可以采用电磁铁、气压缸、 液压缸及电动液压推杆等。由于灰尘的影响, 电磁铁工作易出现故障, 且调整麻烦, 在机械式包装机中较多使用, 气压缸和液压缸是比较理想的执行元件, 但需要压缩空气及液压系统, 增加设备投资, 压缩空气会使灰尘扬起, 使气压、 液压元件的维护保养比较困难, 在大型回转包装机中有采用。本机采用电动液压推杆, 价格便宜, 使用维护方便, 作为小型包装机的推包元件是比较理想的。

3. 3 送料闸门机构

送料闸门可用横向或竖向闸板。 由于物料中会混有硬颗料, 横向抽动, 闸板易卡死, 故以垂直抽动闸板为好。闸板可以用电磁铁、 气缸、 液压缸或电动液压推杆来抽动。如上所述, 以电动液压推杆作为执行元件较好。机构如图 6, 工作过程为: 大、 小液压推杆得电, 闸门全开; 大液压推杆失电,小液压推杆使闸门微开, 可通过螺旋调整开关量大小; 大、 小液压推杆都失电, 闸门全闭。

3. 4 包装机的防尘

防尘贯穿于各个环节之中, 闸门、 第二级叶轮送料口和出料嘴的连接处的防尘如上所述。纸袋入口处和扬起的粉尘由收尘器来收尘, 在包装机的侧面留有吸尘口。

4 控制系统设计

本机采用微机对系统进行控制, 实现以上要求, 所有参数以人机对话的方式设定。以 MCS 系统单片微机为主芯片, 并配备外部 ROM、 信号放大电路、 可编程I/O 口及扩展、 A/D 转换器等。强电部分采用了固态继电器 SSR、 实现执行元件的频繁通断。此继电器开关速度快、 工作频率高、 体积小、 重量轻、 寿命长、无机械噪声、 工作可靠、 耐冲, 其输入控制端与输出端用光电耦合器隔离, 所需控制电压低、 电流小, 非常容易与单片机控制输出接口。另外此继电器用在有腐蚀、 灰尘大和有振动的场合独具优越性。由于电机频繁启动, 为防止电机过热, 电路中装有热继电器, 对电机起过热保护作用。

工作原理为拉力传感器不断地将水泥重量转换成微弱的模拟电压 , 再由放大电路将其放大并滤除其中的噪声干扰成份, 然后经 A/D 变换器将电模拟量变换成数字量。单片机是系统的数据处理、 存贮和指挥中心, 其核心部分为CPU, 它在软件的支持下对经过 A/D 变换的秤重数据进行运算和处理, 对整机进行控制。

与单片机相连的外部设备  － 键盘和显示器是实现人机对话的媒介, 可以通过键盘实现“ 置零”、 “启动”、 “标定”、 “ 设参”等操作。

在称重架上还装有与“ 启/停”键作用相同的急停开关,当发生如纸袋脱落等突发性事故时, 可按此开关急停, 微机从装袋状态下迅速退出。

整个系统还配置了“ 手动/ 自动”的开关, “ 自动”状态执行控制工作循环。“手动”状态用于整机调试, 检查主电机和电动液压推杆的工作情况。

5 结束语

微机控制单嘴水泥定量包装机生产效率高, 除人工插袋外, 系统启动、 装袋、 称量、 料门控制、 累计装袋数、 卸袋全部实现自动化, 袋重可在 50kg 以下任意设定, 变速送料使称量更准确, 并且避免了开机不装包时机内发生堵料的情况, 整机安装高度低。作为机械式包装机的更新换代产品, 特别适应于中、 小型水泥厂使用或老式包装机改造。

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