青海省是資源大省，各種礦產資源的開采和利用應該成為青海省經濟發展的強大後盾。在各類礦產資源中鹽湖資源占有舉足輕重的地位，有資料表明，青海省鹽湖資源的遠景儲量和查明儲量均居全國之首。青海省已經探明的鹽湖數達23個,其查明儲量為5330000萬t0除了交通運輸能力、地理原因外，一個製約青海省資源合理開采利用的重要原因就是生產企業的實際生產設備相對落後。對於青海省鹽業生產企業來說，工業原鹽的包裝計量一直是製約原鹽生產的“瓶頸”之一，這一問題長期未能得到解決。
原鹽的計量包裝之所以成為一個行業內的難題是和原鹽的物理、化學特性分不開的。從鹽湖采挖出的原鹽顆粒度極不均勻、含水率較高,即使經過堆坨蒸發處理後還是極易板結成塊，這樣在鹽坨表麵形成一層厚約20cm~30cm的鹽蓋，鹽蓋的形成減弱了鹽坨的蒸發效果，致使原鹽含水率依然較大，易板結的特性使鹽坨內的原鹽再次板結成塊,顆粒度依然不均勻。另外，鹽對機械設備的腐蝕性極強。這些都給原鹽計量包裝設備的設計增加了難度。原鹽的這些特性對於機械秤、電子秤的準確計量都造成了不利影響。具體表現:顆粒度變化較大使原鹽進入計量裝置時的落料衝擊不均勻，造成計量裝置工作不穩定或生產效率低;含水率大使原鹽易粘結在計量容器中，造成計量後誤差;腐蝕性強影響計量設備中機械裝置及電子元件的正常工作。
因此，目前國內包裝秤(包括電子秤)不能完全適用於原鹽計量包裝的主要原因。
1舊式杠杆包裝秤的設計和使用
20世紀70年代，由北京輕工業設計院設計的杠杆式自動包裝秤在內蒙古自治區及青海省的一些主要鹽業生產廠家中投入使用。該秤設計的有效計量斤數為100kg,設計為全機械結構,實際生產效率較高，計量誤差基本能滿足當時的鐵路運輸及行業標準。其計量部分的結構如圖1。

1_計量杠杆;2—料鬥;3-料鬥支承;4-杠杆支承;5-滾輪;6-壓板組合；7一秤體；8-翻料鬥滾輪;9-翻料鬥翻料鬥支承；11-擺動架組合

圖1舊式杠杆秤結構簡圖
Fig.1Oldleverscaleschematiediagram
該秤由自流式料倉為其供料，料倉門通過杆件與杠杆的料鬥支承相聯，在料鬥計量完成並向下運動時，杆件隨之關閉料門，停止對料鬥的供料。秤體下端有集料鬥，工作時,灌包人員手持鹽袋並將其套在集料鬥出料口接鹽。
該秤的工作過程如下：當料鬥的鹽料達到設計值時,杠杆左端重量大於右端,則杠杆以杠杆支承為支點發生逆時針轉動，轉動過程中杠杆右端將壓板組合(其上可通過增減配重片調整秤的計量範圍)推開，被推開的壓板組合翻落到其支承架上。杠杆左端料鬥繼續下落，當翻料鬥下側的四個滾輪落到相應的滑軌上時,翻料鬥被打開，料鬥內計量好的鹽被釋放，完成一次灌包。料鬥內的鹽釋放後,杠杆右端的重量大於左端,杠杆繞杠杆支承順時針翻轉，當左端落到圖2所示位置時，擺動塊組合被撞擊並推動壓板組合上翻，使之再次加載在杠杆右端，此時，料倉門也在料鬥上行過程中逐漸打開並向料鬥再次供料，實現第二次計量。
在實際投入生產後發現,該計量秤存在重複精度低、噪聲大、調整頻率高、岀料口處因沒有自動夾袋裝置而使操作人員的勞動強度大等缺點。進入20世紀80年代後，相關部門提高了對計量包裝的要求，該秤的計量誤差很難達到原鹽使用廠家和鐵路運輸部門的要求，國內各鹽業生產廠家也基本停止了對該秤的使用，而普遍采用生產效率較低的磅秤進行計量包裝。
2電子包裝秤的應用與不足
20世紀90年代，在其他計量包裝應用領域，如糧食、化肥、飼料、化工等生產企業，電子計量包裝秤應用已較為普遍。這些物料的粒度、濕度相對均勻，流動性也較好，隨著應用電子技術、測試技術等的不斷進步，計量包裝秤的設計也進入了電子和微電子時代。電子計量包裝秤的主要工作元件為稱重傳感器,在實際使用中，它具有重複精度高、自動化程度高等優點。但在鹽業生產企業裏，電子計量包裝秤隻得到了有限的應用。它們隻能應用於粒度較細、濕度均勻的精煉鹽及粉洗鹽的生產中，進行原鹽計量包裝時,依然存在計量不穩定、故障率高、維護成本高等明顯不足。青海省的幾個鹽業生產廠家均不同程度地存在電子計量包裝秤因不滿足實際使用要求而閑置廢棄的情況。
3新型杠杆式計量包裝秤的設計及使用
為滿足青海省鹽業生產企業的實地生產要求，設計可靠性、穩定性更高、操作維護更方便的計量包裝秤勢在必行。為此,有必要對舊式杠杆秤進行科學分析，找到影響其計量精度及實際使用的真正原因，為新型杠杆秤的研究和開發提供依據。
3.1舊式計量包裝秤的不足
(1)杠杆支點的支承精度不高
杠杆作為計量秤的重要部件，支點的支承精度越高，實際的計量誤差就越小。當采用球軸承作為支承零件時,杠杆的實際支承為麵接觸，最終造成杠杆的靈敏度不高,影響整個計量包裝秤的計量精度。
(2)供料係統不能實現精確的供料控製
舊式計量包裝秤的供料方式為自流式料倉供料，原鹽的流動性不好，自流狀況受原鹽的粒度、濕度影響較大，因此，這種料倉難以實現向料鬥的均勻連續供料。同時，因自流式料倉門的關閉動力取自杠杆的下落動作，因此，連接倉門和杠杆的杆件釵接點處摩擦力的變化會影響倉門的準確動作，使倉門的開關程度並不穩定,這樣也會造成供料的不均勻。
(3)壓板組合存在質心偏移現象
當杠杆處於計量狀態時,隨著杠杆左端料鬥內鹽料的增多,杠杆右端會逐漸上抬，而壓板組合也會發生輕微轉動，壓板組合的質心也因此向右移動。壓板組合實際起著稱量瑟碼的作用，秩碼位置的變動勢必造成稱量斤數的變動。另外,壓板組合內軸承的潤滑情況還會影響壓板組合翻轉的靈敏度。
(4)操作人員勞動強度大
秤體下端未設計自動夾袋裝置,計量好的鹽料在料鬥翻料板打開後因自重下落到操作人員手持的鹽袋中，使操作人員的勞動強度過大。
(5)秤的可操作性不強
因計量杠杆的體積較大,在對計量裝置進行調整時，隻有通過增減壓板組合上的秩碼片重量來實現。更為不利的是，這種秤一個工作循環完成後，下一個緊跟著自動開始，操作人員隻有全力配合機械設備,從而形成“機械操作人”的緊張工作狀態。3.2新型計量包裝秤的設計和使用
在深入分析和研究舊式杠杆秤所存在的種種影響計量精度及操作性的內在機理後，提出如下新的設計案。
3.2.1供料係統的設計
對於計量包裝秤來說，連續均勻地供料並對供料實現準確的控製是實現原鹽計量的起點。自流式料倉供料時，因料倉底板與水平麵所構成的夾角大於鹽料的安歇角(N40。)，鹽料在自重下可以順出料口流出，完成對計量鬥的供料。但實際生產中，鹽料的粒度、濕度不同,流動性也不同，因此，自流式的料倉很難實現連續均勻供料。國內類似設備中還有皮帶機供料、電磁震動式供料和螺旋輸送機供料三種方式。皮帶機供料方式適用於物理狀態較穩定的粉狀物料,電磁震動式供料適用於流動性好的物料，這兩種方式均無法滿足原料的實際工況。螺旋輸送器供料應用於原鹽的計量包裝較為理想。因為，實體麵型螺旋葉片不但能實現連續均勻的供料，同時還可以通過螺旋對鹽料的擠壓使輸出的鹽料粒度趨向均勻。
因此，供料係統采用螺旋輸送器供料。為實現對供料的精確控製，螺旋軸驅動電機的合理選配非常重要。因為，計量包裝秤應達到一定的生產率，螺旋軸轉速越快，供料速度就越快，生產效率就越高。但轉速高，螺旋軸的慣性越大，當計量部分已經達到標準重量時，螺旋軸在慣性作用下的轉動則會造成計量後誤差。慣性的大小隨螺旋輸送器內鹽料的粒度、濕度以及螺旋葉片相對出料口的位置等的變化而變化。因此,在計量包裝秤中應用的電動機應有良好的製動性能，最終選擇錐形製動電機作為新型計量包裝秤的動力。
螺旋軸的設計轉速、螺旋軸節距和直徑等幾何尺寸的合理確定也是螺旋輸送器設計中的重中之重。螺旋軸葉片的直徑越大、節距越長，一個節距螺旋內所存的鹽料就越多，鹽的慣性就越大，同時，螺旋輸送器內螺旋軸葉片與出料口構成空間的隨機變化也越大。這兩個原因就會造成計量完成後,因供料未完全終止而引起的計量後誤差變化範圍過大。螺旋軸葉片直徑過小、節距過小，螺旋輸送器的輸送能力變小，計量秤的生產率偏低。此外，節距過小，會導致螺旋供料器對物料的適應性變差，“吃粗糧”的能力降低。因此，合理確定螺旋軸葉片的直徑和節距可以有效的消除計量包裝秤的計量後誤差。另外,螺旋軸的轉速應在滿足實際生產效率的前提下盡可能的降低，因為,螺旋軸轉速過高時,螺旋葉片切線速度過高,進料口的鹽料因葉片的高速拋摔使螺旋輸送器內容納的鹽料減少而影響實際進料速度。
3.2.2計量裝置的設計
計量裝置是杠杆秤設計的核心部分，它主要由計量和翻料兩部分構成。計量杠杆是主要的工作部件之一，若杠杆的體積過大，整個計量秤的體積也大，造成實際的使用和維護工作較為不便。因此，在新型杠杆式計量包裝秤設計中合理地確定計量杠杆的結構、尺寸、杠杆比、支承方式等是計量裝置設計的重心。翻料鬥的合理設計是新型杠杆式計量包裝秤的難點之一，因為，翻料鬥聯接在計量杠杆上,若引進動力驅動裝置實現計量後的放料，會造成計量裝置的結構過於複雜，降低計量裝置工作的可靠性。而釆用如下結構就可以簡便有效地完成計量後的自動放料和回位。
圖2為新型杠杆秤計量裝置的基本結構圖。整個計量裝置由對稱放置於杠杆左端的兩個支承刀口支承於秤體的刀架上，杠杆支承刀口左端有可調整杠杆水平的兩個調整螺釘限位，調整螺釘位於秤體上,正對著杠杆支承的豎直中心，計量鬥內無鹽時，因杠杆支承刀口右端重量大於左端,但由兩個限位螺釘限位,杠杆處於水平位置。當計量鬥上端的螺旋輸送器向其供料時，若計量杠杆支承刀口左端重量稍大於右端，則杠杆開始以支承刀口為中心發生逆時針轉動,而杠杆最右端的上部裝有行程開關,杠杆的微動觸動行程開關，行程開關的動做切斷了螺旋輸送器的電源,螺旋輸送器停止工作，一次計量完成。為保護行程開關不受杠杆右端的過度擠壓，杠杆右端設有限位塊,行程開關被觸發後由限位塊承受杠杆右端的壓力。

1-計量鬥；2-翻料鬥支承;3-電磁鐵;4-翻料鬥；5-杠杆；6-硃碼;7-遊碼；8-支承刀口；9-杠杆支承

圖2新型杠杆秤三維結構圖
Fig.2Three-dimensionalstructureofnewleverscale
下端翻料部分是由兩個對開的翻料鬥、電磁鐵和翻料鬥支承等組成。翻料鬥的支承中心平行於電磁鐵的吸合平麵,並通過翻料鬥的質心，這樣，兩個對開的翻料鬥在自然狀態下處於圖3所示位置。計量秤啟動後，翻料鬥兩側的兩對電磁鐵吸合,吸合力大於計量鬥滿鬥時鹽料對翻料鬥的側壓力。翻料鬥側板與水平方向所成夾角大於鹽的安息角，以保證電磁鐵斷電後，計量鬥的鹽料在自重下可以全部迅速下落到下端的集料鬥內實現灌包。鹽料放完後，翻料鬥在重力作用下自動回位到初始位置，此時，電磁鐵已處於加電狀態，待翻料鬥自行回位到初始位置後，電磁鐵再次吸合。
在設計計量杠杆時,杠杆比(杠杆支承刀口左端和右端臂長之比)的確定需考慮以下幾項內容：
(1)杠杆右端的杠杆臂應有足夠的強度和剛度,本設計方案中杠杆臂的截麵形狀為“T”形；
(2)杠杆比過大,杠杆支承刀口右端的長度過長，對杠杆臂的強度、剛度要求高,也使杠杆左端的兩個調整螺釘受力過大,使用壽命縮短；
(3)杠杆比與杠杆兩端的實際重量比應合理匹配，以使瑟碼的重量和體積不至於太大；
(4)根據杠杆比，合理分配秩碼和遊碼的重量，以使計量秤的調整範圍略高於標準計量範圍(定量秤的稱量範圍)，以適應原鹽的物理特性。
計量鬥與計量杠杆的釵接可以很好地解決供料不均勻時計量鬥內鹽料的質心和形心不重合的問題。對於計量杠杆來說，計量鬥內如果發生質心與形心不重合現象時,相當於計量杠杆左端鹽料重心在水平方向上發生了偏移，這種因供料不均造成鹽料質心的偏移將極大地影響計量精度。因此，在結構設計中應保證杠杆支承內軸承的合理配合尺寸，過盈量大，軸承的轉動阻力矩就大。這一原則也適用於翻料鬥餃接的設計。翻料鬥設計中，翻料鬥的側板與水平方向所成夾角過大，雖然能使落料速度加快，但翻料鬥豎直方向尺寸也增大,整個秤體的高度隨之增高。翻料鬥支承在豎直方向上的延長線必需通過翻料鬥的質心，並且翻料鬥的支承點與其質心的連線應與電磁鐵的吸合麵平行。質心的計算中應包括電磁鐵的重量和位置。這樣，即能保證翻料鬥放料後的回位，同時，也能減輕對開式翻料鬥回位後相互撞擊的噪聲。
3.2.3夾袋裝置的設計
夾袋裝置在國內各種包裝秤中應用已比較普遍，主要有機械式和氣動式兩類。氣動式夾袋裝置的動力為雙作用氣缸，因此，整個氣路環節中的零部件較多，各類控製閥及密封件在原鹽生產環境內故障率較高,維護成本也高，機械式夾袋裝置更能滿足實際的生產要求。設計中可利用機械裝置的自鎖來實現夾袋。設計原理如圖3。
驅動盤的旋轉運動經驅動杆、限位板等的共同作用轉化為驅動杆的上下運動，當驅動杆轉動到圖示位置時，夾袋杠杆運動到死點位置，因與驅動盤聯接的蝸輪減速器減速比較大，其反向阻力矩也大，由此,夾袋杠杆被鎖死在圖示位置，夾袋杠杆下端的橡膠板將鹽袋夾死在集料鬥的出料口處，實現灌包時的夾持。鬆袋時，驅動電機反轉，驅動杆向下運動，則鹽袋被釋放。
夾袋裝置的設計應根據實際所需要的套袋間隙反算出驅動盤的最大行程。行程過小，鬆袋後的間隙太小，操作人員套袋困難。行程過大，整個夾袋裝置的體積隨之增大，並且夾袋裝置的動做時間相應延長。

1橡膠塊;2-夾袋杠杆;3-中間支承;4-餃接銷;5-接杆;6-限位夾板;7-驅動杆;8-驅動軸；9-驅動盤；10-集料鬥

圖3夾袋裝置原理圖
Fig.3Folderbagdeviceschematicdiagrm
在結構設計中，餃接部分可采用軸套式滑動軸承，以減小皎接部分的幾何尺寸;橡膠板與夾袋杠杆的聯接方式應以拆卸方便為原則。
3.2.4電器控製係統的設計
電器控製係統將三個主要工作部分聯係起來，構成了一個完整的計量包裝秤的工作流程。基本控製流程圖如圖4。

圖4控製係統流程圖
Fig.4Controlsystemflowdiagram
控製係統由三個工作循環構成，即螺旋輸送器工作循環、翻料鬥開啟閉合循環和夾袋鬆袋循環構成。其中夾袋鬆袋循環是由操作人員人為控製的，其他兩個循環均為自動完成,因此，整個係統的可操作性較強。係統工作開始時，閉合電源開關後，翻料鬥自動吸合，並啟動螺旋輸送器開始供料。當計量杠杆完成計量後，若夾袋部分不動作（不套袋），則計量鬥內的鹽料因翻料鬥的電磁鐵處於吸合狀態而保持在計量鬥內。此時，控製螺旋輸送器的行程開關仍然被計量杠杆右端壓著，螺旋輸送器因此不能起動。當夾袋裝置因套袋而觸動夾袋開關時，夾袋電機驅動夾袋杠杆並一直運動到夾緊位置，同時，夾袋限位開關觸發,使翻料鬥電磁鐵斷電,計量鬥內的鹽料因自重落入其下端的集料鬥,並實現灌包。翻料鬥放料完成後自動回複到吸合位置，計量鬥的鹽料的釋放使計量杠杆再次回到水平位置，計量杠杆右上端的行程開關被放開,螺旋輸送器再次被啟動，開始第二次供料。
灌包完成後，鹽包因鬆袋延時繼電器的延時，仍夾持在集料倉的出口上，延時時間和取袋、套袋的動作時間之和大於螺旋供料器的供料完成時間，因此，在第二次套袋之前,計量鬥內的第二次供料已經結束，保障了計量包裝秤的灌包效率。
4結束語
青海省是工業原鹽的生產大省,湖鹽資源極其豐富，但原鹽的計量包裝一直未能得到很好地解決。內地計量包裝設備生產企業所生產的計量包裝設備多以海鹽、井鹽為設計對象，海鹽和湖鹽在物理特性上的不同在計量包裝上也應區別對待。基於上述設計思路研製的新型杠杆式計量包裝秤已在青海省內部分鹽業生產企業投入使用。新秤具有計量穩定、生產效率高、維護保養方便、性價比高等顯著優勢，較好地解決了青海省原鹽計量包裝的生產難題。

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