1引言

定量包裝機是水泥、化肥、石膏粉等廠家必備的包裝設備之一,目前,我國中小型生產廠家普遍采用自動化程度低、包裝精度差、工人勞動強度大的機械式包裝機進行包裝。包裝時易堵料,且堵料後排除費時費力,加上揚塵較嚴重,直接影響環境及工人的身體健康。針對以上問題,開發稱量精度及自動化程度高、揚塵少的微機控製定量包裝機就非常必要。

2設計要求及總體方案

包裝機主要用於細顆粒及粉狀物料的標準自封口紙袋的包裝。生產效率:每嘴15~18噸/小時;袋重及精度:50+1kg,可根據要求在50kg以下任意設定,計量穩定,能自動調整誤差;除插袋外,裝包、稱量、料門控製、卸袋全部自動化,並配置應急、調整用的手動操作係統;跟蹤顯示袋重,自動累計裝袋數,袋重超差報警及斷電保持記憶等功能;整機安裝高度H≤2000mm;揚塵少,結構簡單,易維修,工作安全可靠,噪音低。

通過對現有包裝機的結構進行分析,對中、小型水泥廠使用的單嘴包裝機,本文采用兩級剛性葉輪送料,由兩個電機分別驅動,每級電機的開停分開控製,以防機內小料倉堵料。第一級葉輪保證包裝機來料均勻,由料位計控製電機開停。第二級葉輪保證包裝機生產效率,由微機控製其開停,采用傳感器稱量。送料閘門采用三位閘門,保證稱量準確。卸袋由推包機構完成。整機由微機控製,順序動作。係統的啟動靠插袋時紙袋帶動一擺杆,使水銀開關轉動角度,接通電源,向係統發出啟動命令。

3機械係統設計

3.1送料係統

標準的自封袋裝料口小,要滿足每分鍾裝5~6包(250~300kg)的生產效率要求,必須設法提高輸送速度。

第一級送料是為了保證包裝機來料充分、均勻、采用剛性葉輪送料機構。由於粉狀物料的內摩擦增加,將使側向壓力顯著降低,即對豎直壁上的分布由較寬的三角形向較窄的非三角形分布變化,如圖2。為防止兩級送料之間機內料倉發生堵料,控製機內物料量,在機內料倉中裝有薄膜式料位計,當料倉中物料低於某一高度時(料位計的壓力減少到某設定值),料位計接通第一級葉輪送料。當料倉中物料高於某一高度時,料位計關閉,停止送料。為防止物料對料位計的衝擊而發生誤動作,料位計用鋼板加以防護。

為保證生產率、送料均勻,也用葉輪送料,隻是速度較快。葉輪軸分為立置和臥置兩種,立置葉輪不易堵料,且葉輪磨損後易更換和維修。為防止出料嘴處發生堵料,每裝一袋,主電機開停一次。第二級剛性葉輪送料到出料口的距離應盡可能短,並且盡可能使送料口到出料口之間的距離L與管徑d之比接近於庫侖滑移平麵與水平麵之間夾角正切的兩倍。實際結構上可考慮出料嘴要有一定的傾斜,以便出料。一般與水平成10b~15b為好,太大會影響插袋。

密封是送料機構中必須注意的問題,在主送料機構中軸承的密封采用了迷宮式、填料及J型骨架密封圈組合密封,防止灰粉進入軸承。在電機上方裝有打灰葉輪,防止灰塵堆淤在電動機上。

3.2稱重架

稱重架裝有料嘴、壓包機構、托包架、推包機構、稱重傳感器及控製開關等,承擔起袋重及稱量。

在料嘴的上方裝有壓包塊,插袋時壓包塊順時針轉動,袋插入料嘴,逆時針則自鎖,防止在灌裝過程中倒袋。插袋時靠紙袋撥動一擺杆,帶動水銀開關動作,實現係統的啟動。當袋重達到設定重量時,係統控製閘門機構,出料嘴關閉。同時接通推包液壓推杆,機構帶動壓包塊順時針轉動壓包架,推包架順時針轉動推包架。掉袋時彈簧使水銀開關複位。托包架主要起托包作用,可順時針轉動,以便卸包,並可在垂直方向調整高度以適應袋長要求。托包架支點稍偏,以減小推包力。

稱重架在工作中需和整機機架軟連接,防止稱重架左右擺動,可用四個一定寬度的彈性薄鋼片把稱重架和整機機架軟相連,彈性薄鋼片在垂直方向剛度很小,而在水平方向剛性較大。也可用四個寬鉸支聯接。

出料嘴和第二級送料口的聯接可用橡膠軟管聯接,這種聯接沒有跑灰。也可用兩法蘭麵對接,中間加泡沫塑料防止跑灰。

推包執行元件的選擇:推包執行元件可以采用電磁鐵、氣壓缸、液壓缸及電動液壓推杆等。由於灰塵的影響,電磁鐵工作易出現故障,且調整麻煩,在機械式包裝機中較多使用,氣壓缸和液壓缸是比較理想的執行元件,但需要壓縮空氣及液壓係統,增加設備投資,壓縮空氣會使灰塵揚起,使氣壓、液壓元件的維護保養比較困難,在大型回轉包裝機中有采用。本機采用電動液壓推杆,價格便宜,使用維護方便,作為小型包裝機的推包元件是比較理想的。

3.3送料閘門機構

送料閘門可用橫向或豎向閘板。由於物料中會混有硬顆料,橫向抽動,閘板易卡死,故以垂直抽動閘板為好。閘板可以用電磁鐵、氣缸、液壓缸或電動液壓推杆來抽動。如上所述,以電動液壓推杆作為執行元件較好。機構如圖6,工作過程為:大、小液壓推杆得電,閘門全開;大液壓推杆失電,小液壓推杆使閘門微開,可通過螺旋調整開關量大小;大、小液壓推杆都失電,閘門全閉。

3.4包裝機的防塵

防塵貫穿於各個環節之中,閘門、第二級葉輪送料口和出料嘴的連接處的防塵如上所述。紙袋入口處和揚起的粉塵由收塵器來收塵,在包裝機的側麵留有吸塵口。

4控製係統設計

本機采用微機對係統進行控製,實現以上要求,所有參數以人機對話的方式設定。以MCS係統單片微機為主芯片,並配備外部ROM、信號放大電路、可編程I/O口及擴展、A/D轉換器等。強電部分采用了固態繼電器SSR、實現執行元件的頻繁通斷。此繼電器開關速度快、工作頻率高、體積小、重量輕、壽命長、無機械噪聲、工作可靠、耐衝,其輸入控製端與輸出端用光電耦合器隔離,所需控製電壓低、電流小,非常容易與單片機控製輸出接口。另外此繼電器用在有腐蝕、灰塵大和有振動的場合獨具優越性。由於電機頻繁啟動,為防止電機過熱,電路中裝有熱繼電器,對電機起過熱保護作用。

工作原理為拉力傳感器不斷地將水泥重量轉換成微弱的模擬電壓,再由放大電路將其放大並濾除其中的噪聲幹擾成份,然後經A/D變換器將電模擬量變換成數字量。單片機是係統的數據處理、存貯和指揮中心,其核心部分為CPU,它在軟件的支持下對經過A/D變換的秤重數據進行運算和處理,對整機進行控製。

與單片機相連的外部設備－鍵盤和顯示器是實現人機對話的媒介,可以通過鍵盤實現“置零”、“啟動”、“標定”、“設參”等操作。

在稱重架上還裝有與“啟/停”鍵作用相同的急停開關,當發生如紙袋脫落等突發性事故時,可按此開關急停,微機從裝袋狀態下迅速退出。

整個係統還配置了“手動/自動”的開關,“自動”狀態執行控製工作循環。“手動”狀態用於整機調試,檢查主電機和電動液壓推杆的工作情況。

5結束語

微機控製單嘴水泥定量包裝機生產效率高,除人工插袋外,係統啟動、裝袋、稱量、料門控製、累計裝袋數、卸袋全部實現自動化,袋重可在50kg以下任意設定,變速送料使稱量更準確,並且避免了開機不裝包時機內發生堵料的情況,整機安裝高度低。作為機械式包裝機的更新換代產品,特別適應於中、小型水泥廠使用或老式包裝機改造。

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