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1問題的提出

大化公司堿廠是國內(nèi)純堿生產(chǎn)基地，年產(chǎn)純750kt/a.其中氨堿法純堿450kt/a,聯(lián)稼法純堿300kt/a,產(chǎn)量居全國首位,從1983年以來連獲二次國家金牌獎，質(zhì)量憂良，深受國內(nèi)外用戶歡迎，暢銷國內(nèi)東北、華南地區(qū)，出口東南亞地區(qū).自1989年以來由于國內(nèi)新建三大堿廠和一批擴(kuò)建項目陸續(xù)投產(chǎn)，純堿生產(chǎn)能力驟增，又逢國民經(jīng)濟(jì)的調(diào)整，供大于需，銷售疲軟，市場競爭激烈，價格下滑.為適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的變化，大化公司決定自籌資金抓緊時機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)枸的調(diào)整，幵發(fā)新品種一重質(zhì)純堿的生產(chǎn).該技術(shù)改造工程是把聯(lián)堿裝置每年生產(chǎn)的30萬噸輕質(zhì)純堿分二期實施，全部加工成重質(zhì)純堿，同時改造包裝生產(chǎn)線。本文重點闡述為工程配套的純球包裝機(jī)，在設(shè)計選型和開發(fā)應(yīng)用上的成果.

1987年以前，純堿包裝在全國純堿行業(yè)都處于落后的手工操作，稱量不準(zhǔn)確、作業(yè)條件差、勞動強(qiáng)度大.自1984年起.天津和青島堿廠先后從西德進(jìn)口-3NWEDSO"型（三秤）純區(qū)包裝機(jī)（即小袋包裝機(jī)，以下簡稱包裝機(jī)），1987年天津堿廠首先投入生產(chǎn)，從此我國的純堿生產(chǎn)開始采用自動定量包裝機(jī).1987年我公司堿廠的氨堿系統(tǒng)為涼堿改造工程配套，也相繼從西德引進(jìn)WELOX"型（二秤）包裝機(jī).1986年在化工部的主持下，由無錫化機(jī)廠和南京第一化工儀表廠等單位聯(lián)合，以天津堿廠進(jìn)口的包裝機(jī)為樣機(jī).開始設(shè)計生產(chǎn)"3TW”型（三秤）包裝機(jī)，作為新建三大堿廠的配套設(shè)備.九十年代初，無錫縣包裝機(jī)廠在借鑒國內(nèi)外同類設(shè)備的基礎(chǔ)上，又自行設(shè)計和研制•BFT-3B."型（二秤）包裝機(jī).各種型式的純域?qū)Ｓ冒b機(jī)可供重蔵改造工程設(shè)計選型，但必須經(jīng)過科學(xué)的論證和技術(shù)分析對比，才能作出最佳的選擇.

2包裝機(jī)的選型和開發(fā)

縱觀國內(nèi)外各種型式的包裝機(jī).其結(jié)構(gòu)和原理基本是一樣的，包裝系統(tǒng)由主機(jī)、輔機(jī)、封口.電控等部份組成.主機(jī)包括貯料倉、給料器、給料控制器、秤體.傳感器、下料斗、夾袋器及氣控部份等；輔機(jī)包括輸送機(jī)、除塵器、機(jī)架等；封口包括折邊機(jī)、麓包機(jī)等；電控部份包括電控拒、配電柜、操作箱等.為了提高包裝線工作效率，滿足生產(chǎn)需要，一般在-條包裝統(tǒng)上安裝多秤系統(tǒng)，即二秤或三秤.從實際生產(chǎn)能力看，雙秤優(yōu)于三秤.雙秤的實際能力達(dá)到600bag/h,而三秤的實際能力不足800bag/h.另外，三秤的結(jié)構(gòu)不合理，其落料斗上端開口大，加大了落料距離，落料時間相應(yīng)加長，影響包裝機(jī)的能力.為了彌補(bǔ)這一缺陷，在落料斗與秤斗之間又增設(shè)了一個中間倉，中間倉的底閥受物料沖擊的作用是不一樣的。秤斗內(nèi)的料是雙螺旋逐歩加人的，沖擊作用較緩’而中間倉的料是瞬間從秤斗內(nèi)落下來的，這樣的沖擊作用顯然要激烈的多.因此，中間倉的底閥就長期頻繁的受彙中力量的沖擊，其密封的可靠性就難以保證，其結(jié)果必然要影響稱量精度并增加包裝口的粉塵.而且，就能耗、土建投資、設(shè)備投資與生產(chǎn)能力等多方面相比較，結(jié)果還是二秤的型式優(yōu)于三秤.引進(jìn)國外包裝機(jī)的幾家純堿廠在投產(chǎn)以前，都投入了大量的人力和物力，經(jīng)歷了較長時間的反復(fù)調(diào)試和改造過程，還不同程度地存在一些問題，效果不盡理想.某些功能和裝置不適合純堿包裝的需要，操作維修不易掌握，況且價格昂貴，零配件難以保證，毎年仍需花費大量的外匯.即便是國內(nèi)自行開發(fā)的"3TW”型包裝機(jī)的電氣元器件大部份仍然依靠進(jìn)口.而我們選型的原則是在確保稱量精度.滿足設(shè)計能力的基礎(chǔ)上，力求整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，穏定可靠.造價低、國產(chǎn)化也是至關(guān)重要的。為此，我們與江蘇省無錫縣包裝機(jī)廠共同合作研制開發(fā)了“BFT-3B”型國產(chǎn)高效自動定量純堿包裝機(jī)。

包裝機(jī)的工作速度取決于以下幾個因素：進(jìn)料速度、進(jìn)料方式、電子秤的機(jī)械反應(yīng)速度和電子數(shù)據(jù)處理等方面。一般來說目前水平的電子秤傳感器的反應(yīng)能力已經(jīng)足夠快「對于包裝機(jī)稱量來說，主要是解決動態(tài)沖擊的不確定性，這主要是給料速度問題.經(jīng)大量實驗數(shù)據(jù)可總結(jié)以下經(jīng)驗公式：

平均動態(tài)測重誤差

△=(給料速度V)²/20

式中：△單位為kg；V単位為kg/s根據(jù)這個公式推算，如果為了保證訪態(tài)測重誤差ZXcle(c=0.05kg),那么最后的小給料速度Vb

一般設(shè)計的給料速度分兩段，即大給料與小給料，為了保證小給料最后測重的正確，小給料時間t>3秒，作為仙公斤包裝的大給料速度為多少合適呢？我們不妨分析下面的總計量時間周期公式：總周期T=大給料時間Ta+小給料時間Tb其中：Ta=(40-3Vb-Aa)/Va

=(40-3-Aa)/Va

=(37-V//20)/Va

式中Vb=1

Tb=(Aa+3)/Vb

=Va²Z20+3

T=Ta+Tb

=(37-Va²/20)Va+Va²/20+3

=(37/Va-Va/20)+Va²/20+3

選取Va(憂化)=7kg/s時.T=10.38秒，且最小，加上稱桶去皮重和排料的時間，平均每一秤的時間為11秒(指単秤)，每小時能力最多為327次.這樣的計算結(jié)果表明，提高進(jìn)料速度較難提高包裝機(jī)速度,必須開辟新的設(shè)計思路。

無錫縣包裝機(jī)廠研制的"BFT-3B"型包裝機(jī)是根據(jù)國內(nèi)外同類機(jī)的設(shè)計原理，大螺旋進(jìn)給料到粗給料值時，電腦控制停止大螺旋工作，并同時關(guān)閉大閥門，小給料連續(xù)工作到細(xì)給料值時，停止小螺旋工作，同時關(guān)閉小閥門.在這樣的運行中"大螺旋的工作時間大概只占周期的一半左右，其余時間處于等待狀態(tài).為了充分利用這段等待時間，大膽革新，創(chuàng)造出一種預(yù)給料法，即在二次給料的基礎(chǔ)上再增加一次給料，圖1所示為這一方法的實現(xiàn)原理，其工作過程改為：大螺旋工作到粗給料值時.只關(guān)閉大閥門，而大螺旋壊續(xù)工作一段時間，這段時間的出料貯存在大閥門上面，見圖示中帶“®'的容積斗內(nèi)，而不落到稱量桶內(nèi)，只有等下一包工作時.打開大閥門,這部份料就一下子落人稱量桶內(nèi).這部份數(shù)量的多少取決于大螺旋繼續(xù)運轉(zhuǎn)的時間，由電腦定時設(shè)定.可以人工設(shè)置，根據(jù)實際情況可多可少.這樣的設(shè)計’機(jī)械上只要增設(shè)一個預(yù)加料的存料斗.電腦里只占用了一個定時器，設(shè)計一個定時程序.非常簡單方便.上述設(shè)計充分利用了給料控制器的空間和時間，使進(jìn)料過程中的每一秒鐘都得到發(fā)揮.尚屬苜創(chuàng),經(jīng)實踐考核,稱量速度大大提高了.另外，如果大螺旋速度合適，運行時間可以占一個包裝運行周期.使一包接一包連續(xù)運轉(zhuǎn)恰到好處.這樣，電機(jī)就不用頻繁開停，帶來的好處就會更多.

圖I

•BFT-3B型包裝機(jī)的計量稱重是以微機(jī)控制，采用八十年代最新計算機(jī)芯片「INTEL公司的MCS8O31單片機(jī)，并引用了國際上推廣的STD標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，所有輸入輸出都采用了光屯隔離和無觸點開關(guān)，符合時代的先進(jìn)性和使用的可靠性，并具有稱重顯示.產(chǎn)量統(tǒng)計、超重報警、白診斷、白恢復(fù)、自動調(diào)零、斷電保護(hù)及顯示故障原因等功能.為保證訂量精度和調(diào)整包裝速度，沒計了預(yù)加料量0?40公斤無級調(diào)速，大大提高了整機(jī)的性能.

•BFT-3B"型包裝機(jī)的稱量精度和包裝速度二者之間的配合達(dá)到最佳水平.所有元器件國內(nèi)配套.實現(xiàn)了國產(chǎn)化,造價僅為進(jìn)口機(jī)的五分之一’是國產(chǎn)冋類機(jī)的二分之一.達(dá)到了我們選擇理想機(jī)刖并共冋合作開發(fā)的預(yù)期fl的.

圖2

3BFT-3B型包裝機(jī)簡介

3,1、主要技術(shù)指標(biāo)和使用條件包裝能力：700?750bag/h稱量精度：単袋±0.4%；10袋平均±0.2%

稱量范圍：20~50kg/bag

使用環(huán)境：溫度0-4OC；空氣相對濕度＜90%

電源：電壓380V±10%；頻率50HZ；功率13.35KW

汽源；干燥.潔凈、壓力平穩(wěn)的壓縮空氣，P=0.4~

0.6MPa；耗氣量0.6NM^J/min；除塵耗氣量3600M³/h重量：3000kg

3,2.結(jié)構(gòu)簡述

包裝機(jī)是一個組合體，主要由下列幾個部份組成,詳見圖2

1. 上料斗：系不銹鋼制作，上接貯料侖.下聯(lián)插板閥，貯料侖內(nèi)配有二個分別檢測，高、低.料位的則容料位計
2. 插板閥：每個電子秤配一個炬形插板閥.裝在上料斗的出口，包裝機(jī)工作時全開，停止工作或檢修時全閉.
3. 雙螺旋給料器：每個電子秤配一組雙螺旋給料器，它包括大、小螺旋運輸機(jī)及其下料控制閥門.且大閥門的上面設(shè)
   有一個預(yù)加料的存料斗，根據(jù)不同的物料可調(diào)節(jié)粗給料比,以達(dá)到合理的稱量速度和稱量精度.
4. 秤體：每個電子秤的秤體由一個斗框、一個傳感器、一個秤筒組成.傳感器直接感受物料的重量并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號送到電腦系統(tǒng)內(nèi).秤筒底部有雙門翻板閥.
5. 包裝口：是物料進(jìn)入空袋的咽喉，裝有前后一對防塵式袋夾和由氣缸控制的傳遞套袋操作信息的限位開關(guān).套袋口做成夾套式，起到抽氣吸塵作用.

以上各部份凡是接觸物料的部件均采用不銹鋼材料制成.

6. 膠帶輸送機(jī)：輸送機(jī)仿造我公司從酉德進(jìn)口的-VELOPX-機(jī)型的結(jié)構(gòu)，它具有調(diào)速和適應(yīng)不同額定袋重的升降機(jī)構(gòu).同時采用包膠轉(zhuǎn)鼓的傳動裝置.用表面光滑、抗噪音.無接縫的薄型膠帶，膠帶機(jī)的兩測有光滑的擋袋板.
7. 封口裝置：包括折邊機(jī)和縫包機(jī).縫包機(jī)采用國產(chǎn)GK35-2型，并輔以人工折邊機(jī)構(gòu)，縫包機(jī)的工作速度與輸送機(jī)的速度同歩.
8. 電控設(shè)備：包括現(xiàn)場操作箱和微機(jī)控制柜.后者安裝在環(huán)境清潔的控制室內(nèi).拒內(nèi)集電腦與動力驅(qū)動部件于一體.

還有除塵裝置：純誠包裝時粉塵飛揚，為保持良好的工作環(huán)境,保證包裝機(jī)能正常連續(xù)地丄作，必領(lǐng)配置除塵裝置.它由濾塵器、排風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)機(jī)等組成，

3•3控制系統(tǒng)流程：見圖3

3-4、工作程序

當(dāng)物料進(jìn)入料倉，料位計給微機(jī)傳送風(fēng)號，微機(jī)就發(fā)出運行指令，將大、小進(jìn)料閥門打開，大、小螺旋同時工作分別向秤筒內(nèi)喂料.當(dāng)達(dá)到粗給料設(shè)定值時，白動關(guān)閉大閥門，大、小螺旋繼續(xù)加料，n不過大螺旋的出料貯存在預(yù)加料斗內(nèi)，小螺旋仍向秤簡內(nèi)喂料.當(dāng)達(dá)到細(xì)給料設(shè)定值時，微機(jī)發(fā)出關(guān)小閥門，停止小螺裁加料的指令,定量稱重結(jié)束.微機(jī)將顯示秤筒內(nèi)物料的實際重量，并發(fā)出允許卸料的指令.此時人工即可向包裝口上套包裝袋，同時觸動相應(yīng)開關(guān)，秤筒門自動打開，物料排出.當(dāng)秤筒門關(guān)上,微機(jī)自動放袋落到輸送帶上，裝口經(jīng)折邊箋包，包裝過程完成.與此同時，微機(jī)判斷各種條件符合又發(fā)出再次運行指令.當(dāng)打開大閥門時，提前預(yù)加的物料將瞬時進(jìn)入秤筒內(nèi)，再次重復(fù)上述稱量包裝過程.

圖3

4BFT-3B型包裝機(jī)的使用情況

由于我公，日聯(lián)堿30萬噸重灰改造工程1F處在上建施工階段，因此，無錫縣包裝機(jī)「一研制的第一臺-BFT-3B"型包裝機(jī)貝能在氯堿系統(tǒng)干烘車間憊堿工段的•大改小”包裝線上進(jìn)行輕質(zhì)純堿包裝的負(fù)荷試車.并且于1993年7月20日至7月23日組織有關(guān)專家進(jìn)行測試査定，其査定結(jié)果

注:表中按凈重考核

2. 単包重量査定：(注：皮重為0.2kg)

經(jīng)現(xiàn)場隨機(jī)抽査113包，単包重最低為39.4kg(毛重)，最高為40.50kg.単包重量合格率為96%.全數(shù)平均單包為40.17kg,合格率為100%.縫包機(jī)運行良好.縫包針鐘均勻，無跳針跳線的現(xiàn)象.縫口質(zhì)量合格率為100%.

(3)連續(xù)10包重量査定：

現(xiàn)場共抽査八組，均在合格范圍之

內(nèi)，詳見表2所列   

                                                                                                                 表2

4-2,包裝速度測試：經(jīng)現(xiàn)場測試平均單包灌包速度為3.659秒，折合能力為983bag/h.

(2)連續(xù)包裝速度査定：

配合縫包的包裝速度達(dá)700-750bag/h,7月21日該機(jī)1#秤巧遇披硬堿塊堵塞，包裝機(jī)處于単秤C2^#）作業(yè)，經(jīng)當(dāng)時現(xiàn)場實測其單秤速度為7bag/min,即單秤工作能力達(dá)420bag/h.超過原設(shè)計單秤350~400bag/h的能力.事實證明該機(jī)獨特的預(yù)加料設(shè)計發(fā)揮了明顯的作用.

4•3、現(xiàn)場粉塵及噪音測試：

距包裝口一米處測得空氣中的平均含塵量為4.9lmg/m3;設(shè)備噪音為76分貝"均符合國家環(huán)保規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn).

5BFT-3B型包裝機(jī)與同類機(jī)的對比及其優(yōu)點

5-1、包裝機(jī)的比較：見表3

                                                                                                           表3

5•2、-BFT-3B"型包裝機(jī)的主要優(yōu)點

其主要優(yōu)點是：

（1）該機(jī)主要由機(jī)械部份、氣動控制物料如PVC樹脂、聚苯乙稀粒子、ABS塑料粒子的稱重包裝，而且該機(jī)用于濕度大、比重輕、流動性差的KCL耕狀物系統(tǒng)和電腦控制拒等組成.機(jī)械部份為模塊化結(jié)構(gòu)，主要有雙螺旋給料機(jī)構(gòu)、氣動控制切斷閥機(jī)構(gòu),電子測重式電子秤部件及下料夾袋器等.其中雙螺旋機(jī)構(gòu)在顆粒狀包裝機(jī)上可省略，而直接靠自重式給料來完成，其它部件則通用，提高了該機(jī)對不同物料的適應(yīng)性。電腦控制指由電腦部件及動力驅(qū)動盤組成.電腦部件除完成稱重顯示、重量測定、數(shù)據(jù)運算之外，還完成各種輸入輸出控制功能，內(nèi)部設(shè)置靈活，集成度高、可維護(hù)性好.氣動控制系統(tǒng)靈活可靠，且較簡單直觀，標(biāo)準(zhǔn)化程度較高.