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一、前言
目前國內(nèi)除個別大堿廠進口了幾臺純堿包裝機以外,絕大多數(shù)純堿生產(chǎn)廠基本上仍然采用人工磅秤計量包裝。要解決純堿自動化包裝問題,全部依賴進口顯然不現(xiàn)實。國內(nèi)現(xiàn)有大中小型純堿生產(chǎn)企業(yè)近60家,應立足國內(nèi)解決這一落后的包裝問題。
幾年來有部分企業(yè)在純堿自動化包裝上作過努力,但始終沒能完全解決這個問題,達不到純堿企業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)要求。純堿物料的特殊性使得對其自動稱量包裝帶來一定的技術難度。我廠對純堿物料的自動包裝進行了比較深入地探索,開發(fā)研制了適合我國大多數(shù)堿廠生產(chǎn)用的CT系列純堿包裝機,并去純堿生產(chǎn)廠進行了兩年多的生產(chǎn)考核,獲得了一些有效的經(jīng)驗,樣機亦于1989年1月通過了化工部技術鑒定。本文擬對純堿物料的自動稱量包裝作一分析研究。
二、純堿粉狀物料的特性
物料特性分析
輕質(zhì)純堿是個粒度很細的粉狀物料。粉狀物料與顆粒狀物料相比,二者在力學性質(zhì)上有很大差別。粉狀物料下落的力學何題不僅符合牛頓力學的基本定律,還要受到其它外冷器下部。外冷器內(nèi)含有氣體的液氦與分蒸發(fā)時,上部要留有一定的氣相空間,同時離氣體后回流的液氮存在重度輩,利用重度因為有很多列管,氣速較高,容易帶液。國差產(chǎn)生白然循環(huán)。這樣外冷器內(nèi)可充滿液外也有用臥式外冷器,但臥式外冷器容易沉氨,可充分利用傳熱面,臥式分離器可以有積結(jié)晶,配管也不很方便。建議改成較大的橫截面(可按需要設計),降低氣氨式,右外冷器上方設一臥式圓柱型分離器。氣速,防止帶液,還可利用重度差自然循整個外冷器內(nèi)充滿液氨,液氮在外冷器內(nèi)受環(huán),使外冷簫上下渴差減小,正不必外加泵熱蒸發(fā),蒸發(fā)產(chǎn)生的氣氨上升到臥式分離循環(huán)。
因素的較大影響。以純堿粉料為例,它易結(jié)成粉料團,粉粒之間互相碰撞時,既有硬性接觸,也有軟性變形,粉粒表面之間還有粘附力等。在集合的粉狀純堿物料團內(nèi)部,其粉料之間又較大程度地受到毛細粘結(jié)力和分子力(范德華爾斯力)的影響。毛細粘結(jié)力的影響,主要取決于粉末中細粒部分的含量。含細粒越多,細粒直徑越小,毛細粘結(jié)力越大。所以,在設計純堿包裝機下料系統(tǒng)時,必須要對物料受到的重力、空氣浮力、毛細粘結(jié)力、分子力、摩擦力等力的作用進行綜合考慮。
三、純堿包裝機的特點及性能分析要想實現(xiàn)純堿的自動稱量包裝,必須解決三個問題。
(一)如何使純堿物料流暢地下落?
1.包裝機稱量系統(tǒng)之前進料系統(tǒng)
進料系統(tǒng)由“進料料倉”及“振動料倉”兩部分組成。進料料倉設計成偏心形狀,即四個面的傾角不一致(傾角在60。~80。之間),“進料料倉”下部設計有“振動料倉”(內(nèi)部四面傾角不一致)。這樣物料從這兩個料斗的四個面下落的速度就不會一致,不易在料斗下部產(chǎn)生堵塞即“搭橋”現(xiàn)象。即使由于一些物料在料倉中堆放時間較久,出現(xiàn)部分結(jié)塊,產(chǎn)生“搭橋”,還可以翹過振動給料系統(tǒng)來破壞這種“搭橋”。因為該振動系統(tǒng)與整個包裝機微機控制系統(tǒng)相聯(lián)接,采用的是間隙/振動。
這種振動方式,既能改變物料在流動中她’、仔搭橋,不易流動的狀況,也能防止物料在料倉中被震結(jié)實不易下落的現(xiàn)象出現(xiàn),從而確保物料流暢。‘:一2.包裝機稱量系統(tǒng)之后的“卸料系統(tǒng)”‘從稱量系統(tǒng)中稱好的物料馬上經(jīng)過卸料系統(tǒng)、一夾袋系統(tǒng)進入口袋。為保證稱完物料能全部干凈地,并具有一定速度地流入到口袋中,保證稱量的精度,在該機卸料系統(tǒng)設計中采取了下列一些措施:
(1)與脅料接觸部不撰翎零件盡可能全部拋光,所有預角保證在洗勸~70a,所有直角全部磨圓,以保證物料不沽在壁上。
(2)當夾袋機構(gòu)是插口袋夾袋機構(gòu)時(這樣能保證很少的粉塵飛揚),落料桶較大的下料口不能直接與夾袋機構(gòu)的較小進料口連接,否則會造成物料一下子全部堵在入口處,下落速度將是很慢。因此在該機的落料桶和夾袋機構(gòu)之間設計了一個扁形卸料管。該卸料管采用扁形管結(jié)構(gòu),一側(cè)傾角控制在80。左右,并且為使物料從料桶中落下時不致一下子在扁形卸料管入口處堵死,在該管入口處設計有一弧狀導流板。該導流板偏轉(zhuǎn)角度可以任意調(diào)節(jié)。工作中調(diào)至最佳位置后,可使落料桶中的物料經(jīng)該導流板以較快流速進入夾袋機構(gòu),從而能保證一定的卸料速度,提高了稱量能力。
(二)如何保證在一定速度下精確地計盆?
就包裝機而言,稱量精度是衡量其性能的一個十分重要的指標之一。如何提高純堿包裝機的稱量精度,實際上也就是歸結(jié)為如何提高該包裝掃:了稱量靈敏性及穩(wěn)定性的問題。為了確保純堿包裝機具有較高的稱量精度,該機的設計上具有如下幾個特點。
1.控制系統(tǒng)
(1)電氣控制系統(tǒng)
純堿物料粒度很細,無縫不鉆,飛揚嚴重。最初我們研制的包裝機電氣控制系紡是由繼電器,接觸器等元件構(gòu)成的。因此飛揚的粉塵常鉆進控制系統(tǒng)造成繼電器接觸不良,使得包裝機動作失誤,稱量不準。后來我們更換了這種電控裝置,采用了可編程序微機控制系統(tǒng),這種集成塊式無觸點的控制系統(tǒng)大大提高了包裝機工作的可靠性和靈敏性,從而提高了稱量精度。
(2)氣動控制系統(tǒng)
為了防止飛揚的純堿粉塵侵入到氣控元件中去,氣動控制系統(tǒng)的設計作了兩點考慮。首先,元件選型,采用了由西德HERION公司技術生產(chǎn)的氣控元件。這種元件體積小,重量輕,且為全封閉結(jié)構(gòu),粉塵不易侵入。換向速度及動作靈敏性都較原國產(chǎn)舊型氣動元件要好。其次,將分立的氣動元件全部集成在一氣動控制箱內(nèi),確保氣動元件在良好的外部環(huán)境下工作,從而使整機工作可靠性,工作壽命相應提高。
2.稱量系統(tǒng)
為了能進一步提高稱量系統(tǒng)的稱量精度,在該系統(tǒng)內(nèi)部設計有兩次給料結(jié)構(gòu)。即第一次給料量是滿量的90~95%(粗進料),第二次給料量是滿量的5~10%(細進料)。當稱量到一定的重量之后,進料門必須提前關閉,因為在料門關閉后,從料門到料桶之間實際上還有一段處于空中的物料,該物料量我們稱為空中量?？罩辛颗c已經(jīng)落在料桶中的物料量之和應等于要求包裝的重量。
為提高其稱量精度,必須要有一個適合純堿粉料特性的空中量。通過全面綜合考慮,設計中用控制細進料的通徑大小來確定空中量,這樣既達到較高精度,又有一定的稱量速度。
(三)如何防止包裝過程中產(chǎn)生的粉塵飛揚?
純堿粉料粒度在10。目、200目范圍的占46.45%,大于20。目占32.35%,故其粉塵在包裝時必定會有較大的飛揚,為解決這一難題,在該機設計中采取了下列一些措施。
1.夾袋裝置的設計
由于用戶對包裝袋的要求不同,純堿包裝機分為CTC塑(插口式)及CTD型(大口式)。插口式夾袋裝置使用的是插口式日袋。在該口袋袋口處縫有一袋布,被物料壓住后就能自然封住袋口,物料也就不能泄漏出來了,從而也不需要封包機封口了。在該夾袋裝置中,將夾袋下料管下料口張開的寬度設計成大于袋口寬度,這樣夾袋后下料口會繃緊口袋,粉塵就不易飛揚出來。為了防止粉塵從張開袋夾兩卸管間的間隙中飛揚出來,在袋口土方設計有兩個吸塵罩,即使有部分粉塵飛揚出來,也保證它們處于有效的吸塵區(qū)內(nèi),不致污染環(huán)境。在大口式夾袋裝置的設計中,用兩組4只氣缸夾住包裝袋口的四邊,這樣落至袋中的物料絕不能飛揚至空氣中。袋內(nèi)的空氣隨著物料的進入夾帶部分飛揚而起的粉塵從袋夾裝置的夾層中被負壓吸走。
2.輔助措施
除在夾袋上采取措施之外,還采取了一些輔助措施用以減少粉塵。如配備了除塵器吸塵,料桶氣缸上設計裝有節(jié)流閥,控制料門放料速度,減少粉塵對包裝袋的沖擊力;在大口式純堿包裝機的落料斗上設計兩塊折流板,也能降低粉料下落高度,減少粉塵飛揚.
四、CT型純堿包裝機與國外水平比較
(一)CT型純堿包裝機原理
該包裝機是由微機控制的機電一體化的包裝機械。由振動系統(tǒng)、稱量系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng),夾袋系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)組成。其工作原理是當振動給料系統(tǒng)接到微機給一出的信號后,自動延時給料,稱量系統(tǒng)中的粗細料門打開進行稱量工作,而稱毫系統(tǒng)是由一個天平系統(tǒng)和空中量補償系統(tǒng)構(gòu)成,通過這二個系統(tǒng)及二次給料結(jié)構(gòu)來保證物料的計量精度。
稱量結(jié)束后,由操作者將口袋套上袋夾,給袋夾一個信號,壓縮空氣從袋夾中次出繃緊袋口,夾袋氣缸分別夾住和張開袋口,物料進入口袋,待物料全部進入袋中后,夾袋氣缸松開。插口式(CTC一A一6。型)料襲經(jīng)倒袋機構(gòu)倒至輸送機,此時袋中物料在物料本身的作用下,通過袋口翻袋而自動封住袋口。該型號最大特點是封口依靠料袋本身結(jié)構(gòu)封口而不需要縫紉機封口,包裝過程中粉塵飛揚極少;大口式(CTD一A一60型)料袋從夾袋系統(tǒng)落下后,經(jīng)輸送機、卷邊機、縫紉機封口,從而完成一袋的包裝過程。
整個稱量的全過程均是在微機控制下執(zhí)行,微機根據(jù)被檢測到的開關量信號和輸出的控制信號經(jīng)隔離繼電器輸出雙向可控硅控制極,使可控硅導通驅(qū)動電磁閥控制氣路系統(tǒng)工作,因振動、緩沖、料桶門及夾袋系統(tǒng)的關閉要延時動作,微機是采用數(shù)字量來模擬稱量包裝過程中的延時,數(shù)字量由電位器輸出電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后由微機采樣獲得,旋動電位器的旋鈕能改變輸出電壓的大小,就能調(diào)整其延時量,從而達到稱量包裝的要求。度0.59/cm各左右,含水量小于0.1%。2.生產(chǎn)能力:CTC一A一6。型,其雌機大于225袋/小時,最大為270袋/小喃CTD一A一6。型,單機大于280袋/小時。每袋4okgo3.計量誤差:單袋允許誤差1609(0.4%);10袋平均誤差809(士0.2%)。
(二)技術特性
1物料性能:粒度召份200目左右,視密度0.59/cm各左右,含水量小于0.1%。2.生產(chǎn)能力:CTC一A一6。型,其雌機大于225袋/小時,最大為270袋/小喃CTD一A一6。型,單機大于280袋/小時。每袋4okg。
3.計量誤差:單袋允許誤差1609(士0.4%);10袋平均誤差809(士0.2%)。
(三)與國外水平比較
目前國際上公認的先進的純堿包裝機主要是西德HAVER&BOECKER公司的NWEDO3稱型電子稱,西德GREIF一WERK公司的VELOX型,日本的山九型,后兩種均屬機電型稱。NWEDO3型電子稱我國已有幾家大型純堿企業(yè)引進。
CT型包裝機在稱重結(jié)構(gòu)上與VELOX型相仿,但在下列一些部件上作了新型的設計,如進剎結(jié)構(gòu)采用自控型振動給料結(jié)構(gòu);氣控系統(tǒng)采用了集成密封型;電控系統(tǒng)采用了可編程序微機控制系統(tǒng)。同時增設了負壓除塵系統(tǒng)。所有這些改進大大提高了該機器的技術性能。
通過對純堿包裝機在稱量誤差,生產(chǎn)能力,稱量合格率,粉塵排放量,價格等幾個技術經(jīng)濟性能與國外包裝機的比較,就可了解該包裝機的先進程度。稱量誤差:該包裝機已達到與西德NWEDO3稱型電子稱相同,即都是單包稱量精度為士0.4%,10包平均稱量誤差為士0.2%。CT型包裝機的這一精度指標高于國家標準局·《碳酸鈉包裝》(86年)中的規(guī)定指標:單包稱重誤差在士1%以內(nèi),10包平均誤差在士0.5%以內(nèi)(以上均指40kg/包)。
生產(chǎn)能力:西德NWEDOS稱型電子稱為850包刁小時(實際很難達到),換成每一稱的能九為284包/小時;日本山九型單口插口機包裝能力為200包/小時,CTC一A一的型包裝機(單口式插口)為225包/小時,熟練者操作最高可達270包/小時。
稱量合格率:CT型包裝機與NWED 型電子稱的指標一致。連續(xù)稱量20襲合格率大于等于95%。
粉塵排放量:CTC一A一60型包裝機的操作周圍環(huán)境粉塵排放量低于或不大于10mg/m3,這一指標高于NWEDO3型的20mg/m指標。由以上比較,CT型純堿包裝機的部分技術性能已經(jīng)達到或接近國際先進水平。由于該包裝全部由國產(chǎn)元件組成,操作簡單,其價格是國外同樣生產(chǎn)能力包裝機價格的1/5。

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