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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(shè)備之一,目前,我國中小型生產(chǎn)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,且堵料后排除費時費力,加上揚塵較嚴重,直接影響環(huán)境及工人的身體健康。針對以上問題,開發(fā)稱量精度及自動化程度高、揚塵少的微機控制定量包裝機就非常必要。

2設(shè)計要求及總體方案

包裝機主要用于細顆粒及粉狀物料的標準自封口紙袋的包裝。生產(chǎn)效率:每嘴15~18噸/小時;袋重及精度:50+1kg,可根據(jù)要求在50kg以下任意設(shè)定,計量穩(wěn)定,能自動調(diào)整誤差;除插袋外,裝包、稱量、料門控制、卸袋全部自動化,并配置應(yīng)急、調(diào)整用的手動操作系統(tǒng);跟蹤顯示袋重,自動累計裝袋數(shù),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(jié)構(gòu)簡單,易維修,工作安全可靠,噪音低。

通過對現(xiàn)有包裝機的結(jié)構(gòu)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(qū)動,每級電機的開停分開控制,以防機內(nèi)小料倉堵料。第一級葉輪保證包裝機來料均勻,由料位計控制電機開停。第二級葉輪保證包裝機生產(chǎn)效率,由微機控制其開停,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(gòu)完成。整機由微機控制,順序動作。系統(tǒng)的啟動靠插袋時紙袋帶動一擺桿,使水銀開關(guān)轉(zhuǎn)動角度,接通電源,向系統(tǒng)發(fā)出啟動命令。

3機械系統(tǒng)設(shè)計

3.1送料系統(tǒng)

標準的自封袋裝料口小,要滿足每分鐘裝5~6包(250~300kg)的生產(chǎn)效率要求,必須設(shè)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(gòu)。由于粉狀物料的內(nèi)摩擦增加,將使側(cè)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(nèi)料倉發(fā)生堵料,控制機內(nèi)物料量,在機內(nèi)料倉中裝有薄膜式料位計,當料倉中物料低于某一高度時(料位計的壓力減少到某設(shè)定值),料位計接通第一級葉輪送料。當料倉中物料高于某一高度時,料位計關(guān)閉,停止送料。為防止物料對料位計的沖擊而發(fā)生誤動作,料位計用鋼板加以防護。

為保證生產(chǎn)率、送料均勻,也用葉輪送料,只是速度較快。葉輪軸分為立置和臥置兩種,立置葉輪不易堵料,且葉輪磨損后易更換和維修。為防止出料嘴處發(fā)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(yīng)盡可能短,并且盡可能使送料口到出料口之間的距離L與管徑d之比接近于庫侖滑移平面與水平面之間夾角正切的兩倍。實際結(jié)構(gòu)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(gòu)中必須注意的問題,在主送料機構(gòu)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(gòu)、托包架、推包機構(gòu)、稱重傳感器及控制開關(guān)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(zhuǎn)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桿,帶動水銀開關(guān)動作,實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動。當袋重達到設(shè)定重量時,系統(tǒng)控制閘門機構(gòu),出料嘴關(guān)閉。同時接通推包液壓推桿,機構(gòu)帶動壓包塊順時針轉(zhuǎn)動壓包架,推包架順時針轉(zhuǎn)動推包架。掉袋時彈簧使水銀開關(guān)復位。托包架主要起托包作用,可順時針轉(zhuǎn)動,以便卸包,并可在垂直方向調(diào)整高度以適應(yīng)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(lián)接。

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

推包執(zhí)行元件的選擇:推包執(zhí)行元件可以采用電磁鐵、氣壓缸、液壓缸及電動液壓推桿等。由于灰塵的影響,電磁鐵工作易出現(xiàn)故障,且調(diào)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(zhí)行元件,但需要壓縮空氣及液壓系統(tǒng),增加設(shè)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(yǎng)比較困難,在大型回轉(zhuǎn)包裝機中有采用。本機采用電動液壓推桿,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(gòu)

送料閘門可用橫向或豎向閘板。由于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桿來抽動。如上所述,以電動液壓推桿作為執(zhí)行元件較好。機構(gòu)如圖6,工作過程為:大、小液壓推桿得電,閘門全開;大液壓推桿失電,小液壓推桿使閘門微開,可通過螺旋調(diào)整開關(guān)量大小;大、小液壓推桿都失電,閘門全閉。

3.4包裝機的防塵

防塵貫穿于各個環(huán)節(jié)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(cè)面留有吸塵口。

4控制系統(tǒng)設(shè)計

本機采用微機對系統(tǒng)進行控制,實現(xiàn)以上要求,所有參數(shù)以人機對話的方式設(shè)定。以MCS系統(tǒng)單片微機為主芯片,并配備外部ROM、信號放大電路、可編程I/O口及擴展、A/D轉(zhuǎn)換器等。強電部分采用了固態(tài)繼電器SSR、實現(xiàn)執(zhí)行元件的頻繁通斷。此繼電器開關(guān)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、耐沖,其輸入控制端與輸出端用光電耦合器隔離,所需控制電壓低、電流小,非常容易與單片機控制輸出接口。另外此繼電器用在有腐蝕、灰塵大和有振動的場合獨具優(yōu)越性。由于電機頻繁啟動,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(zhuǎn)換成微弱的模擬電壓,再由放大電路將其放大并濾除其中的噪聲干擾成份,然后經(jīng)A/D變換器將電模擬量變換成數(shù)字量。單片機是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(jīng)過A/D變換的秤重數(shù)據(jù)進行運算和處理,對整機進行控制。

與單片機相連的外部設(shè)備－鍵盤和顯示器是實現(xiàn)人機對話的媒介,可以通過鍵盤實現(xiàn)“置零”、“啟動”、“標定”、“設(shè)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(guān),當發(fā)生如紙袋脫落等突發(fā)性事故時,可按此開關(guān)急停,微機從裝袋狀態(tài)下迅速退出。

整個系統(tǒng)還配置了“手動/自動”的開關(guān),“自動”狀態(tài)執(zhí)行控制工作循環(huán)。“手動”狀態(tài)用于整機調(diào)試,檢查主電機和電動液壓推桿的工作情況。

5結(jié)束語

微機控制單嘴水泥定量包裝機生產(chǎn)效率高,除人工插袋外,系統(tǒng)啟動、裝袋、稱量、料門控制、累計裝袋數(shù)、卸袋全部實現(xiàn)自動化,袋重可在50kg以下任意設(shè)定,變速送料使稱量更準確,并且避免了開機不裝包時機內(nèi)發(fā)生堵料的情況,整機安裝高度低。作為機械式包裝機的更新?lián)Q代產(chǎn)品,特別適應(yīng)于中、小型水泥廠使用或老式包裝機改造。

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