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青海省是資源大省，在各類礦產(chǎn)資源中鹽湖資源占有舉足輕重的地位，鹽湖資源的遠景儲量和查明儲量均居全國之首，其查明儲量為533億t。對于我省鹽業(yè)生產(chǎn)企業(yè)來說，除了交通運輸能力、地理原因外，工業(yè)原鹽的計量包裝一直是制約原鹽生產(chǎn)的“瓶頸”之一，長期未能得到解決。

原鹽的計量包裝之所以成為一個行業(yè)內(nèi)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(jīng)過堆坨蒸發(fā)處理后還是極易板結(jié)成塊，在鹽坨表面形成一層厚約20～30cm的鹽蓋，鹽蓋的形成減弱了鹽坨的蒸發(fā)效果，致使原鹽含水率依然較大，鹽坨內(nèi)的原鹽再次板結(jié)成塊，顆粒度依然不均勻。另外，鹽的腐蝕性極強。原鹽的這些特性給機械秤、電子秤的準確計量帶來不利影響，表現(xiàn)在：一是顆粒度變化較大，使原鹽進入計量裝置時的落料沖擊不均勻，造成計量裝置工作不穩(wěn)定或生產(chǎn)效率低；二是含水率大，使原鹽易粘結(jié)在計量容器中，造成計量后誤差；三是腐蝕性強，影響計量設備中機械裝置及電子元件的正常工作。這些也是目前國內(nèi)包裝秤(包括電子秤)不能完全適用于原鹽計量包裝的主要原因。

1舊式杠桿計量包裝秤和電子計量包裝秤的應用與不足

1.1舊式杠桿計量包裝秤

上世紀70年代，由北京輕工業(yè)設計院設計的杠桿式自動計量包裝秤在內(nèi)蒙及我省的一些主要鹽業(yè)生產(chǎn)廠家中投入使用。該秤設計的有效計量重量為100kg，為全機械結(jié)構(gòu)，計量誤差基本能滿足當時的鐵路運輸及行業(yè)標準。

該秤由自流式料倉為其供料，料倉門通過桿件與杠桿的料斗支承相聯(lián)，在料斗計量完成并向下運動時，桿件隨之關(guān)閉料門，停止對料斗的供料。秤體下端有集料斗，工作時，灌包人員手持鹽袋并將其套在集料斗出料口接鹽。

在投入生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)，該計量秤存在重復精度低、噪聲大、調(diào)整頻率高、出料口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，相關(guān)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(nèi)各鹽業(yè)生產(chǎn)廠家基本停止了對該秤的使用，而采用生產(chǎn)效率較低的磅秤進行計量包裝。

1.2電子包裝秤

20世紀90年代，在糧食、化肥、飼料、化工等計量包裝應用領(lǐng)域，電子計量包裝秤的應用較為普遍，這些物料的粒度、濕度相對均勻，流動性較好。電子計量包裝秤的主要工作元件為稱重傳感器，在使用中，它具有重復精度高、自動化程度高等優(yōu)點。在鹽業(yè)生產(chǎn)企業(yè)里，電子計量包裝秤只能應用于粒度較細、濕度均勻的精煉鹽及粉洗鹽的計量包裝，對原鹽計量包裝依然存在計量不穩(wěn)定、故障率高、維護成本高等不足。我省幾個鹽業(yè)生產(chǎn)廠家的電子計量包裝秤因不能滿足使用要求而閑置廢棄。

2新型杠桿式計量包裝秤的設計思路

為滿足我省鹽業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)要求，設計可靠性和穩(wěn)定性更高、操作維護更方便的計量包裝秤勢在必行。

2.1供料系統(tǒng)的設計

從上面的分析中可知，自流式料倉很難實現(xiàn)連續(xù)均勻供料。除此之外，目前國內(nèi)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于物理狀態(tài)較穩(wěn)定的粉狀物料，電磁震動式供料適用于流動性好的物料，這兩種方式均無法滿足原鹽的實際工況。螺旋輸送器供料不但能實現(xiàn)連續(xù)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，新型計量包裝機供料系統(tǒng)采用螺旋輸送器供料。

為實現(xiàn)供料的精確控制，應合理選配螺旋軸驅(qū)動電機。螺旋軸轉(zhuǎn)速越快，供料速度就越快，生產(chǎn)效率就越高，但轉(zhuǎn)速越高，螺旋軸的慣性就越大，當計量已經(jīng)達到標準重量時，螺旋軸在慣性作用下的轉(zhuǎn)動則會造成計量后誤差。因此，在計量包裝秤中的電動機應有良好的制動性能。新型計量包裝秤供料系統(tǒng)中選擇錐形制動電機作為動力。

螺旋軸的設計轉(zhuǎn)速、螺旋軸節(jié)距和直徑應合理確定。若螺旋軸葉片的直徑越大、節(jié)距越長，一個節(jié)距螺旋內(nèi)所存的鹽料就越多，鹽的慣性就越大，同時，螺旋軸葉片與出料口構(gòu)成空間的隨機變化也就越大，使得計量完成后因供料未完全終止而引起的計量后誤差變化過大；若螺旋軸葉片直徑過小、節(jié)距過小，螺旋輸送器的輸送能力變小，則計量秤的生產(chǎn)率偏低。此外，節(jié)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，合理地確定螺旋軸葉片的直徑和節(jié)距可有效地消除計量包裝秤的計量后誤差。螺旋軸的轉(zhuǎn)速應在滿足實際生產(chǎn)效率的前提下盡可能降低，因為螺旋軸轉(zhuǎn)速過高，螺旋葉片切線速度也會過高，此時進料口的鹽料因葉片的高速拋摔使得螺旋輸送器內(nèi)容納的鹽料減少而影響實際進料速度。

2.2計量裝置的設計

計量裝置是杠桿秤的核心部分，主要由計量和翻料兩部分構(gòu)成。計量杠桿是主要的工作部件之一，若杠桿的體積過大，整個計量秤的體積也大，造成使用和維護不便，因此，在新型杠桿式計量包裝秤設計中，應合理地確定計量杠桿的結(jié)構(gòu)、尺寸、杠桿比、支承方式等，這也是計量裝置設計的重心。翻料斗的設計是新型杠桿式計量包裝秤設計中的難點之一，因為翻料斗聯(lián)接在計量杠桿上，若引進動力驅(qū)動裝置實現(xiàn)計量后的放料，會造成計量裝置的結(jié)構(gòu)過于復雜，降低計量裝置工作的可靠性。本設計采用新型杠桿秤計量裝置基本結(jié)構(gòu)(見圖2)，就可簡便有效地完成計量后的自動放料和回位。

整個計量裝置由對稱放置于杠桿左端的兩個支承刀口支承于秤體的刀架上，杠桿支承刀口左端由可調(diào)整杠桿水平的兩個調(diào)整螺釘限位，調(diào)整螺釘位于秤體上，正對著杠桿支承的豎直中心，計量斗內(nèi)無鹽時，杠桿支承刀口右端重量大于左端，由于有兩個限位螺釘限位，杠桿處于水平位置。當計量斗上端的螺旋輸送器向其供料時，若計量杠桿支承刀口左端重量稍大于右端，則杠桿開始以支承刀口為中心發(fā)生逆時針轉(zhuǎn)動，杠桿的微動觸動了安裝在杠桿最右端的上部的行程開關(guān)，切斷螺旋輸送器的電源，螺旋輸送器停止工作，一次計量完成。為保護行程開關(guān)不受杠桿右端的過度擠壓，杠桿右端設有限位塊，行程開關(guān)被觸發(fā)后由限位塊承受杠桿右端的壓力。

下端翻料部分是由兩個對開的翻料斗、電磁鐵和翻料斗支承等組成。翻料斗的支承中心平行于電磁鐵的吸合平面，并通過翻料斗的質(zhì)心。計量秤啟動后，翻料斗兩側(cè)的兩對電磁鐵吸合，吸合力大于計量斗滿斗時鹽料對翻料斗的側(cè)壓力。翻料斗側(cè)板與水平方向所成夾角大于鹽的安歇角(即≥40°)，以保證電磁鐵斷電后，計量斗的鹽料在自重下可以全部迅速下落到下端的集料斗內(nèi)實現(xiàn)灌包。鹽料放完后，翻料斗在重力作用下自動回位到初始位置，此時，電磁鐵已處于加電狀態(tài)，待翻料斗自行回位到初始位置后，電磁鐵再次吸合。

在設計計量杠桿時，杠桿比（杠桿支承刀口左端與右端臂長之比）的確定須考慮以下因素：

·杠桿右端的杠桿臂應有足夠的強度和剛度，本設計方案中杠桿臂的截面形狀為“T”形。

·杠桿比過大，則杠桿支承刀口右端的長度過長，相應對杠桿臂的強度、剛度要求高，也使杠桿左端的兩個調(diào)整螺釘受力過大，使用壽命縮短。

·杠桿比與杠桿兩端的實際重量比應合理匹配，以使砝碼的重量和體積不至于太大。

·根據(jù)杠桿比合理分配砝碼和游碼的重量，以使計量秤的調(diào)整范圍略高于標準計量范圍（定量秤的稱量范圍），以適應原鹽的物理特性。

計量斗與計量杠桿的鉸接可以很好地解決供料不均勻時計量斗內(nèi)鹽料的質(zhì)心和形心不重合的問題。對于計量杠桿來說，計量斗內(nèi)如果發(fā)生質(zhì)心與形心不重合現(xiàn)象時，相當于計量杠桿左端鹽料重心在水平方向上發(fā)生了偏移，這種因供料不均造成鹽料質(zhì)心的偏移將極大地影響計量精度。因此，在結(jié)構(gòu)設計中，應合理配合杠桿支承內(nèi)軸承的尺寸，過盈量大，軸承的轉(zhuǎn)動阻力矩就大。這一原則也適用于翻料斗鉸接的設計。翻料斗設計中，翻料斗的側(cè)板與水平方向的夾角過大，雖然能使落料速度加快，但翻料斗豎直方向尺寸也增大，整個秤體的高度隨之增高。翻料斗支承在豎直方向上的延長線必須通過翻料斗的質(zhì)心，且翻料斗的支承點與其質(zhì)心的連線應與電磁鐵的吸合面平行。這樣，既能保證翻料斗放料后的回位，也能減輕對開式翻料斗回位時撞擊的噪聲。

2.3夾袋裝置的設計

夾袋裝置在國內(nèi)各種包裝秤中的應用比較普遍，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，整個氣路環(huán)節(jié)中的零部件較多，各類控制閥及密封件在原鹽生產(chǎn)環(huán)境中故障率較高，維護成本也高。機械式夾袋裝置設計中利用機械裝置的自鎖來實現(xiàn)夾袋，更能滿足原鹽生產(chǎn)計量包裝的要求，設計原理見圖3。

計量包裝秤

驅(qū)動盤的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)驅(qū)動桿、限位板等的共同作用轉(zhuǎn)化為驅(qū)動桿的上下運動，當驅(qū)動桿轉(zhuǎn)動到圖示位置時，夾袋杠桿運動到死點位置，因與驅(qū)動盤聯(lián)接的渦輪減速器減速比較大，其反向阻力矩也大，故夾袋杠桿被鎖死在圖示位置，夾袋杠桿下端的橡膠板將鹽袋夾死在集料斗的出料口處，實現(xiàn)灌包時的夾持。

松袋時，驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)，驅(qū)動桿向下運動，則鹽袋被釋放。夾袋裝置的設計應根據(jù)實際所需要的套袋間隙反算出驅(qū)動盤的最大行程。行程過小，松袋后的間隙太小，操作人員套袋困難；行程過大，夾袋裝置的動作時間相應延長，且整個夾袋裝置的體積隨之增大。

在結(jié)構(gòu)設計中，鉸接部分可采用軸套式滑動軸承，以減小鉸接部分的幾何尺寸；橡膠板與夾袋杠桿的聯(lián)接方式應以拆卸方便為原則。

2.4電器控制系統(tǒng)的設計

電器控制系統(tǒng)將以上供料系統(tǒng)、計量裝置和夾袋裝置三個主要工作部分聯(lián)系起來，構(gòu)成一個完整的計量包裝秤的工作流程。

控制系統(tǒng)由螺旋輸送器工作循環(huán)、翻料斗開啟閉合循環(huán)和夾袋松袋循環(huán)構(gòu)成。其中夾袋松袋循環(huán)是由操作人員人為控制的，其他兩個循環(huán)均為自動完成。系統(tǒng)工作開始時，電源開關(guān)閉合，翻料斗自動吸合，并啟動螺旋輸送器開始供料。當計量杠桿完成計量后，若夾袋部分不動作(不套袋)，則計量斗內(nèi)的鹽料因翻料斗的電磁鐵處于吸合狀態(tài)而停留在計量斗內(nèi)，此時控制螺旋輸送器的行程開關(guān)仍然被計量杠桿右端壓著而不能起動。當夾袋裝置因套袋而觸動夾袋開關(guān)時，夾袋電機驅(qū)動夾袋杠桿，一直運動到夾緊位置，同時，夾袋限位開關(guān)觸發(fā)，使翻料斗電磁鐵斷電，計量斗內(nèi)的鹽料因自重落入其下端的集料斗，并實現(xiàn)灌包。翻料斗放料完成后自動回復到吸合位置，計量斗內(nèi)的鹽料釋放使計量杠桿回到水平位置，計量杠桿右上端的行程開關(guān)被放開，螺旋輸送器再次被啟動，開始第二次供料。

灌包完成后，鹽包因松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于螺旋供料器的供料完成時間，因此，在第二次套袋之前，計量斗內(nèi)的第二次供料已經(jīng)結(jié)束，保證了計量包裝秤的灌包效率。

3結(jié)束語

我省湖鹽資源極其豐富，是工業(yè)原鹽的生產(chǎn)大省，原鹽的計量包裝一直未能得到很好地解決。內(nèi)地鹽料計量包裝設備生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的計量包裝設備多以海鹽、井鹽為設計對象，不適宜湖鹽的計量包裝。基于上述設計思路研制的新型杠桿式計量包裝秤，已在省內(nèi)部分鹽業(yè)生產(chǎn)企業(yè)投入使用，具有計量穩(wěn)定、效率高、維護方便、性價比高等優(yōu)勢，較好地解決了我省原鹽計量包裝的生產(chǎn)難題。

 

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