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ENGLISH0755-88840386淺談提高土壤調(diào)理劑自動(dòng)定量包裝機(jī)效率的方法
發(fā)布時(shí)間：2020-05-14 09:24:07 |來源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
- 引言
隨著人口的增加，集約化種植的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)作物的重復(fù)種植及掠奪式的種植方式等造成了土壤的偏酸、偏堿、鹽漬化以及板結(jié)等問題[1]，這種土壤退化的現(xiàn)象造成的種植業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為全球性的重大問題，而土壤調(diào)理劑是指加入土壤中用于改善土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)和其生物活性的物料，恢復(fù)土壤物化特性的新型功能性肥料。近些年， 伴隨著我國土壤質(zhì)量退化問題的逐漸嚴(yán)重，土壤調(diào)理劑的作用也得到了越來越多人的關(guān)注。土壤調(diào)理劑這種新型肥料得到各國的大力推廣，現(xiàn)在全國土壤調(diào)理劑的生產(chǎn)廠家已達(dá)近百家，產(chǎn)量超過500 多萬噸，應(yīng)用范圍遍布全國各地區(qū)，其產(chǎn)品形態(tài)都是粉劑[2]。作為土壤調(diào)理劑是指利用石灰石、白云巖、膨潤土、泥炭、蛭石、硅藻土和海泡石等作為原料，根據(jù)不同地區(qū)土質(zhì)的特點(diǎn)按一定的比例進(jìn)行粉碎混合而其生產(chǎn)出來呈粉狀物[3]，含水率一般較高，可以達(dá)到20%，流動(dòng)性較差而粘性較強(qiáng)。目前對(duì)土壤調(diào)理劑的包裝一是用手工裝袋，二是利用普通的化肥包裝機(jī)進(jìn)行包裝。當(dāng)用手工包裝的方式進(jìn)行土壤調(diào)理劑的包裝時(shí)，會(huì)出現(xiàn)勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，包裝效率低，包裝成本高，稱量不準(zhǔn)確等問題；當(dāng)用普通的化肥包裝機(jī)進(jìn)行包裝時(shí)，由于土壤調(diào)理劑的含水率較高且粘性大，落料困難， 這樣就會(huì)在生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)粘料、不下料等現(xiàn)象，而且普通的化肥包裝機(jī)械一般是采用單稱斗、螺旋推進(jìn)直接送料，生產(chǎn)效率低下，稱量不準(zhǔn)確，機(jī)械故障多。本文通過對(duì)普通土壤調(diào)理劑包裝機(jī)進(jìn)行調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上增加了提出從單自動(dòng)稱量斗方式改為雙自動(dòng)稱量斗的方式進(jìn)行總體分析和提出初步的設(shè)計(jì)方案，以優(yōu)化包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)，爭取能提高包裝機(jī)的包裝效率。
圖1 土壤調(diào)理劑自動(dòng)定量包裝機(jī)結(jié)構(gòu)圖
- 土壤調(diào)理劑自動(dòng)定量包裝機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)分析
包裝機(jī)械未來總的趨勢(shì)是各種高新技術(shù)、新機(jī)械、新方法不斷得到應(yīng)用，其技術(shù)將向高速、高效、高質(zhì)量方面發(fā)展。發(fā)展重點(diǎn)將趨于節(jié)能降耗、質(zhì)量和性能可靠、控制水平先進(jìn)、穩(wěn)定性好、自重輕、結(jié)構(gòu)緊湊、噪音低、效率高、有利環(huán)保等方面。土壤調(diào)理劑包裝機(jī)是電子稱重技術(shù)在定量包裝系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，它是一種由PLC 控制，集數(shù)字定量、稱重、包裝于一體的高效包裝設(shè)備，用途十分廣泛。土壤調(diào)理劑包裝機(jī)是一種通過依照包裝具體要求（如包裝袋的形式、包裝重量等） 而設(shè)計(jì)出來的包裝方法，并編寫好PLC 程序，以自動(dòng)稱量的方式將具體物料分成一定重量且包裝好自動(dòng)稱量裝置。為了利于生產(chǎn)、保存、運(yùn)輸和用戶使用方便，對(duì)于散裝物料，如土壤調(diào)理劑、化肥和復(fù)合肥等在出廠時(shí)就需要進(jìn)行定量包裝，以一定重量（如50 kg)為單位分成多個(gè)相同重量的包裝個(gè)體。
（1） 土壤調(diào)理劑自動(dòng)定量包裝機(jī)結(jié)構(gòu)
由于強(qiáng)制給料定量包裝機(jī)主要應(yīng)用在流動(dòng)性較差的物料的定量包裝過程中，為了保證設(shè)備的稱量精度和速度， 同時(shí)兼顧設(shè)備的整體性能和制造成本，在設(shè)強(qiáng)制給料定量包裝機(jī)時(shí)，一般釆用了增重式稱量，其主要由兩部分組成：
（2） 土壤調(diào)理劑自動(dòng)定量包裝機(jī)工作程序
- 上級(jí)給料機(jī)構(gòu)的控制
在上面所述的土壤調(diào)理劑自動(dòng)定量包裝機(jī)的組成，土
壤調(diào)理劑原料經(jīng)過粉碎、篩選、攪拌后進(jìn)入到烘干筒進(jìn)行烘干后通過輸送帶傳送到貯料斗（體積約0.5 m3)進(jìn)行暫時(shí)儲(chǔ)存，貯料斗安裝了料位計(jì)，當(dāng)貯存的物料達(dá)到料位后，
將有信號(hào)反饋回到控制裝置，控制裝置向輸送帶電機(jī)控制電路發(fā)送停止信號(hào)，輸送帶停止工作，不再向貯料斗輸送物料。
- 松料機(jī)構(gòu)的控制
由于土壤調(diào)理劑烘干后的含水率在18%，而剛從輸送帶出來的物料含水率往往達(dá)到 50%，很容易結(jié)塊而不落料。為了解決這問題，在貯料斗中間安裝了防止物料結(jié)塊的松料器，通過不停攪動(dòng)使物料能夠順利下落到自動(dòng)喂料器里，松料器結(jié)構(gòu)如圖2 所示，其中的松料齒采用耐磨鋼制作，以增加松料器的使用壽命。松料器由電機(jī)通過減速一是機(jī)械部分，其主要由貯料斗、松料器、自動(dòng)喂料器、自動(dòng)緩沖斗、自動(dòng)稱量斗、接料斗、夾袋機(jī)構(gòu)、輸送帶、自動(dòng)縫包機(jī)等部分組成，如圖1 所示。
二是電控系統(tǒng)部分，其主要由可編程控制器 PLC、檢測(cè)元件、操作面板、控制元件以及執(zhí)行元件等部分組成器減速后帶動(dòng)，以減少轉(zhuǎn)動(dòng)速度，達(dá)到既能松料防結(jié)塊又減少松料器磨損的目的。
圖2 松料器與自動(dòng)喂料器
- 自動(dòng)緩沖斗與自動(dòng)稱量的控制
自動(dòng)緩沖斗1、自動(dòng)緩沖斗2 雙擺閥的兩個(gè)自動(dòng)緩沖斗各有雙開、單開和雙關(guān)三種情況，如圖3 所示。兩個(gè)自
動(dòng)緩沖器的初始狀態(tài)都是雙關(guān)，如圖4 所示。
圖3 自動(dòng)緩沖斗的三種狀態(tài)
圖4 兩自動(dòng)緩沖器的初始狀態(tài)
控制裝置檢測(cè)儲(chǔ)料斗有料的情況下，再檢測(cè)自動(dòng)稱量斗1 擺閥和自動(dòng)稱量斗2 擺閥的狀態(tài)，如果自動(dòng)稱量斗擺
閥1 和自動(dòng)稱量斗2 擺閥都處于雙關(guān)狀態(tài)時(shí)，則發(fā)出兩組信號(hào)：一是向兩個(gè)貯料斗雙擺閥發(fā)送信號(hào)，使它們都處于
雙開狀態(tài)，如圖5 所示；二是向自動(dòng)喂料器1 和自動(dòng)喂料器2 的兩電機(jī)發(fā)送運(yùn)行信號(hào)，自動(dòng)喂料器1 和自動(dòng)喂料器2
同時(shí)運(yùn)行，物料向兩自動(dòng)稱量斗送料，物料下落到兩自動(dòng)稱量斗，這時(shí)粗稱量開始。
當(dāng)落下到兩個(gè)自動(dòng)稱量斗的物料達(dá)到設(shè)定值時(shí)（一般設(shè)定為物料包裝重量的90%），控制裝置將向兩個(gè)貯料斗雙擺閥中的一個(gè)擺閥發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，控制裝置對(duì)兩貯料斗擺閥是單個(gè)控制的，也就是不一定同時(shí)向兩個(gè)貯料斗雙擺閥發(fā)出關(guān)閉一個(gè)擺閥的指令，而是根據(jù)自動(dòng)喂料器送料快慢而落到自動(dòng)稱量斗物料的質(zhì)量決定，兩個(gè)貯料斗擺閥可以都處于單開狀態(tài)，也可以是一個(gè)雙開一個(gè)單開狀態(tài)，如圖6 所示。當(dāng)擺閥是處于單開狀態(tài)時(shí)，物料通過貯料斗這中間通道向自動(dòng)稱量斗送料的速度減慢， 減少落料對(duì)稱量斗的沖擊，使稱量更加準(zhǔn)確。這時(shí)，精稱量過程開始。
圖5 兩自動(dòng)緩沖斗的雙開狀態(tài)
當(dāng)下落到某一自動(dòng)稱量斗中的物料達(dá)到設(shè)定重量時(shí)，該自動(dòng)稱量斗的傳感器向控制裝置反饋已到設(shè)定重量的信號(hào)，控制裝置接收信號(hào)后向相對(duì)應(yīng)的自動(dòng)緩沖斗發(fā)出關(guān)閉擺閥的信號(hào)，自動(dòng)緩沖斗的兩擺閥由單開狀態(tài)改顯雙關(guān)狀態(tài)，物料不再向自動(dòng)稱量斗落料，稱量過程完成。
要注意的是在精稱量過程中的設(shè)定重量一般比包裝出廠的物料重量小，這主要一方面因?yàn)橐?jì)上物料的稱量時(shí)差，也即要計(jì)上物料既不在自動(dòng)緩沖斗也不在自動(dòng)稱量斗的重量而在半空中的物料，落差量與出料口的面積和落差高度成正比關(guān)系，即出料口面積越大，落差高度越高，物料的落差量越大，反之亦反。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少出料口的截面積和落差高度，這個(gè)落差量的近似計(jì)算方法如下：
Q 落差=F·h·ρ
其中: Q 落 差 — 落差質(zhì)量(kg)； F— 出料口的截面積(m2) ； h — 出料口到料面的高度(m) ； ρ — 物料的密度(kg/m3) 。
另一方面由于機(jī)械結(jié)構(gòu)是在控制系統(tǒng)指令下執(zhí)行動(dòng)
作，從下達(dá)指令到機(jī)械動(dòng)作完成就存在一個(gè)動(dòng)作延時(shí)，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)就會(huì)多出一計(jì)量值而產(chǎn)生誤差，影響定量計(jì)量的準(zhǔn)確性，其計(jì)算方法如下：
設(shè)自動(dòng)緩沖斗從半開到雙關(guān)時(shí)所需要的時(shí)間為 t，即動(dòng)作延長時(shí)間，物料流速 V 一定，物料通過一個(gè)截面積 F 的容器，則機(jī)械動(dòng)作延時(shí)所引起的偏差量Q：
Q=F·V·t
其中：Q—偏差量(kg) ；F—截面積(m2 ) ；V—物料的流速(kg/m2·s) ；t—自動(dòng)緩沖斗從半開到雙關(guān)時(shí)所需要的時(shí)間(s) 。
還有要注意的是在稱量過程中或稱量過程完成后，松料器和自動(dòng)喂料裝置都在控制裝置的控制下繼續(xù)運(yùn)行而不停止，這樣可以保證物料的充足供應(yīng)和提高包裝效率。如果自動(dòng)緩沖斗的雙擺閥都已關(guān)閉，物料就暫時(shí)在自動(dòng)緩沖斗里儲(chǔ)存，自動(dòng)緩沖斗里安裝有料位計(jì)，當(dāng)物料達(dá)到料位時(shí)，料位計(jì)中的傳感器向控制裝置發(fā)出信號(hào)，控制裝置接收到料位達(dá)到設(shè)定值信號(hào)后向強(qiáng)制送料裝置發(fā)出停止信號(hào)，自動(dòng)喂料裝置停止運(yùn)行，物料不再下落到自動(dòng)緩沖斗中，等待控制裝置發(fā)來打開雙擺閥的信號(hào)而打開雙擺閥， 進(jìn)行下一次落料稱重。若料位計(jì)檢測(cè)到物料低于設(shè)定料位，控制裝置將向自動(dòng)喂料器發(fā)出運(yùn)行的信號(hào)，自動(dòng)喂料器運(yùn)行。
（4） 裝包過程的控制
這時(shí)控制裝置檢測(cè)夾袋機(jī)構(gòu)中是否已將袋夾好，若通過夾袋機(jī)構(gòu)中的傳感器檢測(cè)到袋還沒夾好，系統(tǒng)發(fā)出袋沒夾好的報(bào)警信號(hào)，等待夾袋；若檢測(cè)到袋已夾好，控制裝置即向自動(dòng)稱量斗的單擺閥發(fā)出打開的信號(hào)，自動(dòng)稱量斗單擺閥打開，物料在重力作用下迅速通過接料斗落到包裝袋里，這時(shí)落料完成，自動(dòng)稱量斗1 單擺閥關(guān)閉。這時(shí)控制裝置對(duì)整個(gè)系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行兩方面的控制。
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- 松袋與再次夾袋
控制裝置向夾袋機(jī)構(gòu)發(fā)出松袋信號(hào)，夾袋機(jī)構(gòu)動(dòng)作而松袋，包裝袋落下到縫包輸送帶上面，接著人工夾袋，當(dāng)夾袋機(jī)構(gòu)中傳感器檢測(cè)到夾袋完成后，控制裝置向原來已稱好物料的自動(dòng)稱量斗2 發(fā)出打開單擺閥信號(hào)，自動(dòng)稱量斗2 的單擺閥打開，物料通過接料斗下落到包裝袋。
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- 自動(dòng)緩沖斗1 閥門的再次開啟
在自動(dòng)稱量斗1 單擺閥關(guān)閉時(shí)，控制裝置即時(shí)向自行緩沖斗1 發(fā)出信號(hào)，自動(dòng)緩沖斗1 雙擺閥開，物料下落到再次稱量。當(dāng)稱量完成后，自動(dòng)稱量斗1 等待再次開閥落料的信號(hào)。
另外，當(dāng)裝好物料的包裝袋下落到縫包輸送帶后，會(huì)被自動(dòng)輸送到到自動(dòng)縫包機(jī)位置，當(dāng)自動(dòng)縫包機(jī)激光檢測(cè)檢測(cè)裝置檢測(cè)到包裝袋到達(dá)縫包位后，自動(dòng)縫包機(jī)開始縫包，縫包結(jié)束后，自動(dòng)切斷縫線，包裝袋在縫包輸送帶中繼續(xù)前行并被移出工位。土壤調(diào)理劑自動(dòng)定量包裝機(jī)的生產(chǎn)流程圖如圖7 所示。
- 結(jié)論
該設(shè)計(jì)方案采用了中間儲(chǔ)料的緩沖斗和雙稱量斗，集變頻調(diào)速自動(dòng)喂料、自動(dòng)稱量、自動(dòng)縫包裝于一體，結(jié)構(gòu)緊湊合理，具有稱量精度高，包裝速度快，自動(dòng)落差修正，操作方便、便于清理維護(hù)、勞動(dòng)強(qiáng)度降低、不泄漏、不揚(yáng)塵等特點(diǎn)。
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