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為了改變我區(qū)制糖和化工行業(yè)的大部分工廠仍處于人工計(jì)量包裝的落后局面，設(shè)計(jì)總體方案 是研制微機(jī)控制的機(jī)電一體化的、適用于粉狀和顆粒狀產(chǎn)品包裝的自動(dòng)計(jì)量包裝機(jī).第一臺(tái)樣機(jī)于 1994年在工廠的生產(chǎn)流水線(xiàn)上安裝調(diào)試成功，并投入運(yùn)行.在實(shí)踐中，經(jīng)過(guò)近兩年不斷改進(jìn)和完 善,使我們研制的自動(dòng)包裝機(jī)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,具有計(jì)量精度高、計(jì)量速度快、適用范圍廣、操作方 便、維修容易等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)通過(guò)了由內(nèi)蒙古科委組織的專(zhuān)家技術(shù)鑒定.

在研制過(guò)程中，終于找到了一種簡(jiǎn)單有效的辦法，較好地解決了運(yùn)動(dòng)物料對(duì)定量包裝計(jì)量精度 的影響.本文總結(jié)了這方面的工作和經(jīng)驗(yàn)，與同行進(jìn)行技術(shù)交流一

1實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)岀開(kāi)始包裝的指令后，料斗的大閘門(mén)由氣動(dòng)缸打開(kāi)，物料靠自重以 大約12 kg/s的流量流入計(jì)量斗，計(jì)算機(jī)的LED數(shù)碼管的重量顯示從0 kg開(kāi)始?jí)埣樱蠹s4?5 s 后，計(jì)量重量達(dá)到50 kg,計(jì)算機(jī)立即發(fā)岀關(guān)同門(mén)的指令,這時(shí)由于尚有物料處于下落過(guò)程,LED數(shù) 碼管的重量顯示繼續(xù)増加，可以達(dá)到52?53 kg一但是，當(dāng)這些物料全部落入計(jì)量斗后，重量顯示反 而下降，靜止后物料的實(shí)際重量只有47?48 kg.很顯然，顯示重量與實(shí)際重量之差別是由于從上 面料斗流下的物料的沖擊力造成的.

從表面上看，上述誤差是系統(tǒng)誤差，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置一個(gè)適當(dāng)?shù)奶崆傲?，使靜止后物料的 重量達(dá)到50 kgcl'J\我們也依據(jù)這個(gè)思路，進(jìn)行了反復(fù)的實(shí)驗(yàn)嘗試.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最終的計(jì)量誤 差確實(shí)有校大的改善，但是計(jì)量精度總是達(dá)不列設(shè)計(jì)要求.問(wèn)題的主要原因是，在包裝過(guò)程中物料 的流動(dòng)性變化很大，而且氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的滯后時(shí)幟'勺不穩(wěn)定的氣源氣壓有敏感的關(guān)系，所以提前量 在一定范圍內(nèi)是一個(gè)隨機(jī)變量,無(wú)法用一個(gè)冋交仍己甫墾來(lái)消除沖擊力造成的計(jì)量誤差? 2理論模型分析

為了正確認(rèn)識(shí)物料沖擊力的規(guī)律性，我們斯住運(yùn)動(dòng)物料的沖量這個(gè)主要矛盾，忽略物料與空氣 摩擦力等次要因素，對(duì)下落的固體粉料的沖擊力打性進(jìn)行了理論分折，

如圖1所示,V。是物料岀洌門(mén)口時(shí)的司速度,v是物料落到計(jì)量斗時(shí)的瞬時(shí)速度,H是料斗閘 門(mén)到計(jì)量斗的垂直距離.在忽略空氣庠擦力的條件下，下面的等式成立

V2 = VI + 2gH                                                                                      （1）

在這里g表示垂力加速度.設(shè)物料岀閘門(mén)口時(shí)的流量為Z（kg/s）,由于流體的連續(xù)性，物料落到計(jì)量斗的流量也應(yīng)該是2.物料落在計(jì)量斗上，速度由V變?yōu)?,按照經(jīng)典力學(xué)的沖量定理，運(yùn)動(dòng)物料 的沖擊力

F — Z(y 一 0) = ZV                                                                               (2)

因此，在進(jìn)料的任一 T時(shí)刻，計(jì)量傳感器 的實(shí)際負(fù)荷是已經(jīng)落到計(jì)量斗中的物料的重量 師g,再加上運(yùn)動(dòng)物料的沖擊力F,即

f = mg + F = mg + ZV

=mg+ + 2gHy!t (3)

、沖擊力造成了計(jì)量傳感器的信號(hào)輸出大于計(jì)量 斗中物料的實(shí)際重量，其茬值等于F^ZV,與 物料的初速度V.和質(zhì)量流速2、以及料斗聞門(mén) 到計(jì)量斗的垂直距離H有關(guān).對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)的 包裝機(jī)m,V0«sl m/stZ^siajtg/s.根據(jù) 式⑴和(2)得 V = 4. 5 m/s.F = 54 N(即 5. 5 kg重).該理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果是符 合的.

下面我們對(duì)論運(yùn)動(dòng)物料對(duì)最終的定量包裝 計(jì)量精度的影響、設(shè)定量包裝的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是 潞，則當(dāng)f=Mg時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)岀關(guān)閘□的指令， 設(shè)此時(shí)刻已經(jīng)落在料斗中的物料質(zhì)量為 與M的關(guān)系由式(3)給定

M=Mt+Z (V? + 2gHyft/g (4) 計(jì)算機(jī)發(fā)出關(guān)用門(mén)的指令后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)立即關(guān)閘門(mén)，但是從料斗閘門(mén)到計(jì)量斗的垂直距離上， 巳經(jīng)離開(kāi)閘門(mén)的物料繼續(xù)下落，直至這些物料全部落入計(jì)量斗中、現(xiàn)在我們計(jì)算落入料斗中全部物 料的實(shí)際質(zhì)量AC.根據(jù)自由落體的關(guān)系,『=給+察,和+ 所以，物料全部落入計(jì)量斗所需的時(shí)冋為

 

3 '解決辦法

從上述的理論分析中我們看到，物料的運(yùn)動(dòng)對(duì)計(jì)量過(guò)程和計(jì)星精度都有不良影響，沖擊力造成 的虛假信號(hào)使計(jì)算機(jī)不能作出正確的判斷，無(wú)法可靠地把計(jì)覺(jué)精度控制在0,1%之內(nèi)，但是為了包 裝,物料的運(yùn)動(dòng)又是不可避免的，從表面上看，如果Vo^z是常數(shù)的話(huà)，則物料沖量造成的誤差是 一個(gè)固定的系統(tǒng)誤差，可以通過(guò)計(jì)算譏的數(shù)值處理功能予以修正f 2,但是我們?cè)趯?shí)際觀察中發(fā)現(xiàn)，

和Z與物料的牯性、含水量、顆料的大小、甚至物料的存放時(shí)間都有敏感的關(guān)系，都是不可預(yù)見(jiàn)、 不可控制的變量.企圖儀僅通過(guò)軟件的方法解決該問(wèn)題的想法是不現(xiàn)實(shí)的.

一個(gè)解決問(wèn)題的思路是減小Z,降低運(yùn)動(dòng)物料造成的誤差.這個(gè)措施又意味著降低包裝速度. 國(guó)內(nèi)外的包裝機(jī)為了兼顧包裝速度和精度，大部分采用了在包裝的前期用大門(mén)大流量進(jìn)料，后期用 小門(mén)小流量進(jìn)料的雙流量進(jìn)料方案.該方案適用于砂糖之類(lèi)的流動(dòng)性好的物料的包裝，但是不適用 于綿糖之類(lèi)的流動(dòng)性差、含水量大、容易堵塞的物料的包裝.

另一個(gè)解決問(wèn)題的思路是盡量減小V。.從式（7〉我們看到，如果則物料沖擊力造成的誤 差恰好被從料斗麗門(mén)到計(jì)量斗的垂直距離上正處于下落過(guò)程的物料的重量抵消,在這種情況下，物 料的沖擊力對(duì)計(jì)星梢度沒(méi)有影響.

通過(guò)課題組成員的多次討論，我們認(rèn)識(shí)到，定量包裝機(jī)與普通的計(jì)量秤有很大的差別，它在包 裝的不同階段對(duì)包裝的速度和精度的要求是不同的.在開(kāi)始包裝的時(shí)候.要求進(jìn)料速度快，而當(dāng)包 裝袋中物料的重量接近標(biāo)準(zhǔn)重量時(shí)，要求計(jì)量準(zhǔn)確,經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，并借鑒國(guó)內(nèi)外包裝機(jī)的工作原 理和優(yōu)點(diǎn)，我們決定采用大門(mén)大流量快速進(jìn)料和電振機(jī)小流量慢速進(jìn)料相結(jié)合的技術(shù)方案,解決定 眞包裝的速度與精度之冋的矛盾.其實(shí)施要點(diǎn)是*

1）  當(dāng)包裝機(jī)開(kāi)始包裝后，計(jì)算仇打開(kāi)進(jìn)料大門(mén)，以12 kg/S左右的流量進(jìn)料，當(dāng)計(jì)量斗的測(cè). 髭值達(dá)到50 kg（已經(jīng)把氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作延退效應(yīng)引起的系統(tǒng)誤差做了修正），立即關(guān)閉進(jìn)料 大門(mén)-這段時(shí)冋大約是4田

2）  延時(shí)0. 5 s,待從大門(mén)落下的啊料全部落在計(jì)量斗上，再重新開(kāi)始測(cè)量計(jì)量斗中物料的重 量；此時(shí)物料的重量一般是47~49kg.il-算機(jī)接著開(kāi)電振機(jī)，以1 kg/s左右的流量進(jìn)科.當(dāng)計(jì)量斗 的測(cè)量值達(dá)到50 kg,立即關(guān)電振機(jī).這個(gè)階段的時(shí)間大約是1?3 s.

由于電振機(jī)是水平振動(dòng)送料，可以保證物料離開(kāi)電振機(jī)時(shí)垂直方向的初速度等于零，即卩。= 0.從理論上講，這樣就基本消除了流動(dòng)物料對(duì)最終的定量包裝計(jì)量精度的影響.使用電振機(jī)的另一 個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它的動(dòng)作反應(yīng)快,延迅時(shí)間小于20       而且與外界環(huán)境無(wú)關(guān)；因此，在包裝計(jì)量的最后階

段使用電振機(jī)小€覺(jué)送料，可以有效地保證計(jì)量精度.

采用了上述技術(shù)方案以后，微機(jī)自動(dòng)控制定量包裝機(jī)的性能大為改善.經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，包裝的 計(jì)里精度達(dá)到0. 1%；包裝的速度達(dá)到4袋/min,這兩項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到技術(shù)合同的要求，實(shí)踐證明，我 們采用的上述技術(shù)方案是成功的.

4結(jié)論

采用大門(mén)大流量快速進(jìn)料和電振機(jī)小流量慢速進(jìn)料相結(jié)合的技術(shù)方案是消除流動(dòng)物料沖擊力 的彩響、解決定量包裝的速度與精度之間的矛盾的一個(gè)簡(jiǎn)單有效的辦法。

 

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