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定量包裝秤是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的量值，通過(guò)自動(dòng)稱(chēng)量，把散狀物料等量分半的稱(chēng)量裝置。它作為生產(chǎn)過(guò)程中的主要環(huán)節(jié)之一，已廣泛應(yīng)用于化工、糧食、食品等各種行業(yè)中。隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)定量包裝技術(shù)提出了更高的要求。定量包裝秤也迅速地朝向智能化、高級(jí)自動(dòng)化、高效能及節(jié)約的方向發(fā)展?；诂F(xiàn)代電子稱(chēng)量技術(shù)和PLC可編程控制技術(shù)，在吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)及充分的市場(chǎng)調(diào)研基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了系列小量程定量包裝秤，采用粗、細(xì)兩級(jí)給料方式，型式分為單頭、雙頭、四頭等，稱(chēng)量范圍從15g～2000g不等，計(jì)量能力（四頭>:40～60袋/分，計(jì)量精度可達(dá)±0.20%～±1%。它適用于糧食、種子等顆粒物料，蝦條、玉米等膨化食品，飼料、肥料等粉粒體的中袋包裝。

 

1基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

 

小量程定量包裝秤由機(jī)械秤體和電子稱(chēng)量控制系統(tǒng)兩部分組成。秤體部分又由儲(chǔ)料斗、電振給料機(jī)、分料機(jī)構(gòu)、料口開(kāi)閉機(jī)構(gòu)、計(jì)量單元和過(guò)渡裝置等組成>稱(chēng)量穩(wěn)定系統(tǒng)由稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)重控制儀表和動(dòng)作執(zhí)行元件等組成。以雙頭秤為例，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1。

 

 

上述部件中.除儲(chǔ)料斗及過(guò)渡裝置外,其余都是左右對(duì)稱(chēng)各一套。儲(chǔ)料斗采用特殊的褲衩式結(jié)構(gòu)，分成兩路供料。過(guò)渡裝置是秤體與包裝機(jī)的過(guò)渡。

 

2.1秤體的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

 

秤體的機(jī)械結(jié)構(gòu)由兩部分組成,即由儲(chǔ)料斗、電振給料機(jī)、分料機(jī)構(gòu)和料口開(kāi)閉機(jī)構(gòu)等組成的給料裝置和由計(jì)量斗、稱(chēng)重傳感器等組成的稱(chēng)量裝置。機(jī)械結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)：

 

(1)采用電磁振動(dòng)給料方式和電子稱(chēng)重計(jì)量方式，快速、準(zhǔn)確。

 

(2)使用擋料刷區(qū)別粗細(xì)給料.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便。

 

(3)執(zhí)行機(jī)械都采用氣動(dòng)元件。利用關(guān)節(jié)軸承連接轉(zhuǎn)軸、氣缸驅(qū)動(dòng)方式，可以使分料槽和料口擋料刷有一定的旋轉(zhuǎn)角度，完成給料。同時(shí)，利用氣缸沖程和連桿機(jī)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)料門(mén)的開(kāi)閉。

 

(4)在儲(chǔ)料斗和給料槽中設(shè)料位探測(cè)器，對(duì)料位狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

 

(5)獨(dú)特的計(jì)量單元結(jié)構(gòu)。

 

在包裝秤中，稱(chēng)重傳感器的量程選擇為：

 

Cr=k*（Wnmax+W)/N

 

式中:C——稱(chēng)重傳感器量程

 

Wnmax——被稱(chēng)物料凈重的最大值

 

W——料斗的自重

 

N——料斗秤所采用支承點(diǎn)的個(gè)數(shù)（多數(shù)情況下為稱(chēng)重傳感器的個(gè)數(shù)）

 

k----影響系統(tǒng)

 

由于小量程包裝秤量程小，只有2kg,即Wnmax=2kg,而料斗自重W也只有4kg左右，即使考慮其它因素的影響，稱(chēng)重傳感器的量程也很小（在10kg以?xún)?nèi)）.因此該結(jié)構(gòu)選取了一只0.02級(jí)雙孔平行懸臂梁式小量程稱(chēng)重傳感器作為單點(diǎn)支承,結(jié)構(gòu)如圖2所示。

 

 

計(jì)量斗和承重座焊接成一體，與稱(chēng)重傳感器相連。為了保證承重座水平面能有效固定稱(chēng)重傳感器,采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),并輔以良好的加工工藝。同時(shí),通過(guò)計(jì)算，使稱(chēng)重傳感器的安裝平面在稱(chēng)重系統(tǒng)重心位置之上,加強(qiáng)了稱(chēng)重系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)傳感器進(jìn)行了全密封處理,盡量避免外界干擾因素的影響。

 

2.2稱(chēng)量控制裝置的組成及厴理概述

 

稱(chēng)量控制裝置由稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)重儀表、PLC可編程控制器、狀態(tài)傳感器等組成，其電子稱(chēng)量控制原理框如圖3所示。

 

 

物料重量信號(hào)經(jīng)稱(chēng)重傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后送稱(chēng)重顯示控制器,經(jīng)前置放大、A/D轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào),送可編程控制器處理,稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)送稱(chēng)重儀表數(shù)字顯示,控制信號(hào)則驅(qū)動(dòng)振動(dòng)給料機(jī)和氣閥,控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成稱(chēng)重控制工作。

 

3稱(chēng)量控制過(guò)程簡(jiǎn)述

 

(1)給料:系統(tǒng)啟動(dòng)，給料機(jī)將物料送入儲(chǔ)料斗。

 

(2)粗給料:初級(jí)電振給料機(jī)振動(dòng)給料,分料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向粗給料機(jī)進(jìn)行粗給料,到達(dá)設(shè)定值時(shí),料口開(kāi)閉機(jī)構(gòu)關(guān)團(tuán)，停止粗給料。粗料斗卸料至細(xì)料斗。

 

(3)細(xì)給料:分料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向垂直落料斗.物料進(jìn)入細(xì)給料機(jī)進(jìn)行細(xì)給料。由于細(xì)給料物料所占比例小(一般可設(shè)定為總給料量的5%～10%).因而分料機(jī)構(gòu)很快又轉(zhuǎn)向粗給料機(jī),在進(jìn)行細(xì)給料的同時(shí).進(jìn)行下一輪的粗給料。

 

(4)落料：細(xì)給料結(jié)束，物料卸入過(guò)渡裝置.進(jìn)入包裝部分。包裝后，由輸送機(jī)運(yùn)走。

 

(5)從(2)開(kāi)始循環(huán)。

 

雙頭秤的兩組給料裝置稱(chēng)重原理完全相同.但由于共用一臺(tái)包裝機(jī),在一組裝置落料包裝時(shí)，另一組細(xì)料斗要延長(zhǎng)一段時(shí)間。兩組裝置各自獨(dú)立又相互影響地完成稱(chēng)重計(jì)量工作。與單斗秤相比，大大提高了計(jì)量效率。

 

4稱(chēng)重過(guò)程誤差分析及改善措施

 

4.1誤差分析

 

小量程定量包裝秤是集電子稱(chēng)重計(jì)童和控制為一體的自動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)誤差由以下幾方面組成。

 

4.1.1控制誤差△1

 

控制系統(tǒng)通過(guò)控制進(jìn)料器而達(dá)到控制進(jìn)入稱(chēng)量斗的物料重量，物料的重量相對(duì)于用戶(hù)設(shè)定重量的誤差，稱(chēng)之為控制誤差。為了做到高效準(zhǔn)確，定量秤一般采用多組給料，該定量秤采用粗、細(xì)兩組料方式，粗給料流量大.主要用于縮短給料時(shí)間，保證稱(chēng)量速度。而細(xì)給料用去整個(gè)周期的1/2～1/3的時(shí)間，僅加入額定重量的5%～10%.重在保證稱(chēng)量精度。當(dāng)粗給料結(jié)束時(shí).粗計(jì)量斗卸料至細(xì)計(jì)量斗,細(xì)計(jì)量斗繼續(xù)加料，直至達(dá)到目標(biāo)值。這樣，對(duì)于包裝秤的控制誤差，主要是細(xì)給料的控制誤差。控制誤差主要由L/C的輸出誤差、儀表的動(dòng)態(tài)檢測(cè)誤差及控制機(jī)構(gòu)的動(dòng)作誤差組成。上述三種誤差也即是由于控制元件響應(yīng)時(shí)間的變化以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程時(shí)間的變化所造成的誤差。也就是說(shuō),這三個(gè)誤差因素是通過(guò)改變實(shí)際進(jìn)料時(shí)間而影響定量秤的精度,從而使定量秤每次進(jìn)料過(guò)程中,各級(jí)速度的實(shí)際進(jìn)料時(shí)間產(chǎn)生隨機(jī)誤差么。則控制誤差：

 

△1=q*f*△t

 

式中：q——細(xì)電振機(jī)每次振動(dòng)給料量，kg/次

 

f——電振機(jī)振動(dòng)頻率，Hz，取f=50Hz

 

從上面的計(jì)算可以看出，控制誤差△l與細(xì)給料流量值q*f成正比。也即在一定范圍內(nèi).控制誤差與進(jìn)料速度成正比,速度越慢，誤差越小,控制精度趙高。但對(duì)于動(dòng)態(tài)秤來(lái)說(shuō),影響系統(tǒng)精度的因素太多.并非只和速度有關(guān)。假定由于控制元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)時(shí)間的提前或滯后而造成細(xì)振動(dòng)給料機(jī)少或多振動(dòng)一次加料，則：

 

△l=q*f/ε

 

式中：ε一儀表的A/D轉(zhuǎn)換速度，本裝置采用AD4325儀表，ε=70次/秒

 

當(dāng)ε>/時(shí),應(yīng)取ε=/進(jìn)行計(jì)算,則△l=q，即控制誤差為細(xì)給料一次振動(dòng)給料量。但上述的計(jì)算只是在單粒物料的質(zhì)量小于或等于細(xì)電振機(jī)每次的振動(dòng)給料量時(shí)才成立。若顆粒物料質(zhì)量大于q時(shí),則應(yīng)以單粒物料的質(zhì)童值作為控制誤差值。

 

由此可見(jiàn)，系統(tǒng)的控制精度除了和系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)特性有關(guān)外，還受稱(chēng)量物料物理性質(zhì)的影響。物料的流動(dòng)性好壞、顆粒大小、密度等對(duì)控制誤差均有較大的影響。

 

4.1.2電子稱(chēng)量誤差△2

 

包裝秤的電子稱(chēng)量系統(tǒng)由L/C、稱(chēng)重控制儀表、機(jī)械傳力系統(tǒng)等幾部分組成，它們本身的固有誤差構(gòu)成了系統(tǒng)的電子稱(chēng)量誤差。其中，L/C和儀表的誤差取決于本身的精度，通過(guò)選取高品質(zhì)的L/C和稱(chēng)重控制儀表,就可獲得較高的精度。而機(jī)械秤體傳力系統(tǒng)誤差所占比重較大,也是較難消除的誤差。只有通過(guò)提高設(shè)計(jì)與制造工藝水平來(lái)減少這一部分的誤差。

 

4.1.3其它干擾誤差△3

 

(1)振動(dòng)沖擊誤差，主要由斗體振動(dòng)及物料沖擊所產(chǎn)生；

 

(2)料流變化誤差，取決于料柱密度變化及物料流動(dòng)性變化;

 

(3)動(dòng)力源的干擾對(duì)執(zhí)行元件動(dòng)作的影響產(chǎn)生的誤差;

 

(4)其它隨機(jī)誤差，主要由外界系列因素隨機(jī)干擾造成的誤差。

 

總誤差:△=△1+△2+△3

 

4.2改善措施'

 

系統(tǒng)的誤差不可能完全消除,但可以采取以下一些措施以減小誤差的不利影響：

 

(1)由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用CAD進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)。同時(shí).生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制機(jī)械加工的加工精度及裝配精度.避免了工藝性不好造成諸如轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、配合不緊密等問(wèn)題所引起的誤差。

 

(2)在計(jì)量過(guò)程中.計(jì)量斗的振動(dòng)及穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)短影響很大。調(diào)整擋料刷，使給料穩(wěn)定均勻.避免忽多忽少。同時(shí)在料門(mén)與計(jì)量斗接觸的部位加上一層橡膠板,避免料門(mén)與料斗的剛性碰撞，減小振動(dòng)，縮短穩(wěn)定時(shí)間。

 

(3)當(dāng)給料結(jié)束,料口開(kāi)閉機(jī)構(gòu)關(guān)閉時(shí)，空中仍有一些飛料。對(duì)飛料的影響，一方面要選擇響應(yīng)快的動(dòng)作執(zhí)行元件,接到信號(hào)后，立即關(guān)閉料口開(kāi)閉機(jī)構(gòu)，減少飛料量；另一方面,儀表可采用落差補(bǔ)償功能消除飛料的影響。

 

(4)選用高精度的稱(chēng)重傳感器,采用高速采樣的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重顯示器、先進(jìn)的PLC可編程控制器等。選擇功能穩(wěn)定的氣動(dòng)元件等。

 

(5)消除外界環(huán)境的不利影響，如減小振動(dòng)，降低污染等。

 

當(dāng)然，減小誤差的措施很多，不能一一枚舉。在應(yīng)用過(guò)程中,要根據(jù)具體情況而定。

 

5結(jié)束語(yǔ)

 

定量秤機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、物料的選擇、目標(biāo)值的大小、元器件的選用等各因素都對(duì)定量秤的速度及精度有一定的影響。同時(shí)，在一定范圍內(nèi)速度及精度也有一個(gè)反比例的關(guān)系。但速度與精度并非是兩個(gè)相互對(duì)立的因素，也不是成簡(jiǎn)單比例關(guān)系的兩個(gè)因素。要想設(shè)計(jì)一臺(tái)速度及精度均很髙的包裝秤應(yīng)充分考慮前面所討論的各種因素。通過(guò)選取高品質(zhì)的元器件、改善秤體的設(shè)計(jì)及定量秤工作的外部條件、采用先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)等,充分權(quán)衡精度與速度之間的關(guān)系，采取相應(yīng)的措施，使定童秤的精度和速度達(dá)到最佳。

 

 

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