颗粒灌装机料仓的设计原理及步骤

卢亮亮

摘 要：近半个多世纪以来，随着生产与流通日益社会化、现代化，产品包装正以崭新的面貌崛起，受到人们的普遍重视。灌装机是包装机的一种特殊的结构。那么料仓的设计尤其关键，本文主要论述料仓原理及设计思路。

关键词：灌装机；料仓；设计；原理；计算；系统

1 灌装机的工作原理

1.1 系统结构

本系统主要有电子称重计量、控制、传输和封口部件等组成。传输部件是通过一个由电动机控制的链板传动系统实现对包装件的传送；封口机构按产品和板状的不同自动执行封包、垫封或加盖卷边等功能；计量部件由称重传感器及相应的测量和显示仪表构成，完成对物料的称重分包与质量显示；单片机及其相应的控制执行电路承担了定量称重包装系统各个工序的自动控制。

1.2 原理

本系统以传感器输出信号为依据实现物料的自动定量包装，其基本工作过程分喂料、称重、排料、夹袋等四个阶段。

称重开始时，控制器控制储料斗的粗进料阀和细进料阀同时打开，物料进入称量斗。当称量斗中物料质量达到粗加料阀值時，粗进料阀关闭，物料仅从细进料阀流出，进入细加料阶段。当称量斗物料量接近目标值达到细加料阀值时，细进料阀关闭，称量过程完成。接着套上包装容器并触动夹具动作，打开称量斗的卸料阀，物料卸入包装容器中，卸料完毕后关闭卸料阀，夹具装置自动松开，装有物料的包装容器落到传送带上，由传送机构送至封口装置，完成封口工序。

2 料仓的设计

2.1 料仓的概述

固体料仓是储存固体松散物料的容器，它区别于储存气体、液体的容器。气体和液体在常温的自然状态下是无形的物质，松散的固体物料在自然状态下有堆积形态。料仓的种类繁多，其结构和制造工艺也相差甚远，构成料仓壳体的受力元件由仓壳顶、仓壳圆筒、和仓壳锥体组成。仓壳顶和仓壳圆筒的结合部称肩部，仓壳锥体和仓壳圆筒的结合部称臀部，此两部分的结构根据料仓的不同大小和形状以及料仓使用的不同材质而有不同，我根据实际情况均采用焊接的结构形式，以保证料仓具有足够的刚度和强度。料仓支撑结构主要是裙座、耳式支座和环座式支座。

2.2 料仓设计及计算

料仓的设计时应优先考虑适宜的料仓形状和大小，装卸物料用的运输装置和在作业过程中的正确布置。散料在重力的作用下载料仓里不是均匀的流动，而要出现粒度和密度方面的不期望的不均匀组成，料仓的物料对仓底和侧壁产生压力等等因素。

料仓的基本要求

料仓容积应满足贮存物料量的要求；

外形尺寸：横截面最小长度不小于1.2m；

高度不宜过高：成品仓<4.5m，其它仓与厂房匹配，不宜使物料过于压实。

料斗形状：选择合理的形状，结构强度高，内外侧应有可靠的加强筋，内表面光滑无毛刺。

综上所述考虑到所承容积大、经济合理所以选择料仓的形状为上部分为圆筒形下部分为锥形。

1）容重和容积

定义：散粒体自然堆积时，单位体积质量，称为容重。对其经济性和可靠性等多方面因素予以综合考虑。铝制料仓则由于材料性能的限制，目前只能制造容积不大于250 m3，高度不大于8m的料仓。

2）设计压力

固体料仓设计压力的适用范围，一般按常压考虑。因此规定设计压力的适用范围取-500Pa～0.1MPa，即真空度取500Pa，设计压力最大取0.1MPa。工程装置中在固体料仓的顶部根据工艺的要求有时有氮封，有时采用气流输送等情况，对于顶部有氮封（或其它作用的压力）的料仓，设计压力应取顶部可能出现的气体的最高操作压力作为设计压力。过高的设计压力会影响料仓的使用经济性，而且实际使用压力也被限制在一定范围内。

3）设计温度

固体料仓的使用温度大都为常温，我国南北纬度跨度大，北方部分地区冬季极端最低气温较低，而南部、西南部地区夏季日照下仓壳的温度可达几十度，设计者决定设计温度时应考虑到料仓所处的地理位置，由于固体料仓一般不用保温，仓壳的温度基本与环境温度一致，裙座的用材应考虑环境温度的影响。当对储存物料有加热的要求时还应考虑物料的温度效应及热膨胀的影响。因此本标准规定料仓的设计温度范围取料仓所使用的仓壳金属允许的使用温度，但由于通常料仓的使用温度不高，故仓壳材料的许用应力相应给到200℃。

4）载荷的计算

料仓所承受的载荷分为静载荷和动载荷。静载荷为长期载荷，动载荷为短期载荷。料仓仓壳和支承部分的安全性和经济性很大程度决定于选择合理的设计载荷。料仓的设计压力、储存物料引起的压力、料仓自重等附件的重量、多雪地区的雪载荷等属于主要的静载荷；风载荷、地震载荷和料仓在加料、卸料时所产生的冲击载荷等属于主要的动载荷，此外连接管道和其它的部件对料仓的作用力、支座的反作用力等都是应当考虑的载荷。

2.3 仓壳的垂直压力与水平压力

在进行了大量的试验基础上，提出了利用料仓壳体壁面摩擦平衡载荷的函数关联来计算垂直压力和水平压力，并确认垂直压力和水平压力的比值是随着料仓的深度和料仓的形状而变化的，对料仓的计算提出了新的解析方法。

目前各国标准使用的计算方法不同，有采用经典理论的计算方法，也有的采用了改进的计算方法。我们认为，从理论分析和试验数据看，采用“物料对仓壳的垂直压力与水平压力的比值随料仓高度变化而变化”的理论来分析料仓壳体的受力比较符合试验数据，我们在编制本标准时采用这种解析方法，但是此方法对大型锥体料斗的解析过于简单，需要作一些调整。

3 结论

本次设计的题目是颗粒物料定量称重、灌装机设计（机械部分），其中主要的难点是整体结构的设计及各部分零部件选取及校核，所以在此灌装机的设计中，必须认真查阅各种设计手册及相关资料并进行分析计算，才能很好的完成本次设计。本设计方案是为了更好的满足生产的需要，提高生产的效率，此次设计结构的特点：本产品的主体结构由供料装置、计量装置、夹带装置、机架、数控主板和气压传动系统组成。供料装置采用了多次喂料的供料方式以保证灌装过程的稳定、准确。设备由按钮启动后即可投入自动喂料、称重、卸料操作，操作人员只需做袋套、按夹袋开关、封袋口三种操作。具有应急功能，可通过“停止”按钮使机器紧急停机。具有料位检测功能。当料位低于规定高度时，机器自动停止灌装；待料位达到规定高度时，又自动恢复连续定量灌装。这次设计暴露出所掌握的基础知识不够全面，缺乏生产经验，但是经过这次设计之后，在老师的指导和自己的努力下，我对此将受益匪浅，将为自己在今后的工作中进行独立设计、自主创新打下一个良好的基础。

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