一种散体物料自动称量装袋机的设计

杨志冬,寇德万,赵宏江,任线妮

(陕西省农业机械研究所，陕西咸阳 712000)



一种散体物料自动称量装袋机的设计

杨志冬,寇德万,赵宏江,任线妮

(陕西省农业机械研究所，陕西咸阳 712000)

摘要：研制了一种散体物料自动称量装袋机，设备采用由变频器控制的裙边皮带作为供料装置，由弧形闸门实现料层的调节。称量装置设有过渡罩和夹袋斗，过渡罩上的振动电机可有效清除粘附的物料，保证了称量的可靠性。使用结果表明该设备能够很好的适应粉状及颗粒状散体物料的称量充填，当计量值为50kg时，对于粉状物料计量速度为4~5次/min，颗粒状物料可达到5~6次/min，称量误差均小于100g，满足0.2级秤的精度要求。

关键词：自动称量装袋机；供料装置；称量装置；变频器；弧形闸门；振动电机

0引言

随着我国农业生产中科学施肥技术水平的不断提高，国家大力推广的有机无机复混肥是最近几年发展的一种新型优质肥料。用于最终成品的自动称量装袋机，是其中的关键设备。现有的自动称量装袋机，对于流动性好的颗粒物料，设备的供料方式多以三级摆门、振动给料器为主，而流动性差的粉状物料多以螺旋供料为主，皮带供料往往在复混肥、水泥等初期配料精度要求不高的场所采用。上述供料装置的问题在于，对于流动性差的粉状物料，如采用摆门或振动给料器供料，往往会出现结拱，流量不均匀，物料粘附在给料器及秤斗内部等现象。对于流动性好的颗粒物料，如采用螺旋供料，在供料过程中物料又会发生挤压破碎的现象。虽然皮带供料可同时满足这两类物料的供送，但又存在供料精度不高的缺陷。复混肥厂家希望能够开发出对粉状及颗粒物料都适用的设备以满足企业在不同季节、不同配方生产条件下的生产要求[1]。

1设备的组成与包装工艺

1.1设备组成与作用

图1是设备的结构简图，由自行设计的JH358称重仪表头控制。主要分为储料仓、供料装置、称量装置三部分:(1)储料仓，主要用于收集、暂存前道工序运送的成品物料，设置破拱装置保证物料防止物料结拱；(2)供料装置，向称量装置供给物料，依据不同阶段的给料要求，由称重仪表头控制完成粗、中、细三个给料过程；(3)称量装置，收集供料装置的物料，通过传感器将称重信号实时反馈至称重仪表头，控制给料装置的给料过程，保证称量精度。

1.2包装工艺

设备开启后套上包装袋并按下夹袋开关，通过夹袋气缸将包装袋夹紧。打开称量开关，开始粗给料，裙边皮带高速运行，弧形闸门打开，此时物料流量为最大值。达到预设值之后进入中给料阶段，裙边皮带仍以高速运行，弧形闸门关闭，此时料层变薄流量减少。进入精给料阶段后，皮带低速运行物料流量为最小值。称量完毕后指示灯亮包装袋自动落下，由输送机送至缝包工位进行后道工序[3]。

2主要部件结构设计

2.1储料仓及供料装置

储料仓及供料装置用于暂存物料以及对物料完成定量供送的功能，结构简图如图2，主要包括裙边皮带、弧形闸门、插门、破拱装置、料仓、料位器等。

料仓上部设有料位器，工作过程中如出现临时停机或结拱导致物料到达上限位时，料位器发出信号，停止原料的供送从而防止物料溢出。料仓内设有破拱装置，发生结拱时操作人员可启动破拱装置清除料仓内部的物料结拱。料仓出口处设置插门，针对不同的物料通过调整插门高度对物料流量进行初步调整，保证稳定的供料量满足设备的工作要求。料仓前端出口处设有气缸控制的弧形闸门，闸门与皮带之间的间隙可通过调整气缸尾部的高度位置来改变，当进行中给料以及细给料时闸门关闭，以控制出口流量的大小从而满足供料精度的要求。闸门与料仓插门之间设置了槽型缓冲区，中给料以及细给料过程中部分物料受闸门的阻挡暂存在此处，当进行下一次称量时闸门门打开，缓冲区的物料快速充填至包装袋中，从而减少了给料时间提高了称量速度。裙边皮带用于实现粉状和颗粒状物料的供送，采用变频器控制皮带的速度，满足不同阶段设备对供料速度和供料精度的要求[3]。

采用鼠笼式异步电动机拖动裙边皮带，其理想的工作范围为25～50Hz，即调速范围为2∶1[4]。本设备为了满足实际生产时X(0.2)级的精度要求，设定电机的运行频率范围在15～50Hz，即调速范围为3.3 ∶1。为了避免过大的调节范围导致的电机工作状态不佳，增加传动系统的故障，在进行粗、中给料过程中，变频器输出频率始终为50Hz，皮带运行在最高速度，当称量值达到目标值的95%时变频器输出频率才会降至15Hz进入精给料阶段，由于只占5%的给料量因而在该频率段工作的时间仅需3～5s，从而不会对系统的可靠性造成影响。

2.2称量装置

称量装置具有称重和清料两个功能单元，其结构简图如图3，主要包括传感器、夹袋气缸、夹袋斗、减震橡胶、过渡罩、振动电机等。其中过渡罩套入夹袋斗中并通过减震橡胶单独安装在机架上，夹袋斗和传感器相连与过渡罩之间留有一定的间隙。称量时物料会通过过渡罩流入包装袋而不会与秤斗发生接触，有效地避免了由于夹袋斗内壁粘料后随机落料对称量结果以及环境造成不良的影响。

针对流动性较差、粘附性较强的粉状物料如各种生物有机肥，进入到精给料阶段时安装在过渡罩上方的振动电机开始工作，粘附堆积在过渡罩内壁上的物料会被及时的清理并落入包装袋中，当称量结果结束同时过渡罩内壁的残存物料也得以清理。对于振动电机的选择，除了考虑到功率、噪声、安装方式、频率、振幅、维护成本等方面因素，同时参考了厂家的意见进行综合选型[5]。最终选用MVE20微型振动器，其功率为30W，转速2750r/min,激振力范围0～22kg。该系列振动电机具有体积小、重量轻、激振力调整方便和防护等级高等特点。设计时考虑到安装的方便性以及工作时需要产生较大振幅的要求，最终将振动电机安装在过渡料斗顶部使其能够有效地实现清料功能。同时过渡罩的内部由分割板隔离为前后两部分，靠近皮带一侧的为前部作为物料下落的通道，另一侧为后部上方预留有除尘接口，与外部除尘接口相连时能够将包装袋、夹袋斗以及过渡罩内部的粉尘气体快速排出，减少对周围环境以及操作人员的影响。

3控制系统

3.1控制系统结构

控制系统主要由称重仪表头、传感器、变频器、电气控制组件、传动组件和执行组件组成。其结构如图4所示。称重仪表头是控制系统的核心组件，它是实现设备夹袋、给料、料层调节、称量等动作的指挥中枢。

称量过程的控制实际上是一个负反馈的闭环控制回路，通过控制变频器频率和闸门气缸，并实时检测称重传感器的称量信号加以判断、检测改变控制方式，同时修正空中飞料的测量误差，为下一次称量做准备[6]。

3.2动作控制

根据自动称量装袋机的工艺流程，采用称重仪表头对各部分动作进行协调控制。所控制的设备主要有：供料电机、破拱电机、弧形闸门气缸、夹带气缸、振动电机。其具体的动作控制表见表1[7]。

表1　装袋机动作控制表

4结束语

本文对一种适用于粉状及颗粒物料的自动称量装袋机做了比较详细的介绍，该设备在保证称量精度的前提下，有效解决了生产厂家在不同季节、不同配方生产条件下的生产要求。若设备前配备自动供料系统，后配码垛机，即可实现称量装袋流水线。同时设备中的储料仓及供料装置也可作为模块，移植到全自动配料系统的供料单元。

参考文献：

[1] 杨志冬.一种适用于粉状及颗粒物料的自动称量装袋机：中国专利，ZL201120290153.6[P].2012-04-25.

[2] 马兴,张博,蒋晓辉.一种动态自动称量技术[J].兵工自动化，2012，31(4)：69-74.

[3] 胡瑞云，周良德，林碧.粉末颗粒物料高速、高精度自动称料系统的研究[J].包装与食品机械，2012，30(4)：29-32.

[4] 孙秉礼.调速定量给料系统的组合和选配[J].水泥，2004(2)：33-36.

[5] 胡俊,朱景辉.粉末物料自动加料装置的设计[J].上海化工，2011，36(9)：23-25.

[6] 李师龙,邹俊刚,鲁珺.全自动双斗颗粒料包装机的研制[J].粮食与饲料工业，2014(12)：40-43.

[7] 李彩娟,刘乘.瓷砖装箱机的控制系统设计[J].包装与食品机械，2010，28(2)：36-39.

设计计算

The Design of an Automatic Bagging Machine with Weighing Scale for Bulk Material

YANG Zhi-dong1，KOU De-wan2， ZHAO Hong-jiang3，REN Xian-ni4

(Shaanxi Agri-machinery Research Institute,Xianyang 712000,China)

Abstract:An automatic bagging machine with weighing scale for bulk material is developed.This machine uses skirt-edged belt controlled by a frequency converter as feeding device，and uses radial gate to adjust the material layer.Weighing device is equipped with transition cover and clamp bag，the vibration motor of transition cover can effectively remove adhesive materials，which ensures the reliability of the weighing.Use results show that the equipment can be very good to adapt to the powder and granular materials weighing and filling.When the metering value is 50kg，the metering speed can be arrived at 5~6 times/min for the granular materials and 4~5times /min for the powdery materials.Weighing error is less than 100 g，which meets the accuracy requirement of the precision of 0.2 magnitude scale.

Key words:automatic bagging machine with weighing scale; feeding device; weighing device ; frequency converter ; radial gate; the vibration motor

doi:10.3969/j.issn.1005-1295.2016.01.008

中图分类号：TB486.2

文献标志码：A

文章编号：1005-1295(2016)01-0031-03

作者简介：杨志冬(1975-),男，本科，工程师，主要从事包装机械及农业机械的开发设计工作，

通信地址：712000 陕西咸阳市毕塬西路九号 陕西省农业机械研究所，E-mail:yzd_75@163.com。

基金项目：陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项：配方复混肥(有机、无机)生产线技术装备的研究与开发(2010ZDKG-75)

收稿日期：2015-09-24;修稿日期： 2015-10-20