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1、第一节计量方法计量是物料包装的一个必要工序 其精确程度直接影响包装产品的质量 在自动包装机组中 计量机构可以是包装机的一个组成部分 也可与充填机构合二为一 可以是单独的计量机械 机 电 气相结合 自动化程度较高的机构和设备 根据被包装物料的特性和生产需要 计量可按其实重 容积 个数进行 第三章计量填充机构 学习要点 1 掌握基本的计量方法 2 掌握容积式 称重式 计数式等典型计量装置的结构及工作原理 一 计数法指包装物料按个数进行计量和包装的方法 常用计数方法有如下 1 单件计数通常用于块状物料 可使物料单列定向排列并依次通过光电计数装置 光电计数器发出电信号输入计数电路进行计数 并由数码管加
2、以显示 当计数达到给定量时 控制信号即控制输送物料闸门 从而完成一次计数循环 2 多件计数由计量腔一次装入多件物料进行计量 3 转盘计数主要适用于药片 钢珠等规则颗粒物料 它是在转盘上平均分布的扇区面内均布一定数量的小孔 形成若干组均分的间隔孔区 改变每一扇形区的孔数即改变计数值 4 履带计数多适用于片状和球形等规则物料计数 主要由具有若干匀布凹槽的履带带动物料依次通过传感器进行计数 二 定容法定容法广泛用于密度稳定的粉状 颗粒状 膏状物料的计量 常见的有以下几种方法 1 量杯式利用量杯的容积进行计量 2 螺杆式利用螺杆的螺旋槽在单位转速中的总旋容积进行计量 三 称重法主要应用于受潮易结块 颗
3、粒大小不均匀 密度的变化幅度较大的物料的计量 1 间歇式称重用于低速称量充填中 生产率低 2 连续式称重用于高速称量充填中 第二节典型计量充填机构充填机构 是指将具有一定数量的被包装物料充填到包装容器内的包装机构 按计量的方式分类 充填机构分为容积式充填机构 称重式充填机构和计数式充填机构三种 按充填物的物理状态分类 则可分为粉料充填机构 颗粒充填机构 块状充填机构 膏状充填机构 液体灌装机构 按充填机的功能分类 则又可分为制袋充填机 成型充填机 仅完成充填功能的充填机等 本节是按第一种分类法来介绍几种典型充填机的结构原理 GB T4122 2 1996包装术语 机械 一 容积式充填机构将被包
4、装物料按预定的容量充填至包装容器内的充填机称容积式充填机 这类充填机适合于干料或稠状体物料 主要机型有 量杯式 转鼓式 螺旋式 柱塞式 气流式 插管式及定时式等 量杯式充填机 适合于小粒状 碎片状及粉末状等流动性能良好的物料充填 生产中根据物料的视比重稳定性的好与差 量杯分为固定式和可调式两种 图3 1量杯式充填机构示意图1 料斗2 粉罩3 量杯4 活门5 粉袋6 闭合圆销7 开启圆销8 下粉闸门9 粉料刮板10 护圈11 转盘主轴12 圆盘 固定式量杯充填机的定量装置如图3 1所示 物料经供料斗1自由落到计量杯内 圆盘口上装有数个 图中为4个 量杯和对应的活门底盖4 圈盘的上部为粉罩2 当主
5、轴11带动圆盘12旋转时 粉料刮板9 与供料斗1固定在一起 将量杯3上面多余的物料刮去 当量杯转到卸粉工位时 开启圆销7推开定量杯底部的活门4 于是量杯中的物料在自重作用下充填到下方的容器中去 这种固定式量杯的定量装置用于那些视比重较为稳定的物料 如果容积大小不同 则还可以更换量杯 2 可调式量杯充填机如图3 2所示 量杯是由上 下两部分组成的 通过调节机构组 可以改变上下量杯的相对位置 藉以实现容积的微调 微调时 可以手动 也可以自动 自动调整的信号可以根据最终产品的重量或物料视比重的检测获得 其精确度一般可达2 3 左右 量杯定量的包装速度可达300 600次 分 若与真空充填装置相配合
6、既可以防止粉尘飞扬 又可以加快落料速度 提高包装速度 这里还应注意使下料斗5的物流道尽可能地短些 以使物料落入容器6的时间减到最小 减少粉尘的飞扬 3 转鼓式充填机构转鼓式充填机的定量装置 也有人称之为 计量泵式定量装置 转鼓的形式有圆柱形 菱形等形式 也有采用齿轮轮齿形状的 计量腔在转鼓外缘 容腔形状有槽形 扇形和叶轮形等多种 计量腔容积又有定容积型和可调容积型两种 1 固定型转鼓计量机构如图3 3所示 图3 3固定式转鼓计量机构示意图1 料斗2 转鼓机壳3 转鼓4 出料口 2 可调型转鼓计量机构如图3 4所示 它是槽形截面可调容腔结构的圆柱转鼓计量机构 容腔计量容积的调整是通过螺钉改变计量
7、容腔塞片活门4的位置来实现的 这个调节量相当有限 因此它只适用于视比重变化范围较小的调节 若要使计量精度有较大改变时 则需要更换转鼓 转鼓是由充填机的传动系统带动回转的 物料靠自重由上料口装入计量容腔 且边转动边上料 物料在容腔中随转鼓转到出料口而自由落入包装容器 袋或盒中 转鼓的转速视包装物料及计量容腔的结构不同 可在0 025 1m s范围内变化 如果转速过快 会使计量不够准确 3 4可调式转鼓计量机构示意图1 料斗2 转鼓3 调节螺钉4 活门5 出料口 4 螺杆式充填计量机构该充填计量机构的工作原理如图3 5所示 它是利用螺杆的螺旋糟的容腔来计量物料的 由于每个螺距中都有一定的理论容积
8、因此只要准确地控制螺杆的转速及转数 就能获得较为准确的计量值 这种装置适合于流动性良好的细颗粒物料 粉末物料 也适用于粘稠状的物料 但不宜用于易破碎的片 块状物料或视比重变化较大的物料 计量螺杆通常作垂直安装使用 这样做主要是为了让物料易于充满螺旋槽中 从而获得较为精确的计量值 在一般情况下 螺杆式充填机的计量装置的计量速度为80次 分 其精度则为5 V一圈螺旋槽的容积 cm3 V FLF螺旋槽的截面积 cm3L一圈螺旋线的周长 cm 5 柱塞式充填计量机构柱塞式充填计量装置的工作原理如图3 6所示 柱塞通常由连杆机构 凸轮机构或气动液压缸等推动 以驱使其作往复直线运动 运动中 柱塞两极限位置
9、间就自然形成了一定空间的容腔 此容腔就是用以计量物料的容积的计量腔 这类机构适用性比较广泛 粉 粒类及粘稠类物料均可应用 图3 6柱塞式充填计量装置示意图1 料斗2 料门3 出料斗4 柱塞5 缸体6 活塞杆 图3 7所示的计量装置是通过柱塞4的往复行程来量取物料的容积 并充填到包装容器中去的 当柱塞推杆7向上移动时 由于物料的自重或粘滞阻力使进料活门5向下压缩弹簧6 物料则从活门5与柱塞顶盘3之间的环隙进入柱塞下部缸体2的内腔内 当柱塞4向下移动时 活门5在弹簧的作用下关闭环隙 这时柱塞上部的物料对活门5的压力显然减少了许多 柱塞5下部的物料被柱塞压出并充填到容器中去 3 7柱塞式计量示意图1
10、 料斗2 缸体3 柱塞顶盘4 柱塞5 活门6 弹簧7 柱塞推杆 6 真空与气流式充填机构为了进一步提高计量精度或减少物料的氧化等 可采用真空或气流式充填机构充填 图3 8是真空充填机构的工作原理图 充填物料时 先将容器抽真空 继而使物料充填到容器中去 由于容器处于真空状态下 故物料充填到容器内时相当均匀 且空隙极小 因而计量精度较高 显然这种型式的充填机械的缺点则是充填物料的计量精度受着容器容积变化的影响 例如 玻璃瓶壁厚不相等或不匀称等 就会出现不同的容积 如果容器为非刚性瓶 则应在容器外套一个真空密封装置 以保证容器在抽真空或充填物料时不发生容器塌陷 变形等现象 以达到符合要求的充填精度
11、图3 9所示为气流式充填机构的工作原理 工作时充填轮作匀速间歇转动 当轮中量杯口与料斗对合时 洽好配气阀也接通了真空管 物料就被吸人量杯 当量杯转位到包装容器上方时 量杯中的物料又被经过配气阀输送来的压缩空气吹入容器中去 这种充填装置克服了上述真空式充填装置计量不精确的缺点 它在很大范围内应用都能达到土1 的精确度 量杯的高度一般为150mm 实际生产中 量杯的横截面形状可以是圆形 椭圆形 方形 矩形 也可以是其它任意形状 7 插管式定容量充填机构插管式定容量充填机构的工作原理如图3 10所示 计量充填时 先将内径较小的插管1插入具有一定粉层高度的储粉糟4中 由于粉末之间及粉末与管壁之间都有附
12、着力 所以当插管1被提起时也不至让粉末脱落下去 当插管转到卸粉工位时 由顶杆将插管1中的粉末推入容器3中 这种装置的计量范围一般为40 100mg 误差约为7 充填速度为30次 分 每次一般装5 6件 二 称重式计量充填机构容积式计量充填机构一般来说结构简单 操作方便 设备成本低廉 因而应用相当普遍 但是它的计量精度 主要是物料的重量 并不高 特别是对一些流动性差 视比重变化较大或易结块产品的包装 往往效果就显得更差 因此人们对计量要求较高的各类产品的包装 就采用按预定重量充填到容器中去的称重式计量充填机构 称重式充填 是指事先称出产品的重量 然后再充填入包装容器内 这种充填机构叫做净重式充填
13、机 如图3 11所示 如果充填过程中称量产品是连同包装容器一起进行的 则此种充填机叫做毛重式充填机 如图3 12所示 毛重式充填机多用于易结块或粘滞性强的产品的包装 如红糖包装等 但不适合容器重量较大或重量变化较大的包装 在众多的称量装置中 最常用的有天平秤和弹簧秤两种 根据称重的形式不同 又分为间歇式和连续式两种 1 间歇式称重装置间歇式称重装置多用于低速称重充填机 它的效率甚低 常用的装置是双杠杆阻尼秤 如要提高包装速度 可以在秤的称量料斗下面安放一个旋转格子盘 此格子盘将每次称重的物料等分成若干等份 如10等份 也就是说阻尼秤一次称了10份的重量 因而包装生产率就提高了十倍 双杠杆阻尼秤
14、 当称量值在500 1000g时 误差可控制在0 4 以内 所以称量精度还算较高 图3 13示出了双杠杆阻尼秤的基本原理 其关系为 式中Gx是由主秤杆所称重量G主x与副秤杆所称重量G副x的和构成 因而有 式中 是主秤杆所称重量 是副秤杆所称重量 图3 14所示为双杠杆阻尼秤的结构简图 称量时把所需称量物料的90 的重量给定在主秤杆上 其余10 左右的重量则给定在副秤杆上 1 送料物料由进料斗1经振动给料器24的料槽输入计量料斗8中 为使送料不至超重且能渐趋称准 把料槽分做成主 副两个供送道 每个通道又各装有一个阀门 如2 分别控制通道内料层的厚度 在通道的出口处还有受电磁铁4与5控制的阀门6和
15、7 以便启闭 2 主秤杆称量称量前 副秤杆17被电磁铁20吸住 一但主副通道同时给称量料斗8供料 主秤杆就逐渐抬起 当达到主秤杆的量值时 吊架19的下限位板恰好吊住副秤杆 这时主秤杆尾部经开关22发出信号 电磁铁4立即关闭主通道的阀门6 于是主通道供料停止 电磁铁20则将副秤秆释放 3 副秤杆称量由于副通道继续供料 主秤秆带着副秤杆一同继续抬起 当称量料斗8中的物料达到了总的称量定值时 主秤杆尾部又经开关23发出信号 电磁铁5关闭副通道阀门7 副通道供料也立即停止 给料器 槽 3亦不再振动 4 出料同时电磁铁9将门钩10拉开 称量料斗底板12自行落下 物料经漏斗11落入包装容器 物料落完后 底
16、板12被重锤l5关闭 门钩10又重新钩住底板12 这时 与底板l2紧连的信号开关14又发出信号 于是全部机构复位开始下一个工作循环 2 连续式称量装置间歇式称量装置只能用于低速称量充填中 故它的生产效率也相当低 在现代化的生产中 高速称量充填机多采用连续称量装置 它可以大大提高生产率 电子皮带秤是采用电子自动检测 控制物料流量的计量方法 并通过物料分配机构以实现等量供料 图3 15是 电子皮带秤 的装置示意图 1 料斗2 电机3 闸门4 皮带5 秤盘6 主秤杆7 弹簧8 张紧轮9 漏斗10 刷轮11 导轮12 变压器铁芯13 差动变压器14 油阻尼器15 砝码16 配重 电子皮带秤是由供料斗 盘式天平秤 传感器 皮带输送机构 电子控制系统及物料下卸分配机构等几部分组成 现进一步分述如下 1 料斗部件料斗是储存物料及供给物料的部件 它随物料不同的流动性而有不同的形式 对于流动性较好的粉粒物料 如结晶葡萄糖 麦乳精粉等物料 可以采用如图3 15所示闸门式的料斗装置 生产中如果秤盘部位处输送皮带上的物料层的重量有变化时 差动变压器13 即传感器 及时发出信号指令 可逆电动机闸门3启合 从而迅
