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1、茶叶自动包装机振盘的分析0 引言包装的机械化和自动化，尤其是显示具有高度灵活性（或称柔性）的自动包装机，体现了现代生产的发展方向，也获得巨大的经济效益。振动给料盘作为茶叶自动包装机振动给料系统不可或缺的重要组成部分，它一般被安装于储料仓的卸料口。依据不同的安装形式和结构特点，振动给料盘在某些振动系统中不仅起到了预装物料的作用，还起到了作为系统本身振动元件的作用。依靠物料自身的重力作用和喂料工作机构的强制作用，将储料仓中的物料卸出，并且在振动的作用下将其连续均匀的输送到称量或包装袋之中。在振动包装机械中为了使激振力尽量小，整个振动系统具有良好的稳定性和高的工作效率，应使振动系统工作在共振或近共振
2、的区域，以使振动元件有较大的振幅以及良好的耐用性。振盘工作在共振或近共振的情况下，振幅受振动质量的影响较大。振动输送机振幅过大的波动，会严重影响物料的运动速度，甚至会引起物料槽堵塞。因此加强振幅的稳定性是使振动机正常有效工作的一项重要措施1。而要使振动系统工作在共振或近共振的区域，且振动系统在包装工作中具有高的工作效率，其中振盘的振动特性起到了非常重要的影响。而茶叶自动包装机的工作主要靠系统的振动和物料自身的重力作用，因此振盘在物料重力方向的振动特性就直接影响着包装机的振动输送效率。也因此对振盘的分析也就显得非常的重要了。1 茶叶自动包装机的振盘的构造及工作原理1.1 茶叶自动包装机振盘的分类
3、按照茶叶自动包装机的振盘结构形式可以将振盘分为斗式振动给料槽和槽式振动给料槽(如图1-1和图1-2所示)。 图1-1 斗式振动给料器料斗 图1-2 槽式振动给料器料斗斗式振动给料器料斗在受到激振力的作用下产生高频率微振幅的振动，从而使斗内散乱的物料得以沿着周边的螺旋滑道（有的还附有设定向装置）进行自动定向排列和运动，最后由装有摆叉的导槽逐个排出。适合多种形体，轻小光滑，能自动定向的硬质或软质物件的振动下料。如片剂、胶囊、笔舌、电子元件等供送1。但斗式振动给料器料斗结构复杂，加工难度较大，一次装料量少，给料精度容易控制，价格也较贵，生产率较低。槽式振动给料器的料槽在受到激振力的作用下随主振元件作
4、高频率微振幅振动，从而使物料在自身重力的作用下沿着槽向下缓慢的移动，最后由装有自动开闭门的通道排出。适合多种形体，干性的粉粒状散体物料。如洗衣粉，菊花晶，茶叶等1。斗式振动给料器料斗相对于槽式振动给料器料斗一次装料量大，结构比较简单，加工难度低，价格也会比较便宜，生产效率较高等优点，所以槽式振动给料器料斗的应用会比较普遍。若在贮料槽下方串联配置两台振动给料机 ，则可分别控制连续排料和二级定量给料，以提高计量的精度和速度。此外也可采取并联的配置方式，使之分别完成粗给料和细给料。综上所述的每一种散体供送装置都各有其使用范围，各有优缺点。但槽式振动给料器的应用较斗式振动给料器要普遍。因此本文将重点对
5、槽式振动给料器进行分析。1.2 茶叶自动包装机振盘的构造及工作原理1.2.1 斗式振动给料机的构造1、 料斗体 2、上托盘 3、中间托盘 4、扭转振动板弹簧 5、底座6、垂直振动板弹簧 7、扭转振动衔铁 8、扭转振动电磁线圈 9、橡胶弹簧 10、垂直振动电磁线圈 11、垂直振动衔铁图1-3 斗式振动供料器平台的结构简图图1-3为斗式斗式振动供料器平台的结构简图2，其振动供料器采用电磁激振，因此工作频率高，但受激振电磁线圈的影响，固其振幅很小。1.2.2 斗式振动料斗结构特点料斗1的直径可在较宽范围（100200mm）内选取，小型的多用铸铝切削件，大型的多用不锈钢板焊接件或塑料注射成型件。现今，
6、振动料斗的结构形式日益多样化。如在图1-4中，（a）和（b）分别是圆柱形内螺旋滑道的金属料斗。前者便于集中回流，对各种定向方法大都有较好适应性，且可配置单个或多个，整圈或非整圈的滑道。至于后者，若用来垂直输送，则主体部分的直径宜偏小而高度宜偏大，螺旋滑道个数也少些。（c）是圆柱形内外组合螺旋滑道的金属料斗。该斗的内部空间和供送滑道安排较为合理。工作时先让小型精密物件绕内圈排列上升，再转向外圈而下移，以增大其流速和间距，提高自动定向效果。（d）是截圆锥形内螺旋滑道的金属料斗。它底小口大，斗内整个等螺距螺旋滑道的水平投影形成为一条阿基米德涡线。这样，该螺距只需略大于被供送物件的高度即可，从而降低斗
7、高。但因不便于集中回流，故适合积极定向供送或一般排列供送。尽管制造比较麻烦，却仍被广泛采用1。（a）圆柱形内螺旋滑道 （b）圆柱形内螺旋滑道 （c）圆柱形内外组合螺旋滑道 （d）截圆锥形内螺旋滑道图1-4 各种斗式振动盘的结构1.2.3 斗式振动料斗的工作原理振动方向包含了物料重力方向的振动和料斗绕自身中心轴的旋转振动。整个振动工作状态下的振动运动比较复杂。在工作过程中，料斗本身除中心轴线以外的各点都沿着各自的一小段空间螺旋线轨迹进行高频率微振幅振动，同时促使斗内被供送物件沿着螺旋滑道的内壁作快速平稳的相对运动。料斗借螺钉及塑性薄垫片同铝合金托盘9固连，托盘借三根或三组均布的板弹簧3同铸铁底盘
8、7固连。采用这种结构形式不仅有利于减轻主振体重量，增强刚性，便于装拆更换料斗，还能起着磁屏的作用。斗式振动给料器的供送速度，一般控制在230m/min的范围内2，对金属物件取低值，以减轻冲击噪声。在料盘与底盘之间固连三根均布的倾斜主振板弹簧，中央配置电磁激振装置，上部为衔铁，下部为铁芯线圈。在底盘和基座之间海对应分布三只隔振压缩螺旋弹簧，当料盘与底盘受聚增的电磁吸力作用偏离静平衡位置而相向移动时，能迫使主振弹簧和隔振弹簧均产生复杂的弹性变形，随之料盘绕其中心轴线作同步相向扭转；及至电磁吸力聚减时，由于主振弹簧已潜有足够的弹性变形能，迫使两盘急剧改变各自的运动方向，而且超越原来的静平衡位置达到某
9、已上下限，如此循环不已，即形成高频率微振幅振动。1.2.4 槽式振动给料器的构造槽式振动给料器根据振动料槽的不同安装形式和工作特点有不同的结构形式，一种是支槽式的，一种是一体式的。 1、 料槽体 2、主振板弹簧 3、激振连杆 4、点击偏心轮 5、机座 6、隔振橡胶弹簧图1-5 支槽式振动给料器平台的结构简图1、振动一体料槽 2、激振连杆 3、电机偏心轮 4、机座 5、隔振橡胶弹簧图1-6一体式振动给料器平台的结构简图上述两种槽式振动给料器均采用偏心轮连杆激振，因此其工作频率相对于电磁式激振要低，但振幅要比电磁式激振要大。1.2.5 槽式振动料斗结构特点料槽是同物料直接接触的主体部分，多用不锈钢
10、板或铝合金（厚约1.22mm）制成，横截面成凹形，以便承载物料和增强结构刚度。料槽的外轮廓尺寸主要取决于工作条件，需定向的采用窄槽，否则采用宽槽。当生产能力不变时，槽宽大体上与物料密度、料层厚度及供送速度成反比。然而过多地增加料层厚度往往会引起供送速度的下降，所通常取料层厚度为1020mm，相应的流速为520m/min1。如果槽式振动给料器仅起排料作用，则料槽的有效长度应该根据下料口高度和物料自然坡角来确定，以保证停机时不让内存物料从振动料槽的开口自动流出。为此，对于短槽最好将其底部做成水平的；对于长槽，为加速供料也可以作成向下倾斜的，但此角必须小于物料同槽底的摩擦角，一般在以内1。整个料槽的
11、工作表面应保持平整光滑，以防止茶叶末产生结疤。 料槽的出料口被设计成窄的矩形（如图1-7所示），以防止茶叶过多的从槽中卸出超出包装袋的包装量，且有利于茶叶的定量包装。在茶叶的出料口还配置有窄长的导流通道，从出料口卸出的茶叶通过导流通道导向包装袋，且可以将空出的空间用于输送装置的安装。1、窄口出料口 2、前挡板 3、上挡板 4、连接凸板 5、螺栓孔 6、料槽底板图1-7 槽式振动给料器料槽1.2.6 槽式振动料斗的工作原理支槽式振动给料器料斗的工作原理。图1-5所示的支槽式振动给料器，其主要组成部分包括：料槽体1、主振板弹簧2、机座5、橡胶弹簧6以及起激振作用的激振连杆3和电机偏心轮4。在料槽与
12、机座之间固连着两组或四组主振板弹簧。每组板弹簧可安装一片或几片，具体按要求的固有频率和弹性强度所定。当需多片安装时，则将各片组装时应留有适当的间隙，以免互相接触产生摩擦和噪声。该弹簧对机座的斜置角（即与铅垂线的夹角）一般为4。设计时要求激振连杆的激振力作用线与板弹簧垂直交叉，且通过整个槽体的合成重心，保证在工作过程中料槽不发生扭振，物料不偏流。料槽底部平面与水平面间有一定的倾斜角。偏心轮的偏心距要大小适中，并能通过主振体振幅的变化加以适当调整。当电机启动时，带动偏心轮的转动。激振连杆的一端与偏心轮的偏心点相连接，一端与料槽体相连接。偏心轮的转动带动了激振连杆的往复运动，从而带动了料槽体在x轴和
13、y轴的位移。开始用于支撑料槽作用的主振板弹簧在这一过程中发生弹性变形，使料槽得以具有回复原有位置的弹性势能而向平衡位置移动。如此循环下去。从而产生小幅高频振动。由于料槽底部与水平面间有一定的倾斜角，料槽中的物料在料槽发生振动的过程中，因自身重力作用向料槽的出料口移动，从而达到供料的作用。一体式振动给料器料斗的工作原理。一体式振动给料器的组成部分相对于支槽式振动给料器少了主振板弹簧，而把主振板与料槽相结合，依靠料槽自身的弹性性能作为主振元件，且料槽与水平面间有一定角度，当电机启动时，带动偏心轮的转动。激振连杆的一端与偏心轮的偏心点相连接，一端与料槽体末端相连接。偏心轮的转动带动了激振连杆的往复运
14、动，从而带动了料槽体末端在y轴的位移。在料槽体末端偏离平衡位置时料槽的底部弹性板发生弹性变形，使得料槽得以具有回复原有位置的弹性势能而向平衡位置移动。如此循环下去。从而产生小幅高频振动。由于料槽底部与水平面间有一定的倾斜角，料槽中的物料在料槽发生振动的过程中，因自身重力作用向料槽的出料口移动，从而达到供料的作用。综上可得，槽式振盘的生产效率要比斗式振盘的生产效率高，更具灵活性。下面将对槽式振盘进行进一步的分析。 2 茶叶自动包装机振盘的运动理论及相关参数茶叶自动包装机的振动系统工艺过程通常是在物料沿振动工作面（即振盘工作面）连续运动的情况下完成的。振盘工作面通常完成以下各种振动：简谐直线振动、
15、非简谐直线振动、圆周振动和椭圆振动等5。依赖上述各种振动，使物料沿工作面移动。斗式振动给料器的料盘振动规律与槽式振动给料器的料盘振动规律相似。在工作中，此振动系统所需的激振力除与各主振动元件的弹性回复力相互作用外，同时还要用来克服由各弹簧的内摩擦以及被供送物件同工作表面的外摩擦等所形成的阻尼力。2.1 振动给料器的振动方程对于以主振弹簧为振动元件的振动给料器，在工作中振盘按一定方向做简谐振动或近似于简谐振动。由于激振力与槽底呈一定角度（一般为）5，因此激振力在任一瞬时均可分为垂直分力和水平分力。垂直分力使物料以大于重力加速度的加速度向上抛起；水平分力使物料在上抛的同时作水平运动，两者的综合效应就使物料间歇向前作抛物线式的跳跃运动。将振动给料器简化为动力学模型，如图2-1所示。图2-1 振动给料器动力学模型设槽体的质量沿整个长度均匀分布；将主振弹性元件看作沿振盘分布的弹簧，参照力学模型，槽体弹性弯曲振动的微分方程式4： （2-1）式（2-1）中 E材料拉伸弹性模量（Pa）； J槽体断面惯性矩（）； 主振弹簧单位长度上的刚度（）； 连杆弹簧刚度（）； 槽体单位长度上的质量（）；
