一种自动计量装置设计研究

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随着社会的发展 ，大、中包定量包装已经稍有成就，而悬定量包装也已慢慢进入成长期。经调查发现，仍有很多企业采用人工方法充填，大大降低了工作效率。虽然已经有研发单位制作出衅量 自动充填机，但成本高精度低，且效率低下 ，-般企业无法接受I。如此，成本低且精确度高的衅量自动充填包装机就深受广大企业的青睐。就厂家经济效益与顾客权益而言，又要求其包装精度高，效率快，这就对计量装置提出-定要求。计量是-个重要工序 ，计量的质量影响着包装产品质量，关系着生产厂家的信用与消费者的利益，在对外贸易中还关系着国家的信誉闭。

在各类产品中，因榨菜类物料形状大小不- 、分布不均匀 、流动f生差的特点，使得此类物料的自动化包装动作复杂。这种物料往往含有少量液体，呈固液混合状，不像食盐等物料密度均匀，流动性好，易于充填。这种物料的分选，计量就成为关键问题，尤其对悬包装来说，多加-块就会多出几克，给商家带来损失，而少加-块就会造成缺斤短两，信誉损失。由此 ，针对此类特殊物料，提出容积与称重-体化分装计量方案，并设计出可行性机构。

2-体化计量方案设计2.1影响计量因素容积法结构简单 ，生产效率高，成本较低，适用于密度比较稳定的粉末状信粒物料，或以体积计量的液态物料，对于研究的密度不均匀物料，由于间隙问题，就会造成每次充填的体积都会不同，进而产生较大误差。同时齿轮传动、轴转动、刮板与转盘摩擦等都会带来机械振动，影响计量精度。称重式计量法是目前常用的计量方法，主要针对食盐类物料进行充填。当物料由加料装置落人称量装置时，物料会对称量装置产生不可避免的冲击，继而发生振动。而物料流量越大，冲击振动也会越明显。冲击振动会大大影响称重传感器的采样，降低称量精度。对于实际加料量与流量的关系，有数学表达式：Q qiti 毒 (1)式中：Q实际加料量；q广第 i段加料流量； 厂第 i段加料时间；占，( 1，2，3)-称量误差、控制误差、其它误差日。

由公式可以看出，要流量 q 小时，时间t 就会增大，这就毫无疑问的降低了工作效率。称重部分主要由称量斗、负荷测量与传递装置等组成。称量斗的结构设计使兀何中心与重心不重合时，必导致称量斗产生偏移，形成单摆机构，负荷测量与传递装置难以来稿日期：2012-08-16作者简介：马 蕾，(1987-)，女，河南漯河人，硕士，主要研究方向：机械设计、数字化设计；田怀文，(1965-)，男，重庆人，工学博士，教授，主要研究方向：智能设计与数字化设计22 马 蕾等：-种自动计量装置设计研究 第6期测出准确数据日。同时温度和时间等因素变化也会使负荷测量与传递装置出现零飘、温飘和失调电压日。另外，控制器与设备间距离问题，会造成输送线路上的压降，使传感器桥路两端电压不稳，给计量带来更大误差；另有系统软件设计中零点自动跟踪调整不良，以及加料时空中残余物料等都给计量的精度和速度产生影响。

2-2-体化计量方案根据物料特点，目前传统单-的重力称重式、两段式加料方式已无法满足榨菜类物料的衅量充填包装。为此，提出-种混合式计量方案，即容积-称重式-体化分装计量，容积法充填(80～90)%的物料后，经传感器检测后，将信息反馈给控制器，控制电振给料器补给剩余的(10～20)%。这种方法，不但汲取了容积法的高效率，而且充分利用了称重法高精度的优点。-体化计量装置的工作过程是以传感器输出信号为依据，依次完成容积法加料-称量-电振补料-卸料四个阶段。计量开始前，人工添加物料到料斗和补料斗中，物料在搅拌器作用下分别落人转盘及电振给料器中。通过无触点开关信号实现对转盘加料的控制，物料填满转盘量杯，转盘转动至加料工位并由刮板刮去多余物料，通过拨杆带动量杯底部底门打开，将物料卸至称量斗。板弹簧发生变形 ，传感器检测后发出信号，经信号放大器和 A/D转换器发送至电振给料器控制器，控制电振给料器补给物料不足量。当达到设定值时，电振给料器停止给料，称量过程完成。卸料开关打开，控制器控制称量斗底部活门开启，将物料充填入包装袋，实现-个充填工作周期。计量装置具体工作流程图，如图1所示。

开始计量 检测器l补料斗补料 l I料斗加料电振给料器补料I 量杯计量底门关闭---1 . .. .... ..... ..... ...J拨杆复位I匝巫 上 匿 传感器÷-1称量斗计量图 1计量装置工作流程图Fig.1 Route Chart of Measuring Equipment3计量装置结构设计3.1拈划分根据上述计量方案与工作流程，同时为适应不同计量要求及保持各部分在结构和功能方面具有-定的独立性和完整性，特将-体化计量装置划分为容积法计量拈、电振给料拈、称重式计量拈三大拈。

3-2容积法计量拈设计如前所述，分两步完成分装计量。对于前端容积法计量部分，其功能是完成80%以上物料分装，为此设计结构，如图2所示。转盘上均匀分布着四个量杯，其中上量杯与上转盘、下量杯与下转盘均为过盈配合 ，在转轴带动下与转盘同步运转。通过调节下转盘在转轴上的相对位置，可调节量杯容量的大小，实现-定范围内的可调计量。每个量杯底门上均装有-个信号螺杆，当量杯到达加料工位，无触点开关检测到信号装置，进而控制料斗加料。同时，在进料工位底门绕螺杆旋转实现底门开启，完成进料动作。

2Ol9O1.加料斗 2.搅拌器 3.防护罩 4.上转盘 5上 量杯 6.下转盘 7.量杯底门8.无触点开关 9.电机 l0.联轴器 1 1.主动齿轮 l2.轴承座 13从 动齿轮14.轴承垫圈 15.转轴 16.轴承 17拨杆座 l8.支撑块 19.拨杆20.下量杯 21.刮板图2容积法计量拈结构图Fig.2 Structure Chart of Volumetric Measuring Module刮板与防护罩固连，均固定不动，当转盘转至刮板处，量杯顶部多余物料被刮板刮去后，到达进料工位。这就要求刮板与转盘接触的边缘要有弹性，可选用硅胶胶片粘于刮板边缘I41。拨杆座安装在轴承座上，通过轴承座上的凹下部分、导槽分别起限位及导向作用。转盘转至进料工位并停止运动时，拨杆在控制器作用下上升至底门卡槽，带动底门绕拨杆中心(即底门螺杆中心)旋转180。，从而开启底门，实现进料动作▲料完毕，拨杆复位，底门关闭，量杯进入下-工位。通过电机驱动主动齿轮带动从动齿轮运动，渐而带动转轴及转盘运动。轴承座及支撑块固连在机架的平板上，上下转盘及从动齿轮均通过键连接固连在转轴上，实现同步运动。详细设计，如图 3所示。

1.搅拌器 2.料位检测器 3.支撑板 4.支撑板弹簧 5.机座 6.衔铁7.隔振弹簧 8.电磁铁及激振线圈 9.振动板弹簧 1O.给料槽 1 1.补料斗图3电振给料拈结构图Fig.3 Structure of Electric Vibration Feeder Module3.3电振给料拈为了完成物料自动补给，采用电振给料拈实行间歇式补料，振动式补给不足量♂构设计 ，如图3所示。这里采用新型的三自由度电磁振动给料器，这种电磁振动给料器应用反共振原理设计而成，与普通电磁振动给料器相比，给料快捷 、稳定 、准确 ，隔振性好，对称重影响小，减少了补料过程中对称量斗的振动，以减No.6June.2013 机械设计与制造 23小误差 。振动板弹簧和支撑板弹簧切斜角均为70。，激振线圈交流电频率50Hz，最大激振力50N，给料槽宽度 100mm。

3I4称重式计量拈为了确保精度，第二阶段采用称重形式，其结构如图4所示。

61.平衡板弹簧 2.电阻应变式位移传感器 3.阻尼器 4.称量斗底门5.气缸 6.称量斗 7.送料斗图4称重式计量拈结构图Fig.4 Structure Chart of Weighing Module为了便于物料输送，在机架上安装有-送料斗，位于称量斗上方。平衡板弹簧-端与称量斗固连在-起，另-端与机架固连，下面安有阻尼器以缩短称体平衡时间。板弹簧下方装有位移传感器。当传感器检测到位移变化超出设定值时，立即发送信号到电振给料器控制器，控制电振给料器停止给料 ，并由气缸驱动称量斗底门开启实现卸料动作。这里选用电阻应变式位移传感器，它的特点为准确度高、测量范围广，结构简单、体积孝重量轻，频率响应较好，且使用寿命长，性能稳定可靠，价格低廉，能测量微小位移 ，测量范围为(0～lO0)mm及(-0.03～0.03)ram时，测量误差均为(±1t5)% 。为具有较高灵敏度，应变片应在板弹簧应变最大位置处 ，且平衡板弹簧结构及尺寸(厚度 h取 2mm，宽度 b取 15mm，半径r取5mm)采用如图5所示形式。当力F作用于自由端，距作用力 处的应变s o'-，其中， - 处应力， -弹性模量。由应力公式 or-。 9可得分段应力函数为：6 。

(0s -<45或 >--55)6 I (45-< -<50) (2) (6-2、/r2-(50- )。)h- - - - (50-< -<55)(6-2、/r2-( -5o)。)h由分段应力函数可得板弹簧在x50.6ram处应力最大 ，即应变最大处，由此即可得出应变片理论最佳粘贴位置 。

图5平衡板弹簧结构形式Fig.5 Structure of Balance Spring综合上述三个拈结构，基于SolidWorks三维建模软件，完成虚拟样机装配，如图6所示。(未显示驱动机构)。

图 6结构拈三维装配图Fig.6 Structure Module of 3D Assembly4总结分装计量是全自动定量包装机械的关键环节，研究提供了- 种可行的解决方案。-体化计量装置为榨菜类物料小定量包装食品生产行业提供了全 自动化计量的生产模式，拈化设计理念更是满足了不同产品对计量的不同设计要求。同时，降低了劳动强度，提高了生产效率及卫生条件，具有较高的应用价值。通过软件Solidworks建立三维设计模型，为机构设计带来便利，具有较好的实用推广价值，对相关工程技术人员具有-定参考价值目。