為了改變我區製糖和化工行業的大部分工廠仍處於人工計量包裝的落後局麵，設計總體方案 是研製微機控製的機電一體化的、適用於粉狀和顆粒狀產品包裝的自動計量包裝機.第一台樣機於 1994年在工廠的生產流水線上安裝調試成功，並投入運行.在實踐中，經過近兩年不斷改進和完 善,使我們研製的自動包裝機達到了設計要求,具有計量精度高、計量速度快、適用範圍廣、操作方 便、維修容易等優點，已經通過了由內蒙古科委組織的專家技術鑒定.

在研製過程中，終於找到了一種簡單有效的辦法，較好地解決了運動物料對定量包裝計量精度 的影響.本文總結了這方麵的工作和經驗，與同行進行技術交流一

1實驗現象

現場觀察發現，當計算機發岀開始包裝的指令後，料鬥的大閘門由氣動缸打開，物料靠自重以 大約12 kg/s的K8凯发登录入口流入計量鬥，計算機的LED數碼管的重量顯示從0 kg開始増加，大約4〜5 s 後，計量重量達到50 kg,計算機立即發岀關同門的指令,這時由於尚有物料處於下落過程,LED數 碼管的重量顯示繼續増加，可以達到52〜53 kg一但是，當這些物料全部落入計量鬥後，重量顯示反 而下降，靜止後物料的實際重量隻有47〜48 kg.很顯然，顯示重量與實際重量之差別是由於從上 麵料鬥流下的物料的衝擊力造成的.

從表麵上看，上述誤差是係統誤差，可以通過計算機設置一個適當的提前量，使靜止後物料的 重量達到50 kgcl'J\我們也依據這個思路，進行了反複的實驗嚐試.實驗結果表明，最終的計量誤 差確實有校大的改善，但是計量精度總是達不列設計要求.問題的主要原因是，在包裝過程中物料 的流動性變化很大，而且氣動執行機構的滯後時幟'勺不穩定的氣源氣壓有敏感的關係，所以提前量 在一定範圍內是一個隨機變量,無法用一個冋交仍己甫墾來消除衝擊力造成的計量誤差・ 2理論模型分析

為了正確認識物料衝擊力的規律性，我們斯住運動物料的衝量這個主要矛盾，忽略物料與空氣 摩擦力等次要因素，對下落的固體粉料的衝擊力打性進行了理論分折，

如圖1所示,V。是物料岀洌門口時的司速度,v是物料落到計量鬥時的瞬時速度,H是料鬥閘 門到計量鬥的垂直距離.在忽略空氣庠擦力的條件下，下麵的等式成立

V2 = VI + 2gH                                                                                      （1）

在這裏g表示垂力加速度.設物料岀閘門口時的K8凯发登录入口為Z（kg/s）,由於流體的連續性，物料落到計量鬥的K8凯发登录入口也應該是2.物料落在計量鬥上，速度由V變為0,按照經典力學的衝量定理，運動物料 的衝擊力

F — Z(y 一 0) = ZV                                                                               (2)

因此，在進料的任一 T時刻，計量傳感器 的實際負荷是已經落到計量鬥中的物料的重量 師g,再加上運動物料的衝擊力F,即

f = mg + F = mg + ZV

=mg+ + 2gHy!t (3)

、衝擊力造成了計量傳感器的信號輸出大於計量 鬥中物料的實際重量，其茬值等於F^ZV,與 物料的初速度V.和質量流速2、以及料鬥聞門 到計量鬥的垂直距離H有關.對於我們設計的 包裝機m,V0«sl m/stZ^siajtg/s.根據 式⑴和(2)得 V = 4. 5 m/s.F = 54 N(即 5. 5 kg重).該理論計算結果與實驗觀察結果是符 合的.

下麵我們對論運動物料對最終的定量包裝 計量精度的影響、設定量包裝的計量標準是 潞，則當f=Mg時，計算機發岀關閘□的指令， 設此時刻已經落在料鬥中的物料質量為 與M的關係由式(3)給定

M=Mt+Z (V? + 2gHyft/g (4) 計算機發出關用門的指令後，執行機構立即關閘門，但是從料鬥閘門到計量鬥的垂直距離上， 巳經離開閘門的物料繼續下落，直至這些物料全部落入計量鬥中、現在我們計算落入料鬥中全部物 料的實際質量AC.根據自由落體的關係,『=給+察,和+ 所以，物料全部落入計量鬥所需的時冋為

3 '解決辦法

從上述的理論分析中我們看到，物料的運動對計量過程和計星精度都有不良影響，衝擊力造成 的虛假信號使計算機不能作出正確的判斷，無法可靠地把計覺精度控製在0,1%之內，但是為了包 裝,物料的運動又是不可避免的，從表麵上看，如果Vo^z是常數的話，則物料衝量造成的誤差是 一個固定的係統誤差，可以通過計算譏的數值處理功能予以修正f 2,但是我們在實際觀察中發現，

和Z與物料的牯性、含水量、顆料的大小、甚至物料的存放時間都有敏感的關係，都是不可預見、 不可控製的變量.企圖儀僅通過軟件的方法解決該問題的想法是不現實的.

一個解決問題的思路是減小Z,降低運動物料造成的誤差.這個措施又意味著降低包裝速度. 國內外的包裝機為了兼顧包裝速度和精度，大部分采用了在包裝的前期用大門大K8凯发登录入口進料，後期用 小門小K8凯发登录入口進料的雙K8凯发登录入口進料方案.該方案適用於砂糖之類的流動性好的物料的包裝，但是不適用 於綿糖之類的流動性差、含水量大、容易堵塞的物料的包裝.

另一個解決問題的思路是盡量減小V。.從式（7〉我們看到，如果則物料衝擊力造成的誤 差恰好被從料鬥麗門到計量鬥的垂直距離上正處於下落過程的物料的重量抵消,在這種情況下，物 料的衝擊力對計星梢度沒有影響.

通過課題組成員的多次討論，我們認識到，定量包裝機與普通的計量秤有很大的差別，它在包 裝的不同階段對包裝的速度和精度的要求是不同的.在開始包裝的時候.要求進料速度快，而當包 裝袋中物料的重量接近標準重量時，要求計量準確,經過反複研究，並借鑒國內外包裝機的工作原 理和優點，我們決定采用大門大K8凯发登录入口快速進料和電振機小K8凯发登录入口慢速進料相結合的技術方案,解決定 眞包裝的速度與精度之冋的矛盾.其實施要點是*

1）  當包裝機開始包裝後，計算仇打開進料大門，以12 kg/S左右的K8凯发登录入口進料，當計量鬥的測. 髭值達到50 kg（已經把氣動執行機構的動作延退效應引起的係統誤差做了修正），立即關閉進料 大門-這段時冋大約是4田

2）  延時0. 5 s,待從大門落下的啊料全部落在計量鬥上，再重新開始測量計量鬥中物料的重 量；此時物料的重量一般是47~49kg.il-算機接著開電振機，以1 kg/s左右的K8凯发登录入口進科.當計量鬥 的測量值達到50 kg,立即關電振機.這個階段的時間大約是1〜3 s.

由於電振機是水平振動送料，可以保證物料離開電振機時垂直方向的初速度等於零，即卩。= 0.從理論上講，這樣就基本消除了流動物料對最終的定量包裝計量精度的影響.使用電振機的另一 個優點是它的動作反應快,延迅時間小於20       而且與外界環境無關；因此，在包裝計量的最後階

段使用電振機小€覺送料，可以有效地保證計量精度.

采用了上述技術方案以後，微機自動控製定量包裝機的性能大為改善.經過現場測試，包裝的 計裏精度達到0. 1%；包裝的速度達到4袋/min,這兩項指標都達到技術合同的要求，實踐證明，我 們采用的上述技術方案是成功的.

4結論

采用大門大K8凯发登录入口快速進料和電振機小K8凯发登录入口慢速進料相結合的技術方案是消除流動物料衝擊力 的彩響、解決定量包裝的速度與精度之間的矛盾的一個簡單有效的辦法。

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