1問題的提出

大化公司堿廠是國內純堿生產基地，年產純750kt/a.其中氨堿法純堿450kt/a,聯稼法純堿300kt/a,產量居全國首位,從1983年以來連獲二次國家金牌獎，質量憂良，深受國內外用戶歡迎，暢銷國內東北、華南地區，出口東南亞地區.自1989年以來由於國內新建三大堿廠和一批擴建項目陸續投產，純堿生產能力驟增，又逢國民經濟的調整，供大於需，銷售疲軟，市場競爭激烈，價格下滑.為適應市場經濟的變化，大化公司決定自籌資金抓緊時機進行產品結枸的調整，幵發新品種一重質純堿的生產.該技術改造工程是把聯堿裝置每年生產的30萬噸輕質純堿分二期實施，全部加工成重質純堿，同時改造包裝生產線。本文重點闡述為工程配套的純球包裝機，在設計選型和開發應用上的成果.

1987年以前，純堿包裝在全國純堿行業都處於落後的手工操作，稱量不準確、作業條件差、勞動強度大.自1984年起.天津和青島堿廠先後從西德進口-3NWEDSO"型（三秤）純區包裝機（即小袋包裝機，以下簡稱包裝機），1987年天津堿廠首先投入生產，從此我國的純堿生產開始采用自動定量包裝機.1987年我公司堿廠的氨堿係統為涼堿改造工程配套，也相繼從西德引進WELOX"型（二秤）包裝機.1986年在化工部的主持下，由無錫化機廠和南京第一化工儀表廠等單位聯合，以天津堿廠進口的包裝機為樣機.開始設計生產"3TW”型（三秤）包裝機，作為新建三大堿廠的配套設備.九十年代初，無錫縣包裝機廠在借鑒國內外同類設備的基礎上，又自行設計和研製•BFT-3B."型（二秤）包裝機.各種型式的純域專用包裝機可供重蔵改造工程設計選型，但必須經過科學的論證和技術分析對比，才能作出最佳的選擇.

2包裝機的選型和開發

縱觀國內外各種型式的包裝機.其結構和原理基本是一樣的，包裝係統由主機、輔機、封口.電控等部份組成.主機包括貯料倉、給料器、給料控製器、秤體.傳感器、下料鬥、夾袋器及氣控部份等；輔機包括輸送機、除塵器、機架等；封口包括折邊機、麓包機等；電控部份包括電控拒、配電櫃、操作箱等.為了提高包裝線工作效率，滿足生產需要，一般在-條包裝統上安裝多秤係統，即二秤或三秤.從實際生產能力看，雙秤優於三秤.雙秤的實際能力達到600bag/h,而三秤的實際能力不足800bag/h.另外，三秤的結構不合理，其落料鬥上端開口大，加大了落料距離，落料時間相應加長，影響包裝機的能力.為了彌補這一缺陷，在落料鬥與秤鬥之間又增設了一個中間倉，中間倉的底閥受物料衝擊的作用是不一樣的。秤鬥內的料是雙螺旋逐歩加人的，衝擊作用較緩’而中間倉的料是瞬間從秤鬥內落下來的，這樣的衝擊作用顯然要激烈的多.因此，中間倉的底閥就長期頻繁的受彙中力量的衝擊，其密封的可靠性就難以保證，其結果必然要影響稱量精度並增加包裝口的粉塵.而且，就能耗、土建投資、設備投資與生產能力等多方麵相比較，結果還是二秤的型式優於三秤.引進國外包裝機的幾家純堿廠在投產以前，都投入了大量的人力和物力，經曆了較長時間的反複調試和改造過程，還不同程度地存在一些問題，效果不盡理想.某些功能和裝置不適合純堿包裝的需要，操作維修不易掌握，況且價格昂貴，零配件難以保證，毎年仍需花費大量的外匯.即便是國內自行開發的"3TW”型包裝機的電氣元器件大部份仍然依靠進口.而我們選型的原則是在確保稱量精度.滿足設計能力的基礎上，力求整機結構簡單，穏定可靠.造價低、國產化也是至關重要的。為此，我們與江蘇省無錫縣包裝機廠共同合作研製開發了“BFT-3B”型國產高效自動定量純堿包裝機。

包裝機的工作速度取決於以下幾個因素：進料速度、進料方式、電子秤的機械反應速度和電子數據處理等方麵。一般來說目前水平的電子秤傳感器的反應能力已經足夠快「對於包裝機稱量來說，主要是解決動態衝擊的不確定性，這主要是給料速度問題.經大量實驗數據可總結以下經驗公式：

平均動態測重誤差

△=(給料速度V)²/20

式中：△單位為kg；V単位為kg/s根據這個公式推算，如果為了保證訪態測重誤差ZXcle(c=0.05kg),那麽最後的小給料速度Vb

一般設計的給料速度分兩段，即大給料與小給料，為了保證小給料最後測重的正確，小給料時間t>3秒，作為仙公斤包裝的大給料速度為多少合適呢？我們不妨分析下麵的總計量時間周期公式：總周期T=大給料時間Ta+小給料時間Tb其中：Ta=(40-3Vb-Aa)/Va

=(40-3-Aa)/Va

=(37-V//20)/Va

式中Vb=1

Tb=(Aa+3)/Vb

=Va²Z20+3

T=Ta+Tb

=(37-Va²/20)Va+Va²/20+3

=(37/Va-Va/20)+Va²/20+3

選取Va(憂化)=7kg/s時.T=10.38秒，且最小，加上稱桶去皮重和排料的時間，平均每一秤的時間為11秒(指単秤)，每小時能力最多為327次.這樣的計算結果表明，提高進料速度較難提高包裝機速度,必須開辟新的設計思路。

無錫縣包裝機廠研製的"BFT-3B"型包裝機是根據國內外同類機的設計原理，大螺旋進給料到粗給料值時，電腦控製停止大螺旋工作，並同時關閉大閥門，小給料連續工作到細給料值時，停止小螺旋工作，同時關閉小閥門.在這樣的運行中"大螺旋的工作時間大概隻占周期的一半左右，其餘時間處於等待狀態.為了充分利用這段等待時間，大膽革新，創造出一種預給料法，即在二次給料的基礎上再增加一次給料，圖1所示為這一方法的實現原理，其工作過程改為：大螺旋工作到粗給料值時.隻關閉大閥門，而大螺旋壊續工作一段時間，這段時間的出料貯存在大閥門上麵，見圖示中帶“®'的容積鬥內，而不落到稱量桶內，隻有等下一包工作時.打開大閥門,這部份料就一下子落人稱量桶內.這部份數量的多少取決於大螺旋繼續運轉的時間，由電腦定時設定.可以人工設置，根據實際情況可多可少.這樣的設計’機械上隻要增設一個預加料的存料鬥.電腦裏隻占用了一個定時器，設計一個定時程序.非常簡單方便.上述設計充分利用了給料控製器的空間和時間，使進料過程中的每一秒鍾都得到發揮.尚屬苜創,經實踐考核,稱量速度大大提高了.另外，如果大螺旋速度合適，運行時間可以占一個包裝運行周期.使一包接一包連續運轉恰到好處.這樣，電機就不用頻繁開停，帶來的好處就會更多.

圖I

•BFT-3B型包裝機的計量稱重是以微機控製，采用八十年代最新計算機芯片「INTEL公司的MCS8O31單片機，並引用了國際上推廣的STD標準總線結構，所有輸入輸出都采用了光屯隔離和無觸點開關，符合時代的先進性和使用的可靠性，並具有稱重顯示.產量統計、超重報警、白診斷、白恢複、自動調零、斷電保護及顯示故障原因等功能.為保證訂量精度和調整包裝速度，沒計了預加料量0〜40公斤無級調速，大大提高了整機的性能.

•BFT-3B"型包裝機的稱量精度和包裝速度二者之間的配合達到最佳水平.所有元器件國內配套.實現了國產化,造價僅為進口機的五分之一’是國產冋類機的二分之一.達到了我們選擇理想機刖並共冋合作開發的預期fl的.

圖2

3BFT-3B型包裝機簡介

3,1、主要技術指標和使用條件包裝能力：700〜750bag/h稱量精度：単袋±0.4%；10袋平均±0.2%

稱量範圍：20~50kg/bag

使用環境：溫度0-4OC；空氣相對濕度＜90%

電源：電壓380V±10%；頻率50HZ；功率13.35KW

汽源；幹燥.潔淨、壓力平穩的壓縮空氣，P=0.4~

0.6MPa；耗氣量0.6NM^J/min；除塵耗氣量3600M³/h重量：3000kg

3,2.結構簡述

包裝機是一個組合體，主要由下列幾個部份組成,詳見圖2

1. 上料鬥：係不鏽鋼製作，上接貯料侖.下聯插板閥，貯料侖內配有二個分別檢測，高、低.料位的則容料位計
2. 插板閥：每個電子秤配一個炬形插板閥.裝在上料鬥的出口，包裝機工作時全開，停止工作或檢修時全閉.
3. 雙螺旋給料器：每個電子秤配一組雙螺旋給料器，它包括大、小螺旋運輸機及其下料控製閥門.且大閥門的上麵設
   有一個預加料的存料鬥，根據不同的物料可調節粗給料比,以達到合理的稱量速度和稱量精度.
4. 秤體：每個電子秤的秤體由一個鬥框、一個傳感器、一個秤筒組成.傳感器直接感受物料的重量並轉換成相應的電信號送到電腦係統內.秤筒底部有雙門翻板閥.
5. 包裝口：是物料進入空袋的咽喉，裝有前後一對防塵式袋夾和由氣缸控製的傳遞套袋操作信息的限位開關.套袋口做成夾套式，起到抽氣吸塵作用.

以上各部份凡是接觸物料的部件均采用不鏽鋼材料製成.

6. 膠帶輸送機：輸送機仿造我公司從酉德進口的-VELOPX-機型的結構，它具有調速和適應不同額定袋重的升降機構.同時采用包膠轉鼓的傳動裝置.用表麵光滑、抗噪音.無接縫的薄型膠帶，膠帶機的兩測有光滑的擋袋板.
7. 封口裝置：包括折邊機和縫包機.縫包機采用國產GK35-2型，並輔以人工折邊機構，縫包機的工作速度與輸送機的速度同歩.
8. 電控設備：包括現場操作箱和微機控製櫃.後者安裝在環境清潔的控製室內.拒內集電腦與動力驅動部件於一體.

還有除塵裝置：純誠包裝時粉塵飛揚，為保持良好的工作環境,保證包裝機能正常連續地丄作，必領配置除塵裝置.它由濾塵器、排風機、熱風機等組成，

3•3控製係統流程：見圖3

3-4、工作程序

當物料進入料倉，料位計給微機傳送風號，微機就發出運行指令，將大、小進料閥門打開，大、小螺旋同時工作分別向秤筒內喂料.當達到粗給料設定值時，白動關閉大閥門，大、小螺旋繼續加料，n不過大螺旋的出料貯存在預加料鬥內，小螺旋仍向秤簡內喂料.當達到細給料設定值時，微機發出關小閥門，停止小螺裁加料的指令,定量稱重結束.微機將顯示秤筒內物料的實際重量，並發出允許卸料的指令.此時人工即可向包裝口上套包裝袋，同時觸動相應開關，秤筒門自動打開，物料排出.當秤筒門關上,微機自動放袋落到輸送帶上，裝口經折邊箋包，包裝過程完成.與此同時，微機判斷各種條件符合又發出再次運行指令.當打開大閥門時，提前預加的物料將瞬時進入秤筒內，再次重複上述稱量包裝過程.

圖3

4BFT-3B型包裝機的使用情況

由於我公，日聯堿30萬噸重灰改造工程1F處在上建施工階段，因此，無錫縣包裝機「一研製的第一台-BFT-3B"型包裝機貝能在氯堿係統幹烘車間憊堿工段的•大改小”包裝線上進行輕質純堿包裝的負荷試車.並且於1993年7月20日至7月23日組織有關專家進行測試査定，其査定結果

注:表中按淨重考核

2. 単包重量査定：(注：皮重為0.2kg)

經現場隨機抽査113包，単包重最低為39.4kg(毛重)，最高為40.50kg.単包重量合格率為96%.全數平均單包為40.17kg,合格率為100%.縫包機運行良好.縫包針鐘均勻，無跳針跳線的現象.縫口質量合格率為100%.

(3)連續10包重量査定：

現場共抽査八組，均在合格範圍之

內，詳見表2所列   

                                                                                                                 表2

4-2,包裝速度測試：經現場測試平均單包灌包速度為3.659秒，折合能力為983bag/h.

(2)連續包裝速度査定：

配合縫包的包裝速度達700-750bag/h,7月21日該機1#秤巧遇披硬堿塊堵塞，包裝機處於単秤C2^#）作業，經當時現場實測其單秤速度為7bag/min,即單秤工作能力達420bag/h.超過原設計單秤350~400bag/h的能力.事實證明該機獨特的預加料設計發揮了明顯的作用.

4•3、現場粉塵及噪音測試：

距包裝口一米處測得空氣中的平均含塵量為4.9lmg/m3;設備噪音為76分貝"均符合國家環保規定的標準.

5BFT-3B型包裝機與同類機的對比及其優點

5-1、包裝機的比較：見表3

                                                                                                           表3

5•2、-BFT-3B"型包裝機的主要優點

其主要優點是：

（1）該機主要由機械部份、氣動控製物料如PVC樹脂、聚苯乙稀粒子、ABS塑料粒子的稱重包裝，而且該機用於濕度大、比重輕、流動性差的KCL耕狀物係統和電腦控製拒等組成.機械部份為模塊化結構，主要有雙螺旋給料機構、氣動控製切斷閥機構,電子測重式電子秤部件及下料夾袋器等.其中雙螺旋機構在顆粒狀包裝機上可省略，而直接靠自重式給料來完成，其它部件則通用，提高了該機對不同物料的適應性。電腦控製指由電腦部件及動力驅動盤組成.電腦部件除完成稱重顯示、重量測定、數據運算之外，還完成各種輸入輸出控製功能，內部設置靈活，集成度高、可維護性好.氣動控製係統靈活可靠，且較簡單直觀，標準化程度較高.