通常,散狀物料出廠時需進行定量包裝,即將大宗散料以重量或體積為單位分成重量相同的個體,以利於貯藏、運輸和使用。特別是食品,包裝後還可避免其在銷售過程中被汙染和變質。
散料在定量時,可根據物料的形狀和種類、對包裝規格、包裝精度、包裝速度等的要求選用與之相適應的包裝設備,按定量原理可將粉粒式包裝機分為稱重式及定容式二大類。一般來講,同等價格的包裝機,定容式比稱重式包裝速度快,但精度稍差,且對物料有一定要求。
稱重式包裝機具有定量精度高、對物料的適應性強等特點,但包裝速度偏低卻是阻礙其發展的主要原因之一,因此,保證稱量精度,提高包裝速度便成為諸多廠家努力的目標。
我們知道,為提高速度,稱重式包裝機的下料過程通常為二段式或三段式
其數學表達式為:
Q=∑qiti+δ
其中:Q—實際加料量(千克)
qi—第i段物料K8凯发登录入口(千克/小時)
ti—第i段加料時間(小時)
δ—係統誤差(千克)
(以二段式為例)一個加料過程由t1、t2組成。通常在t1時間內加入設定重量的93—98%(稱為快加料)。而在t2時間內僅加入設定量的5—10%(稱為慢加料),時間卻為整個加料周期1/2—2/3。從理論上講我們希望在t1時間段內加料量盡可能大,同時又希望t1盡可能小以提高包裝速度。在第二段加料過程中主要指標是精度要求,t2取決於q2,而q2取決於精度要求。然而,包裝機的稱量是一個動態過程,動態稱量精度與自動定量控製過程密切相關。包裝機的稱重部分通常由加料部分、秤體部分、控製部分和稱重儀表等單元組成。因此,實際重量與設定重量的差就是這幾部分產生的誤差(δ)在重量上的綜合反映。我們可能將其分為以下三類:
1.電子稱重誤差
1)稱重傳感器的誤差
2)稱重儀表的誤差
3)秤體重量傳遞的誤差
2.自動控製誤差
1)控製元件響應的重複性
2)執行機構動作的重複性
3.外界幹擾誤差
1)加料時物料對稱重鬥的衝擊
2)物料特性的變化
3)秤體振動的變化
4)其它因素的變化
由於以上多種誤差的作用,使得實際的加料過程特別是由於加料時的衝擊等因素使得在加料量切換時產生振蕩。在整個加料過程中稱重儀表不斷采樣,並把采樣結果與設定重量比較,當最大振幅值超過設定值時,稱重儀表便會采到虛假重量值而中止慢加料,結果導致不合格品的出現。
衝擊產生振動的振幅與物料K8凯发登录入口、物料落差及秤體的剛性有關。由此限製了快加料的物料K8凯发登录入口。
在以上三類誤差中,我們可以采取改進硬件或采用軟件方法消除或減弱其對稱量精度的影響。實踐證明是行之有效的。
1.合理選用稱重傳感器的形式和精度,采用性能穩定的放大器,選用適合於動態稱量係統的A/D轉換器。實驗表明,A/D轉換率從10Hz提高到30Hz時,稱重時間可減少25—40%。
2.合理設計秤體,減少機械摩擦,提高其力的傳遞一致性。據國外資料介紹,稱重係統引入高頻振動可減少摩擦副的摩擦力,因此可提高係統的靈敏度。
3.縮短並穩定控製元件的響應時間和執行機構的動作時間,采用集成元件代替分離元件,減少執行機構的中間環節,以電動或氣動執行機構代替機械機構。
4.針對不同的物料采用與之相適應的加料裝置及輔助措施,使在加料過程中物料流保持穩定和一致。
5.用軟件實現自動零點跟蹤、落差修正。
6.采用反饋修正係統以適應物料密度的變化。
7.采用阻尼裝置減小加料時物料的衝擊而引起的振動。
確定合適的快慢加料K8凯发登录入口及快慢加料切換點,是提高稱重速度的關鍵。有人引入極值理論曾推導出快慢加料K8凯发登录入口及切換點的數學表達式,但是加料稱重過程的影響因素太多,由於包裝機的加料稱重方式不同、包裝物料不及包裝規格的不同,這些因素還會發生變化,況且有些值不易測得。因此,在設計包裝機時,應使快慢加料K8凯发登录入口及切換點可自動調整或人工調整。
快慢加料K8凯发登录入口可按以下經驗公式大致確定:
q1≤0.15(M-C-d)f(kg/s)
q2≤εf(kg/s)
式中:M—設定重量(kg)
C-快慢加料切換點(kg)通常取0.95M
d—稱重儀表的靜態分度值(kg)
ε—準確度要求(kg)
f—A/D轉換率(Hz)取30
為減小振動對稱重的影響,這裏我們引入中斷比較的概念。它是通過軟件來實現的。如圖二示,在快加料結束後停止采樣,延時一段時間(中斷比較)後再判別是否停止慢加料,以避開快加料的衝擊產生的振動波峰。采取這樣的措施後,可加大快加料段的加料K8凯发登录入口q1,從而減小了慢加料的時間t2,不僅可以保證稱量合格率,還可提高稱量速度。中斷的時間可根據經驗確定。
實際加料過程中,在快加料和慢加料停止後還會有一個後續料流,因此在編程時應注意使切換點和停止慢加料有一提前量。

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