在化工塗料生產中, 對物料的灌裝大多采用手工操作。這一過程中, 工人在台稱上預調好所需包裝重量, 當灌裝到所需重量時,  台稱杠杆彈起,  工人關閉閥門。這全憑他們的反應和經驗, 由於不同工人操作的熟練程度, 操作精度不同, 造成的灌裝重量不同, 誤差較大, 並且增大工人手工操作的勞動強度。因此對物料實現自動定量灌裝, 可以提高灌裝重量的準確性和穩定性, 提高工人的操作效率。

1. 自動灌裝係統主要參數

①灌裝容量 :3kg  ～  200kg ;②計量精度:±5 ‰;③生產能力 240  桶 h ;④物料溫度 <80 ℃;

⑤物料粘度<50Pas 。

2. 係統工作原理

係統的工作原理如圖 1 。

自動灌裝係統工作原理:先調整好台稱, 設定包裝重量 ;把空罐放在台稱上, 對準包裝口, 合上防爆開關, 微動開關在台稱杠杆下壓時, 已經接通, 電源通過時間繼電器, 時間繼電器觸點延時閉合,   執行裝置QGH-65-90° 90°通電,   球閥打開,   開始灌裝;灌裝到達預定的重量, 計量杠杆上揚, 離開微開關, 微動開關動作, 切斷電源, 球閥迅速關閉 ;操作工人移走已經灌裝完的罐, 放入新的空罐;重新開始下一個灌裝循環。

3. 係統結構原理及設備選型

3.1半自動灌裝係統控製原理圖

圖 2   控製原理圖

3.2測量機構

對物料的測量一般有容積法、 稱重法和質量K8凯发登录入口計三種方法。

我廠產品灌裝普遍使用的是稱重法, 使用稱重法的設備價格合理, 誤差符合成品重量計量要求, 因此本自動灌裝係統的測量方法選用稱重法。

係統可選稱重器材有電子稱和一般杠杆式台稱。電子稱精度高, 性能穩定, 由於是生產易燃易爆物品的企業,   生產車間必須采用防爆電子稱,   防爆電子稱價格高 ( 後麵已提及) 。本係統采用TGT-50 型或 TGT-500 型台稱,   它的精度可適應要求,   性能穩定。

3.3變送器

對變送器的設備選型,  首先應決定係統的控製方式。可以采用的控製方式有純電氣控製、    純氣動控製和電氣與氣動相結合控製。

係統采用純電氣控製, 由於生產車間存在大量易燃易爆性物質, 屬於危險爆炸場所, 因此係統電氣設備必須達到防爆要求, 設備選型要求選用防爆電氣測量機構, 防爆的電氣變送器、 防爆的電動調節閥。考慮經濟的原因, 塗料生產的自動灌裝係統很少采用純電氣控製的方式。

係統采用純氣動控製, 可以達到防爆要求, 而且價格合理, 這是目前塗料生產自動灌裝機普遍采用的控製方式。但是它們使用在塗料的物料灌裝中存在一定問題。

係統根據氣動射流原理, 通過光敏傳感器對台稱杠杆彈起 ( 壓下)   的測量,   經過邏輯控製回路( 變送器) 控製灌裝閥 ( 調節閥) 的微型氣缸、 一次缸、 二次缸的動作, 進行定量灌裝。由於邏輯控製回路 ( 變送器) 是氣動元件, 變送元件複雜,  傳送信號時間較長 ( 光、 電比較) , 造成變送和信息傳送滯後, 而且氣源穩定、 潔淨程度對氣動元件工作影響很大, 以上原因造成灌裝重量不準確, 而誤差有時正, 有時負, 不能通過調整重量設定值減少誤差。

因此為了選擇結構簡單的變送器, 並且傳送信號及時準確, 決定該係統控製采用電氣和氣動相結合的控製方式。即是電氣變送和使用氣動控製閥。

根據係統的控製方式和台稱的特點, 選擇一個微動開關, 具有變送器和控製的雙重功能。微動開關安裝在台稱的計量杠杆下側, 微動開關的觸點頂著杠杆, 在台稱上已經預設定所需包裝的重量值, 杠杆壓著微動開關的觸點, 微動開關閉合, 在物料注入罐中所達設定的重量時, 計量杠杆上升, 離開微動開關的觸點, 微動開關動作, 起著變送和控製的作用。

微動開關的靈敏性是自動灌裝係統的關鍵, 因為它決定了物料的灌裝重量準確度。例如灌裝規格4kg 罐的物料,   如果微動開關的滯後時間超過0.2s,   就會造成計量不準確,   誤差超過所規定的標準 ;而且它的開 、 閉動作應達到 1400 次 d 。在市場上, 微動開關的類型也很多,  選用 6 種類型經一個多月的試驗, 最後選擇了德國產 BARTEC 型微動開關, 該類型無論在靈敏性、 穩定性和持續工作能力上都達到精度要求, 並且微動開關具有防爆功能, 符合生產車間內的要求。

3.4調節閥

調節閥直接對物料進行控製, 因此調節閥的選型是關鍵。

調節閥的類型有幾種, 如直通單座控製閥、 球閥和偏心旋轉閥等,   由於 “ O”  型球閥全開時為無阻閥,   “ 自潔”   性能最佳,   適用於特別不幹淨,    含纖維介質的切斷場合, 符合溶劑生產的實際情況, 所以灌裝係統的調節閥選用 “O”  型球閥。考慮到灌裝的是溶劑, 閥體的材質選用不鏽鋼質。

除了閥的溫度、 壓力、 K8凯发登录入口密封性等基本要求外, 調節閥的開 關動作時間是計量精度保證的關鍵, 同時要求調節閥的穩定性要好, 要求有持續的工作能力, 每天要至少持續開 關動作 1400 次,  調節閥本身的精確度要高。

依照以上要求, 選擇了QGH 型球閥,  在小包裝上選用Q611FDN25 型氣動球閥, 大包裝 ( 200kg 以上) 選用Q 611FDN 40 型氣動球閥。

3.5調節控製機構

調節控製機構的作用主要是控製調節閥的開與關, 從而達到定量灌裝。因為采用電氣變送, 要求設計一個控製電路, 配合變送和控製作用的微動開關, 對球閥進行控製開 關。

考慮到在灌裝時, 中間需移走灌裝完的桶和放入空桶, 間隔了一段時間, 因此引入一個時間延遲的問題, 加了一個時間繼電器, 用來設定調節中間的時間。

4. 輔助氣源係統設計

由於執行裝置 QGH-65-90° 90°對氣源要求較高, 因此設計了一個氣源輔助係統來保證氣源的壓力穩定和潔淨程度。

氣源由一台 5.5KW 的空氣壓縮機供給,   由於執行裝置要求的氣壓恒定在 0.5 ～ 0.7MPa 範圍內,原來空氣壓縮機上的壓力繼電器其調壓範圍不能達 到要求, 往往調整了上限壓力, 下限壓力隻能設定低於 0.5MPa,   影響了執行裝置的工作,   使球閥關

不死,  延長關閉時間,  造成計量不準確,  因此我們改造了壓力裝置,   選用一個 0.6 ～ 1.5MPa氣壓自動開關來控製壓縮機的開與關, 以保持壓力的穩定性。

用一台 C-0.6 0.8A  型儲 氣罐,    工作壓 力 0.8MPa,   考慮到安全性問題,   設置了一個 0.8MPa的安全閥。

為了保證空氣的潔淨, 在現場設置了一台氣源調壓過濾器, 帶壓力表讀數, 可以根據執行裝置的實際來調節氣壓, 並過濾氣源中的水分和雜質。保證進入執行裝置的空氣潔淨、 幹燥和不含腐蝕性成分。

5. 係統誤差分析

自動灌裝係統中的誤差主要包括測量台稱本身的係統誤差、 微動開關的動作滯後誤差、 氣動執行裝置滯後誤差和球閥動作滯後誤差, 除測量本身的誤差外,  其餘的誤差都可以通過調整設定值來減少。

在調試中, 設定預包裝重量後, 連續測量了二十罐, 發現誤差值全是正誤差,  在減少設定值並進行調整後, 每罐包裝重量都在合格的範圍內。

在調試過程中, 發現一般包裝的誤差值在誤差值大的時候都是正偏差或全是負偏差, 這就給調整帶來了方便。通過調整預設定值, 可以把誤差值控製在合格範圍內, 達到了當初的設計目的。

這也說明調整預定值的重要性, 要求操作者在包裝不同規格前必須調整設定值, 以確保半自動灌裝係統的正確運行。

6. 結論

通過了解, 日本、 比利時的半自動灌裝機的價格在人民幣 17 萬元～ 25 萬元, 國產的半自動灌裝機的價格在人民幣 3.5 萬元～ 7 萬元左右,   而我們設計的半自動灌裝係統價格僅 1.2 萬元,   經過一年半的使用,   計量誤差都在 0.5  以內,   達到國家計量誤差標準。

該係統結構簡單, 操作方便,  價格合理,  投資少, 準確度高, 保證了物料的灌裝重量穩定,  大大減輕勞動強度, 提高了生產效率。係統采用電氣變送、 氣動控製閥門的控製方式, 克服了國內灌裝機普遍采用純氣動控製而存在的計量不準, 運行不穩定等不足之處, 使自動灌裝可廣泛應用於塗料生產中, 為物料的自動灌裝成功開拓了一個新的模式。

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