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1、1.掌握基本的计量方法；掌握基本的计量方法；2.掌握容积式、称重式、计数式等典型计量装置的结掌握容积式、称重式、计数式等典型计量装置的结构及工作原理。构及工作原理。科学的灵感，决不是坐等可以等来的。科学的灵感，决不是坐等可以等来的。如果说，科学上的发现有什么偶然的机如果说，科学上的发现有什么偶然的机遇的话，那么这种遇的话，那么这种“偶然的机遇偶然的机遇”只能只能给那些学有素养的人，给那些善于独立给那些学有素养的人，给那些善于独立思考的人，给那些具有锲而不舍的精神思考的人，给那些具有锲而不舍的精神的人，而不会给懒汉。的人，而不会给懒汉。-华罗庚（中华罗庚（中国）国）第第三三章章 计计量量充充填填
2、机机构构 第一节 计量方法 计量是物料包装的一个必要工序，其精确程度直接影响包装产品的质量。在自动包装机组中，计量机构可以是包装机的一个组成部分，与充填机构合二为一，也可以是单独的计量机械。它是一种机、电、气相结合，自动化程度较高的机构和设备。根据被包装物料的特性和生产需要，计量可按其实重、容积，个数进行，具体计量方法如下：一、计数法 是指包装物料按个数进行计量和包装的方法。常用计数方法有如下几种类型。1.单件计数 通常用于块状物料，可使物料单列定向排列并依次通过光电计数装置，光电计数器发出电信号输入计数电路进行计数，并由数码管加以显示。当计数达到给定量时，控制信号即控制输送物料闸门，从而完成
3、一次计数循环。2.多件计数 由计量腔一次装入多件物料进行计量，3.转盘计数 主要适用于药片,钢珠等规则颗粒物料，它是在转盘上平均分布的扇区面内均布一定数量的小孔，形成若干组均分的间隔孔区，改变每一扇形区的孔数即改变计数值。4.履带计数 多适用于片状和球形等规则物料计数，主要由具有若干匀布凹槽的履带带动物料依次通过传感器进行计数。二.定容法 定容法广泛用于密度稳定的粉状、颗粒状、膏状物料的计量。常见的有以下几种方法。1.量杯式 利用量杯的容积进行计量。2.螺杆式 利用螺杆的螺旋槽在单位转速中的总旋容积进行计量。三.称重法主要应用于受潮易结块，颗粒大小不均匀，密度的变化幅度较大的物料的计量。1.间
4、歇式称重 用于低速称量充填中，生产率低。2.连续式称重用于高速称量充填中。第二节第二节 典型计量充填机构典型计量充填机构 所谓充填机构是指将具有一定数量的被包装物料充填到包装容器内的包装机构。按计量的方式不同，充填机构分为容积式充填机构、称重式充填机构和计数式充填机构三种。若按充填物的物理状态分：则可分为粉料充填机构、颗粒充填机构、块状充填机构、膏状充填机构、液体灌装机构。若按充填机的功能分，则又可分为制袋充填机、成型充填机、仅完成充填功能的充填机等。本节是按第一种分类法来介绍几种典型充填机的结构原理。一、容积式充填机构一、容积式充填机构 将被包装物料按预定的容量充填至包装容器内的充填机称容积
5、式充填机，这类充填机适合于干料或稠状体物料。主要机型有：量杯式、转鼓式、螺旋式、柱塞式、气流式、插管式及定时式等。图3.1 固定武量杯计量装置示意图1-料斗2-粉罩3量杯4活门5粉袋 6-闭合圆销 7-开启圆销8-下粉闸门 9粉料刮板 10-护圈 11-转盘主轴 12-圆盘 1.量杯式充填机构 量杯式充填机适合于小粒状、碎片状及粉末状等流动性能良好的物料充填。生产中根据物料的视比重稳定性的好与差,量杯分为固定式和可调式两种。固定式量杯充填机的定量装置如图3.1所示。物料经供料斗1自由落到计量杯内。圆盘口上装有数个(图中为4个)量杯和对应的活门底盖4，圈盘的上部为粉罩2。当支轴11带动圆盘12旋
6、转时，粉料刮板9(与供料斗1固定在一起)将量杯3上面多余的物料刮去,当量杯转到卸粉工位时,预杆7推开定量杯底部的活门4,于是量杯中的物料在自重作用下充填到下方的容器中去。这种固定式量杯的定量装置用于那些视比重较为稳定的物料，如果容积的大小不同、则还可以更换量杯。2.可调式量杯充填机如图3.2所示。量杯是由上、下两部分组成的。通过调节机构组，可以改变上下量杯的相对位置，藉以实现容积的微调。微调时，可以手动，也可以自动。自动调整的信号可以根据最终产品的重量或物料视比重的检测获得，其精确度一般可达23左右。量杯定量的包装速度可达300600次分。若与真空充填装置相配合，既可以防止粉尘飞扬，又可以加快
7、落料速度，提高包装速度这里还应注意使下料斗5的物流道尽可能地短些，以使物料落人容器6的时间减到最小，减少粉尘的飞扬。3.转鼓式充填机构转鼓式充填机构 转鼓式充填机的定量装置，也有人称之为“计量泵式定量装置”。转鼓的形式有圆柱形、菱形等形式,也有采用齿轮轮齿形状的。计量腔在转鼓外缘,容腔形状有槽形、扇形和叶轮形等多种。计量腔容积又有定容积型和可调容积型两种。(1)固定型转鼓计量机构 如图3.3所示。(2)可调型转鼓计量机构 如图3.4所示，它是槽形截面可调容腔结构的圆柱转鼓计量机构。容腔计量容积的调整是通过螺钉改变计量容腔塞片活门4的位置来实现的，这个调节量相当有限，故此，它只适用于视比重变化范
8、围较小的调节。若要使计量精度有较大改变时，则需要更换转鼓。转鼓是由充填机的传动系统带动回转的，物料靠自重由上料口装入计量容腔，且边转动边上料。物料在容腔中随转鼓转到出料口而自由落入包装容器袋或盒中。转鼓的转速。视包装物料及计量容腔的结构不同，可在0.0251m/s范围内变化。如果转速过快，会使计量不够准确。4.螺杆式充填计量机构螺杆式充填计量机构 该充填计量机构的工作原理如图3.5 所示，它是利用螺杆的螺旋糟的容腔来计量物料的。由于每个螺距中都有一定的理论容积,因此。只要准确地控制螺杆的转速及转数，就能获得较为准确的计量值。这种装置适合于流动性良好的细颗粒物料、粉末物料，也适用于 粘稠状的物料
9、，但不宜用于易破碎的片、块状物料或视比重变化较大的物料。图图3.3 固定式转鼓计量机构示意图固定式转鼓计量机构示意图 3.4 可调式转鼓计量机构示意图可调式转鼓计量机构示意图 1-料斗 2-转鼓机壳 3-转鼓 4-出料口 1-料斗 2-转鼓 3-调节螺钉 4-活门 5-出料口 计量螺杆通常作垂直安装使用，这样做主要是为了让物料易于充满螺旋槽中，从而获得较为精确的计量值。在一般情况下，螺杆式充填机的计量装置的计量速度为80次分,其精度则为5。5、柱塞式充填计量机构、柱塞式充填计量机构 柱塞式充填计量装置的工作原理如图3.6所示。柱塞通常由连杆机构、凸轮机构或气动液压缸等推动，以驱使其作往复直线运
10、动。运动中，柱塞两极限位置间就自然形成了一定空间的容腔，此容腔就是用以计量物料的容积的计量腔。这类机构适用性比较广泛，粉、粒类及粘稠类物料均可应用。图3-7所示的计量装置是通过柱塞4的往复行程来量取物料的容积,并充填到包装容器中去的。当柱塞推杆7向上移动时,由于物料的自重或粘滞阻力使进料活门5向下压缩弹簧6，物料则从活门5与柱塞顶盘3之间的环隙进入柱塞下部缸体2的内腔内。当柱塞4向下移动时，活门5在弹簧的作用下关闭环隙(这时柱塞上部的物料对活门5的压力显然减少了许多)，柱塞5下部的物料被柱塞压出并充填到容器中去。图图3.6 柱塞式充填计量装置示意图柱塞式充填计量装置示意图 3-7 柱塞式计量示
11、意图柱塞式计量示意图 1料斗 2-料门 3-出料斗 4-柱塞 5-缸体 6-活塞杆 1-料斗 2-缸体 3-柱塞顶碗 4-柱塞 5-活门 6-弹簧 7-柱塞推杆6.真空与气流式充填机构真空与气流式充填机构 为了进一步提高计量精度或减少物料的氧化等,可采用真空或气流式充填机构充填。图3.8是真空充填机构的工作原理图。充填物料时，先将容器抽真空，继而使物料充填到容器中去。由于容器处于真空状态下，故物料充填到容器内时相当均匀，且空隙极小,因而计量精度较高。显然这种型式的充填机械的缺点则是充填物料的计量精度受着容器容积变化的影响。例如,玻璃瓶壁厚不相等或不匀称等,就会出现不同的容积。如果容器为非刚性瓶
12、，则应在容器外套一个真空密封装置，以保证容器在抽真空或充填物料时不发生容器塌陷、变形等现象,以达到符合要求的充填精度 图3.9所示为气流式充填机构的工作原理,工作时，充填轮作匀速间歇转动,当轮中量杯口与料斗对合时,洽好配气阀也接通了真空管，物料就被吸人量杯。当量杯转位到包装容器上方时,量杯中的物料又被经过配气阀输送来的压缩空气吹人容器中去。这种充填装置克服了上述真空式充填装置计量不精确的缺点,它在很大范围内应用都能达到土1的精确度。量杯的高度一般为150mm。实际生产中,量杯的横截面形状可以是圆形、椭圆形、方形、矩形,也可以是其它任意形状。7、插管式定容量充填机构、插管式定容量充填机构 插管式
13、定容量充填机构的工作原理如图3.10所示。计量充填时,先将内径较小的插管1插人具有一定粉层高度的储粉糟4中,由于粉末之间及粉末与管壁之间都有附着力，所以当插管1被提起时也不至让粉末脱落下去,当插管转到卸粉工位时,由顶杆将插管1中的粉末推入容器3中。这种装置的计量范围一般为40100mg,误差约为7,充填速度为30次分,每次一般装56件。二、称重式计量充填机构称重式计量充填机构 容积式计量充填机构一般来说结构简单，操作方便，设备成本低廉,因而应用相当普遍。但是,它的计量精度(主要是物料的重量)并不高，特别是对一些流动性差、视比重变化较大或易结块产品的包装,往往效果就显得更差。因此,人们对计量要求
14、较高的各类产品的包装,就采用按预定重量充填到容器中去的称重式计量充填机构。称重式充填，是指事先称出产品的重量，然后再充填人包装容器内，这种充填机构叫做净重式充填机。如图3.11所示。如果充填过程中称量产品是连同包装容器一起进行的,则此种充填机叫做毛重式充填机，如图3.12 所示。毛重式充填机多用于易结块或粘滞性强的产品的包装，如红糖包装等，但不适合容器重量较大或重量变化较大的包装。在众多的称量装置中，最常用的有天平秤和弹簧秤两种。根据称重的形式不同,又分为间歇式和连续式两种。1.间歇式称重装置间歇式称重装置 间歇式称重装置多用于低速称重充填机,它的效率甚低，常用的装置是双杠杆阻尼秤 如要提高包
15、装速度,可以在秤的称量料斗下面安放一个旋转格子盘，此格子盘将每次称重的物料等分成苦干等份(如10等份),也就是说阻尼秤一次称了10份的重量,因而包装生产率就提高了十倍。双杠杆阻尼秤,当称量值在5001000g时，误差可控制在0.4以内,所以称量精度还算较高。图3.13示出了双杠杆阻尼秤的基本原理。其关系为：，式中：Gx是由主秤杆所称重量G主x与副秤杆所称重量G副x的和构成，因而有：图3.14所示为双杠杆阻尼秤的结构简图。称量时，把所需称量物料的90的重量给定在主秤杆上，其余10左右的重量则给定在副秤杆上。物料由进料斗1经振动给料器24的料槽输入计量料斗8中，为使送料不至超重且能渐趋称准,把料槽
16、分做成主、副两个供送道,每个通道又各装有一个阀门(如2),分别控制通道内料层的厚度。在通道的出口处还有受电磁铁4与5控制的阀门6和7,以便启闭。称量前，副秤杆17被电磁铁10吸住。一但主副通道同时给称量料斗8供料,主秤杆就逐渐抬起,当达到主秤秆的量值时,吊架19的下限位板恰好吊住副秤杆，这时主秤秆尾部经开关22发出信号,电磁铁4立即关闭主通道的阀门6,于是主通道供料停止，电磁铁20则将副秤秆释放。由于副通道继续供料,主秤秆带着副秤杆一同继续抬起，当称量料斗8中的物料达到了总的称量定值时,主秤杆尾部又经开关23发出信号,电磁铁5关闭副通道阀门7,副通道供料也立即停止,给料器(槽)3亦不再振动。同
17、时电磁铁9将门钩10拉开，称量料斗底板12自行落下，物料经漏斗11落入包装容器。物料落完后，底板12被重锤l5关闭,门钩10又重新钩住底板12,这时，与底板l2紧连的信号开关14又发出信号，于是全部机构复位开始下一个工作循环。1-料斗 2-阀门 3-供料槽 4、5-电磁铁 6-主通道阀门 7-副通道阀门 8-计量料斗 9-电磁铁 10-封门卡 11-漏斗 12-计量料斗底门 13-计量秤杯 14-无触点开关 15-重锤 16-微调秤 17-副秤杆 18-主秤杆19-吊架 20-电磁铁 21一油阻尼器 22、23-无触点开关 24振动器 2.连续式称量装置连续式称量装置 间歇式称量装置只能用于低
18、速称量充填中，故它的生产效率也相当低。在现代化的生产中，高速称量充填机多采用连续称量装置，它可以大大提高生产率。图3.15是一种叫做“电子皮带秤”的装置示意图。这种电子皮带秤是采用电子自动检测、控制物料流量的计量方法，并通过物料分配机构以实现等量供料。电子皮带秤是由供料斗,盘式天平秤,传感器,皮带输送机构,电子控制系统及物料下卸分配机构等几部分组成,现进一步分述如下：(1)料斗部件料斗是储存物料及供给物料的部件。它随物料不同的流动性而有不同的形式。对于流动性较好的粉粒物料，如结晶葡萄糖、麦乳精粉等物料，可以采用如图3.15所示闸门式的料斗装置。生产中，如果秤盘部位处输送皮带上的物料层的重量有变
19、化时，差动变压器13(即传感器)及时发出信号指令,可逆电动机闸门3启合，从而迅速改变料斗中流出的物料层截面大小。1-料斗 2-电机 3-闸门 4-皮带 5-秤盘 6-主秤杆 7-弹簧 8-张紧轮 9-漏斗 10-刷轮 11-导轮12-变压器铁蕊 13-差动变压器 14-油阻尼器 15-路码 16-配重 对于流动性较差的物料,如奶粉、白糖等，则可采用电磁振动式料斗。这时传感器送出的信号是指令改变电磁振动器振幅的大小，从而调节物料的流量。如果把电磁振动器配用于闸门料斗上时，那么物料流量控制的效果还会更好些，只是这种料斗的结构复杂得多。(2)盘式天平杠杆平衡秤 盘式天平杠杆平衡秤是电子皮带秤的主体部
20、件。它由秤盘、上下秤杆、形弹簧、微砝码配重铁块以及油阻尼器等构成。差动变压器与之紧相连接,通过它随时发出指令性的信号。以改变盘秤上物料的重量。天平秤杆的支承采用微型轴承代替刀刃支承,以增加使用 寿命，提高耐振能力。形弹簧起着稳定天平秤平衡点的作用，在计量起始时亦具有缓冲与制动的作用。油阻尼器抑制秤盘振荡，使称重系统及称重过程保持平衡稳定。如要改变包装计量，则只需改变配重块的重量即可，必要时可调整微砝码。因而天平秤采用了等臂结构,以消除温度变化对称重计量精度的影响。假使再将秤体各部构件采用质轻而坚硬的材料制作；则更能减轻天平秤系统的惯性运动,因而具有更高的稳定精度。(3）皮带输送机构 由于秤盘通
21、过输送皮带感受物料的重量变化,因此,要求皮带不仅要满足强度条件，带薄而柔软,耐磨性好,而且带面不易积粉,皮带运转件靠主动皮带轮带动。皮带的松紧程度则又靠张紧压轮调节,显然皮带的过松或过紧都会在一定程度上影响称重计量的精度。毛刷轮用于清除皮带表面残存的物料粉末,并使带面光洁。常用的皮带中，有一种是聚四氟乙烯玻璃片，厚度约0.12mm；另一种是涤纶布，厚度约为0.080.11mm。这两种皮带，前者的不粘性能较好，后者的强度高,耐磨性强。(4)传感器 传感器的作用是将秤盘感受到的重量变化以电信号的方式输出，藉以指令供料系统调节供料流量本电子皮带秤上所使用的传感器是差动变压器。差动变压器是一种无接触式
22、的位移传感器，生产中流经秤盘上方的物料层(皮带托附着)重量发生变化时，秤盘在配块的作用下就产生上下方向的相对位移，从而使得差动变压器线圈输出的电压信号(毫伏级)也作相应的强弱变换，于是可逆电机就调节阐门，调节物料流量。(5）电子控制系统 图3.16是电于皮带秤的电子控制系统图。电于皮带秤的电子装置,主要包含有电子调节器,电子放大器及电指示器等。其综合的主要作用是保证完成计量重量的准确值。传感器送出的电压信号在进行比较、运算后，再得出一个差值信号予以输出(输出的差值信号一般是毫伏级)。这个差值信号经过功率放大才能驱动调节执行机构（如可逆电机)运动。电子指示器监视电子系统的运行情况及时作出校正处理
23、，始终保持秤盘上方的物料重量为一个恒定值。图图3.16 电于皮带秤的电于装置控制系统图电于皮带秤的电于装置控制系统图(6）物料分配机构 物料经皮带匀速输出落入物料分配机构，而物料分配机构通常是一种具有等分格子的圆盘。圆盘按给定的转速作等速回转运动,盘中的每个格子在回转中所截获物料的重量相同当物料转到卸料工位时就从格子的底部经漏斗落人包装容器中。因此，只要适当匹配皮带与物料分配机构的运动速度。就能达到预期的计量目的。连速式称量装置除电子皮带秤外,还有如图3.17所示的螺旋式电子秤。该电子秤的计量螺旋整体3支撑在交叉簧片7上，螺秆由伺服电动机8带动，物料由料斗l经软接头2落人计量螺旋槽中,自左向右
24、传送到充填口；计量螺旋及物料的重量均由重量传感器检测，其信号经调节器5与测速电动机9的信号比较后放大，并以此控制伺服电动机8转速的快慢，使计量螺旋槽内物料的流量保持恒定。这种装置,如果物料的流动性能良好，则整个螺旋上进料都能均匀一致,且不易粘附于槽壁，还能起到防尘的作用。它的缺点是给定信号受进料比重与速度变化的影响较大,故影响称重精度。l-料斗 2-软接头 3-计量螺旋 4-出料口 5-重量传感器 6-调节器 7-交叉弹簧支座 8-伺服电动机 9-测速电动机 三、计数式计量充填机构三、计数式计量充填机构 在包装过程中,某些较大的颗粒状、块状及棒状物料,如糖果、饼干、面包等,由于生产的机械化、规
25、格化、标准化,使这些产品各自都具有相同的份量和质量。因而这些产品在进行包装时,多采用计数定量充填机作业。在二次包装中,一些袋装产品(如奶粉),盒式产品(什锦糖、果脯)等,也往往应用计数定量包装充填机械。计数定量的方法一般分为两大类：第一类是被包装物料是有规则的整齐排列的，其中包括预先就具有规则而整齐的排列；其次是包装前经过供送机构将杂乱的被包装物品按一定的形式和要求进行排列,再进行计数的方法。第二类是从混乱的被包装食品的集合体中直接取出一定个数的计数方法。1.被包装物品呈有规则排列的计数机构 集积式计数机构 集积式计数是将有规则排列的产品,按其一定的长度或高度、体积取出一定数量,这类机构常见的
26、有如下几种：(1)长度计数机构这类计数机构常用在饼干包装、云片糕包装、茶叶小装盒后的第二次大包装。计量时,排列有序的物料经输送机构送到计量机构中,行进物料的前端触到计量腔的挡板时,因挡板上装有电触头或机械触头，此触头一但受到压迫,就立即发出信号,指令横推器迅速动作,将一定计量的食品推送到包装台上进行裹包包装。如图3.18所示。1一输送带 2一被包产品 3一横向推板 4触点开关 5一档板 图3.19所示，为长度计数机构的另外一种形成。纵向推杆往复运动，每次推出一包，累积到一定数量时，横向推秆(图中未画出)再推到包装台进行大封包。(2)容积计数机构 这种执构通常用于具有一定等径等长之类物料的包装上
27、。3.20所示为容积计数机构的工作原理图。物料自料斗下落到定容箱内，形成有规则的排列。为避免物品在料斗中架桥起拱，通常将料斗箱以凸轮机构带动进行振动。定容箱腔充满时,即达到了预定的计量数，这时料斗与定容箱之间的闸门关闭,同时容箱底门打开，物料就进入包装盒。此次包装完华，则容箱底门关闭，而进料阐门打开,如此第二次包装计量工序就又开始了。这就是容积计量机构的工作过程。(3)堆积计数机构 如图3.21所示，此为一种普通的堆积计数机构。这种机构主要用于几种不同品种的组合包装,每种各取一定数量(或等额,或不等额)而包成一个大包。包装时，计量托与上下推头协同动作,完成取量及大包装的工作。首先托体作间歇运动
28、,每移动一格，则从料斗中落送一包至托体中，但料斗的启闭时间随着托体的移动均有一相应的滞差,故托体移动四次后才能完成一大包的计量充填。这种机构也还可以用于小包的形状式样及大小有所差异的物料的计数包装。2.包装食品呈杂乱形的计数机构 有一类物品多为颗粒状，如巧克力糖、药片等,一般说来,它们各自都有一定的重量与形状,但难于排列,而包装时又常常是以计数方式进行。这类计数机构常见有以下几种。（1）转盘计数机构 如图3.22所示，盛料箱1、固定卸料盘及卸料倾斜槽3由支架6固定在底盘4上。包装时,转动的定量盘2上的小孔通过料箱底部时,料箱中的物料就落人小孔中(每孔一颗)。由于定量盘上的小孔计数额分为三组,互
29、成 l20方位,所以,当定量盘上的小孔有二组进入装料工位时，则必有一组处在卸料位卸料。食品通过卸料槽口充人包装容器。为确保物料能顺利地进人计量盘的小孔中,常使定量盘上小孔的直径比物料的直径略大051mm,盘的厚度也较物料的厚度(或直径)稍厚些。料箱的正面平板多采用透明材料,以利于观察料箱内物料及充填入孔的情况。此板底部与计量盘上面不宜留有过大间隙,以防物料多余转出或将物料刮碎。(2)转鼓式计数机构 如图3.23所示,它应用于糖豆等长径比较小的颗粒物料集合自动包装计量。计量原理与转盘式计量原理基本相同。转鼓运动时,各组计量孔眼在料斗中搓动(一般应以不破损物料为原则),物料靠自重而充填人孔眼。当充
30、满物料的孔眼转到出料口时,物料又靠自重跌落下去,充填进包装容器。采用此种计数机构时,必须注意到各组计量孔眼的间距与出料口所占弧角的关系,同时还要考虑到物料与转鼓壳体的摩擦以及颗粒间的粘着力等问题，（3）推板式计数机构 如图3.24所示为推板式计数充填机构。包装时利用推板上一定数目的孔眼计数物料，初始时,推板自右向左移动,孔眼逐个通过料箱供料口,一旦孔口对正,物料就落人推板孔眼中。生产中一般设计是每一孔眼容纳一粒物料，但也可设计为一孔容多粒的。继续向左推移推板,弹簧受到越来越大的压力，当弹簧压缩到产生的弹力足以克服漏板(漏板较薄)的摩擦阻力时,推板、漏扳及弹簧一起左移，直到被挡块挡住，此时漏板孔恰好对正卸料槽孔,推板再向左移一个距离，就会出现三孔对齐的状态,于是推板孔眼中的物料就各自落下分别充填入包装容器。至此，计数充填的一个循环完毕。接着，驱动机构又按指令驱使推扳、漏板等迅速右移,并进行下一个包装循环过程。