1问题的提出

大化公司碱厂是国内纯碱生产基地，年产纯750kt/a.其中氨碱法纯碱450kt/a,联稼法纯碱300kt/a,产量居全国首位,从1983年以来连获二次国家金牌奖，质量忧良，深受国内外用户欢迎，畅销国内东北、华南地区，出口东南亚地区.自1989年以来由于国内新建三大碱厂和一批扩建项目陆续投产，纯碱生产能力骤增，又逢国民经济的调整，供大于需，销售疲软，市场竞争激烈，价格下滑.为适应市场经济的变化，大化公司决定自筹资金抓紧时机进行产品结枸的调整，幵发新品种一重质纯碱的生产.该技术改造工程是把联碱装置每年生产的30万吨轻质纯碱分二期实施，全部加工成重质纯碱，同时改造包装生产线。本文重点阐述为工程配套的纯球包装机，在设计选型和开发应用上的成果.

1987年以前，纯碱包装在全国纯碱行业都处于落后的手工操作，称量不准确、作业条件差、劳动强度大.自1984年起.天津和青岛碱厂先后从西德进口-3NWEDSO"型（三秤）纯区包装机（即小袋包装机，以下简称包装机），1987年天津碱厂首先投入生产，从此我国的纯碱生产开始采用自动定量包装机.1987年我公司碱厂的氨碱系统为凉碱改造工程配套，也相继从西德引进WELOX"型（二秤）包装机.1986年在化工部的主持下，由无锡化机厂和南京第一化工仪表厂等单位联合，以天津碱厂进口的包装机为样机.开始设计生产"3TW”型（三秤）包装机，作为新建三大碱厂的配套设备.九十年代初，无锡县包装机厂在借鉴国内外同类设备的基础上，又自行设计和研制•BFT-3B."型（二秤）包装机.各种型式的纯域专用包装机可供重蔵改造工程设计选型，但必须经过科学的论证和技术分析对比，才能作出最佳的选择.

2包装机的选型和开发

纵观国内外各种型式的包装机.其结构和原理基本是一样的，包装系统由主机、辅机、封口.电控等部份组成.主机包括贮料仓、给料器、给料控制器、秤体.传感器、下料斗、夹袋器及气控部份等；辅机包括输送机、除尘器、机架等；封口包括折边机、麓包机等；电控部份包括电控拒、配电柜、操作箱等.为了提高包装线工作效率，满足生产需要，一般在-条包装统上安装多秤系统，即二秤或三秤.从实际生产能力看，双秤优于三秤.双秤的实际能力达到600bag/h,而三秤的实际能力不足800bag/h.另外，三秤的结构不合理，其落料斗上端开口大，加大了落料距离，落料时间相应加长，影响包装机的能力.为了弥补这一缺陷，在落料斗与秤斗之间又增设了一个中间仓，中间仓的底阀受物料冲击的作用是不一样的。秤斗内的料是双螺旋逐歩加人的，冲击作用较缓’而中间仓的料是瞬间从秤斗内落下来的，这样的冲击作用显然要激烈的多.因此，中间仓的底阀就长期频繁的受彙中力量的冲击，其密封的可靠性就难以保证，其结果必然要影响称量精度并增加包装口的粉尘.而且，就能耗、土建投资、设备投资与生产能力等多方面相比较，结果还是二秤的型式优于三秤.引进国外包装机的几家纯碱厂在投产以前，都投入了大量的人力和物力，经历了较长时间的反复调试和改造过程，还不同程度地存在一些问题，效果不尽理想.某些功能和装置不适合纯碱包装的需要，操作维修不易掌握，况且价格昂贵，零配件难以保证，毎年仍需花费大量的外汇.即便是国内自行开发的"3TW”型包装机的电气元器件大部份仍然依靠进口.而我们选型的原则是在确保称量精度.满足设计能力的基础上，力求整机结构简单，穏定可靠.造价低、国产化也是至关重要的。为此，我们与江苏省无锡县包装机厂共同合作研制开发了“BFT-3B”型国产高效自动定量纯碱包装机。

包装机的工作速度取决于以下几个因素：进料速度、进料方式、电子秤的机械反应速度和电子数据处理等方面。一般来说目前水平的电子秤传感器的反应能力已经足够快「对于包装机称量来说，主要是解决动态冲击的不确定性，这主要是给料速度问题.经大量实验数据可总结以下经验公式：

平均动态测重误差

△=(给料速度V)²/20

式中：△单位为kg；V単位为kg/s根据这个公式推算，如果为了保证訪态測重误差ZXcle(c=0.05kg),那么最后的小给料速度Vb

一般设计的给料速度分两段，即大给料与小给料，为了保证小给料最后测重的正确，小给料时间t>3秒，作为仙公斤包装的大给料速度为多少合适呢？我们不妨分析下面的总计量时间周期公式：总周期T=大给料时间Ta+小给料时间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

选取Va(忧化)=7kg/s时.T=10.38秒，且最小，加上称桶去皮重和排料的时间，平均每一秤的时间为11秒(指単秤)，每小时能力最多为327次.这样的计算结果表明，提高进料速度较难提高包装机速度,必须开辟新的设计思路。

无锡县包装机厂研制的"BFT-3B"型包装机是根据国内外同类机的设计原理，大螺旋进给料到粗给料值时，电脑控制停止大螺旋工作，并同时关闭大阀门，小给料连续工作到细给料值时，停止小螺旋工作，同时关闭小阀门.在这样的运行中"大螺旋的工作时间大概只占周期的一半左右，其余时间处于等待状态.为了充分利用这段等待时间，大胆革新，创造出一种预给料法，即在二次给料的基础上再增加一次给料，图1所示为这一方法的实现原理，其工作过程改为：大螺旋工作到粗给料值时.只关闭大阀门，而大螺旋壊续工作一段时间，这段时间的出料贮存在大阀门上面，见图示中带“®'的容积斗内，而不落到称量桶内，只有等下一包工作时.打开大阀门,这部份料就一下子落人称量桶内.这部份数量的多少取决于大螺旋继续运转的时间，由电脑定时设定.可以人工设置，根据实际情况可多可少.这样的设计’机械上只要增设一个预加料的存料斗.电脑里只占用了一个定时器，设计一个定时程序.非常简单方便.上述设计充分利用了给料控制器的空间和时间，使进料过程中的每一秒钟都得到发挥.尚属苜创,经实践考核,称量速度大大提高了.另外，如果大螺旋速度合适，运行时间可以占一个包装运行周期.使一包接一包连续运转恰到好处.这样，电机就不用频繁开停，带来的好处就会更多.

图I

•BFT-3B型包装机的计量称重是以微机控制，采用八十年代最新计算机芯片「INTEL公司的MCS8O31单片机，并引用了国际上推广的STD标准总线结构，所有输入输出都采用了光屯隔离和无触点开关，符合时代的先进性和使用的可靠性，并具有称重显示.产量统计、超重报警、白诊断、白恢复、自动调零、断电保护及显示故障原因等功能.为保证订量精度和调整包装速度，没计了预加料量0〜40公斤无级调速，大大提高了整机的性能.

•BFT-3B"型包装机的称量精度和包装速度二者之间的配合达到最佳水平.所有元器件国内配套.实现了国产化,造价仅为进口机的五分之一’是国产冋类机的二分之一.达到了我们选择理想机刖并共冋合作开发的预期fl的.

图2

3BFT-3B型包装机简介

3,1、主要技术指标和使用条件包装能力：700〜750bag/h称量精度：単袋±0.4%；10袋平均±0.2%

称量范围：20~50kg/bag

使用环境：温度0-4OC；空气相对湿度＜90%

电源：电压380V±10%；頻率50HZ；功率13.35KW

汽源；干燥.洁净、压力平稳的压缩空气，P=0.4~

0.6MPa；耗气量0.6NM^J/min；除尘耗气量3600M³/h重量：3000kg

3,2.结构简述

包装机是一个组合体，主要由下列几个部份组成,详见图2

1. 上料斗：系不锈钢制作，上接贮料仑.下联插板阀，贮料仑内配有二个分别检测，高、低.料位的則容料位计
2. 插板阀：每个电子秤配一个炬形插板阀.装在上料斗的出口，包装机工作时全开，停止工作或检修时全闭.
3. 双螺旋给料器：每个电子秤配一组双螺旋给料器，它包括大、小螺旋运输机及其下料控制阀门.且大阀门的上面设
   有一个预加料的存料斗，根据不同的物料可调节粗给料比,以达到合理的称量速度和称量精度.
4. 秤体：每个电子秤的秤体由一个斗框、一个传感器、一个秤筒组成.传感器直接感受物料的重量并转换成相应的电信号送到电脑系统内.秤筒底部有双门翻板阀.
5. 包装口：是物料进入空袋的咽喉，装有前后一对防尘式袋夹和由气缸控制的传递套袋操作信息的限位开关.套袋口做成夹套式，起到抽气吸尘作用.

以上各部份凡是接触物料的部件均采用不锈钢材料制成.

6. 胶带输送机：输送机仿造我公司从酉德进口的-VELOPX-机型的结构，它具有调速和适应不同额定袋重的升降机构.同时采用包胶转鼓的传动装置.用表面光滑、抗噪音.无接缝的薄型胶带，胶带机的两测有光滑的挡袋板.
7. 封口装置：包括折边机和缝包机.缝包机采用国产GK35-2型，并辅以人工折边机构，缝包机的工作速度与输送机的速度同歩.
8. 电控设备：包括现场操作箱和微机控制柜.后者安装在环境清洁的控制室内.拒内集电脑与动力驱动部件于一体.

还有除尘装置：纯誠包装时粉尘飞扬，为保持良好的工作环境,保证包装机能正常连续地丄作，必领配置除尘装置.它由滤尘器、排风机、热风机等组成，

3•3控制系统流程：见图3

3-4、工作程序

当物料进入料仓，料位计给微机传送風号，微机就发出运行指令，将大、小进料阀门打开，大、小螺旋同时工作分别向秤筒内喂料.当达到粗給料设定值时，白动关闭大阀门，大、小螺旋继续加料，n不过大螺旋的出料贮存在預加料斗内，小螺旋仍向秤简内喂料.当达到细给料设定值时，微机发出关小阀门，停止小螺裁加料的指令,定量称重结束.微机将显示秤筒内物料的实际重量，并发出允许卸料的指令.此时人工即可向包装口上套包装袋，同时触动相应开关，秤筒门自动打开，物料排出.当秤筒门关上,微机自动放袋落到输送带上，装口经折边箋包，包装过程完成.与此同时，微机判断各种条件符合又发出再次运行指令.当打开大阀门时，提前预加的物料将瞬时进入秤筒内，再次重复上述称量包装过程.

图3

4BFT-3B型包装机的使用情况

由于我公，日联碱30万吨重灰改造工程1F处在上建施工阶段，因此，无锡县包装机「一研制的第一台-BFT-3B"型包装机貝能在氯碱系统干烘车间憊碱工段的•大改小”包装线上进行轻质纯碱包装的负荷试车.并且于1993年7月20日至7月23日组织有关专家进行测试査定，其査定结果

注:表中按净重考核

2. 単包重量査定：(注：皮重为0.2kg)

经现场随机抽査113包，単包重最低为39.4kg(毛重)，最高为40.50kg.単包重量合格率为96%.全数平均单包为40.17kg,合格率为100%.缝包机运行良好.缝包针鐘均匀，无跳针跳线的现象.缝口质量合格率为100%.

(3)连续10包重量査定：

现场共抽査八组，均在合格范围之

内，详见表2所列   

                                                                                                                 表2

4-2,包装速度测试：经现场测试平均单包灌包速度为3.659秒，折合能力为983bag/h.

(2)连续包装速度査定：

配合缝包的包装速度达700-750bag/h,7月21日该机1#秤巧遇披硬碱块堵塞，包装机处于単秤C2^#）作业，经当时现场实测其单秤速度为7bag/min,即单秤工作能力达420bag/h.超过原设计单秤350~400bag/h的能力.事实证明该机独特的预加料设计发挥了明显的作用.

4•3、现场粉尘及噪音测试：

距包装口一米处测得空气中的平均含尘量为4.9lmg/m3;设备噪音为76分贝"均符合国家环保规定的标准.

5BFT-3B型包装机与同类机的对比及其优点

5-1、包装机的比较：见表3

                                                                                                           表3

5•2、-BFT-3B"型包装机的主要优点

其主要优点是：

（1）该机主要由机械部份、气动控制物料如PVC树脂、聚苯乙稀粒子、ABS塑料粒子的称重包装，而且该机用于湿度大、比重轻、流动性差的KCL耕状物系统和电脑控制拒等组成.机械部份为模块化结构，主要有双螺旋给料机构、气动控制切断阀机构,电子测重式电子秤部件及下料夹袋器等.其中双螺旋机构在颗粒状包装机上可省略，而直接靠自重式给料来完成，其它部件则通用，提高了该机对不同物料的适应性。电脑控制指由电脑部件及动力驱动盘组成.电脑部件除完成称重显示、重量测定、数据运算之外，还完成各种输入输出控制功能，内部设置灵活，集成度高、可维护性好.气动控制系统灵活可靠，且较简单直观，标准化程度较高.