通常,散状物料出厂时需进行定量包装,即将大宗散料以重量或体积为单位分成重量相同的个体,以利于贮藏、运输和使用。特别是食品,包装后还可避免其在销售过程中被污染和变质。
散料在定量时,可根据物料的形状和种类、对包装规格、包装精度、包装速度等的要求选用与之相适应的包装设备,按定量原理可将粉粒式包装机分为称重式及定容式二大类。一般来讲,同等价格的包装机,定容式比称重式包装速度快,但精度稍差,且对物料有一定要求。
称重式包装机具有定量精度高、对物料的适应性强等特点,但包装速度偏低却是阻碍其发展的主要原因之一,因此,保证称量精度,提高包装速度便成为诸多厂家努力的目标。
我们知道,为提高速度,称重式包装机的下料过程通常为二段式或三段式
其数学表达式为:
Q=∑qiti+δ
其中:Q—实际加料量(千克)
qi—第i段物料流量(千克/小时)
ti—第i段加料时间(小时)
δ—系统误差(千克)
(以二段式为例)一个加料过程由t1、t2组成。通常在t1时间内加入设定重量的93—98%(称为快加料)。而在t2时间内仅加入设定量的5—10%(称为慢加料),时间却为整个加料周期1/2—2/3。从理论上讲我们希望在t1时间段内加料量尽可能大,同时又希望t1尽可能小以提高包装速度。在第二段加料过程中主要指标是精度要求,t2取决于q2,而q2取决于精度要求。然而,包装机的称量是一个动态过程,动态称量精度与自动定量控制过程密切相关。包装机的称重部分通常由加料部分、秤体部分、控制部分和称重仪表等单元组成。因此,实际重量与设定重量的差就是这几部分产生的误差(δ)在重量上的综合反映。我们可能将其分为以下三类:
1.电子称重误差
1)称重传感器的误差
2)称重仪表的误差
3)秤体重量传递的误差
2.自动控制误差
1)控制元件响应的重复性
2)执行机构动作的重复性
3.外界干扰误差
1)加料时物料对称重斗的冲击
2)物料特性的变化
3)秤体振动的变化
4)其它因素的变化
由于以上多种误差的作用,使得实际的加料过程特别是由于加料时的冲击等因素使得在加料量切换时产生振荡。在整个加料过程中称重仪表不断采样,并把采样结果与设定重量比较,当最大振幅值超过设定值时,称重仪表便会采到虚假重量值而中止慢加料,结果导致不合格品的出现。
冲击产生振动的振幅与物料流量、物料落差及秤体的刚性有关。由此限制了快加料的物料流量。
在以上三类误差中,我们可以采取改进硬件或采用软件方法消除或减弱其对称量精度的影响。实践证明是行之有效的。
1.合理选用称重传感器的形式和精度,采用性能稳定的放大器,选用适合于动态称量系统的A/D转换器。实验表明,A/D转换率从10Hz提高到30Hz时,称重时间可减少25—40%。
2.合理设计秤体,减少机械摩擦,提高其力的传递一致性。据国外资料介绍,称重系统引入高频振动可减少摩擦副的摩擦力,因此可提高系统的灵敏度。
3.缩短并稳定控制元件的响应时间和执行机构的动作时间,采用集成元件代替分离元件,减少执行机构的中间环节,以电动或气动执行机构代替机械机构。
4.针对不同的物料采用与之相适应的加料装置及辅助措施,使在加料过程中物料流保持稳定和一致。
5.用软件实现自动零点跟踪、落差修正。
6.采用反馈修正系统以适应物料密度的变化。
7.采用阻尼装置减小加料时物料的冲击而引起的振动。
确定合适的快慢加料流量及快慢加料切换点,是提高称重速度的关键。有人引入极值理论曾推导出快慢加料流量及切换点的数学表达式,但是加料称重过程的影响因素太多,由于包装机的加料称重方式不同、包装物料不及包装规格的不同,这些因素还会发生变化,况且有些值不易测得。因此,在设计包装机时,应使快慢加料流量及切换点可自动调整或人工调整。
快慢加料流量可按以下经验公式大致确定:
q1≤0.15(M-C-d)f(kg/s)
q2≤εf(kg/s)
式中:M—设定重量(kg)
C-快慢加料切换点(kg)通常取0.95M
d—称重仪表的静态分度值(kg)
ε—准确度要求(kg)
f—A/D转换率(Hz)取30
为减小振动对称重的影响,这里我们引入中断比较的概念。它是通过软件来实现的。如图二示,在快加料结束后停止采样,延时一段时间(中断比较)后再判别是否停止慢加料,以避开快加料的冲击产生的振动波峰。采取这样的措施后,可加大快加料段的加料流量q1,从而减小了慢加料的时间t2,不仅可以保证称量合格率,还可提高称量速度。中断的时间可根据经验确定。
实际加料过程中,在快加料和慢加料停止后还会有一个后续料流,因此在编程时应注意使切换点和停止慢加料有一提前量。

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