青海省是资源大省，在各类矿产资源中盐湖资源占有举足轻重的地位，盐湖资源的远景储量和查明储量均居全国之首，其查明储量为 533 亿 t。对于我省盐业生产企业来说，除了交通运输能力、地理原因外，工业原盐的计量包装一直是制约原盐生产的“瓶颈”之一，长期未能得到解决。
原盐的计量包装之所以成为一个行业内的难题，是和原盐的物理、化学特性分不开的。从盐湖采挖出的原盐颗粒度极不均匀、含水率较高，即使经过堆坨蒸发处理后还是极易板结成块，在盐坨表面形成一层厚约 20～ 30cm 的盐盖，盐盖的形成减弱了盐坨的蒸发效果，致使原盐含水率依然较大，盐坨内的原盐再次板结成块，颗粒度依然不均匀。另外，盐的腐蚀性极强。原盐的这些特性给机械秤、电子秤的准确计量带来不利影响，表现在：一是颗粒度变化较大，使原盐进入计量装置时的落料冲击不均匀，造成计量装置工作不稳定或生产效率低；二是含水率大，使原盐易粘结在计量容器中，造成计量后误差；三是腐蚀性强，影响计量设备中机械装置及电子元件的正常工作。这些也是目前国内包装秤 (包括电子秤) 不能完全适用于原盐计量包装的主要原因。
1 旧式杠杆计量包装秤和电子计量包装秤的应用与不足
1.1 旧式杠杆计量包装秤
上世纪 70 年代，由北京轻工业设计院设计的杠杆式自动计量包装秤在内蒙及我省的一些主要盐业生产厂家中投入使用。该秤设计的有效计量重量为 100kg，为全机械结构，计量误差基本能满足当时的铁路运输及行业标准。其计量部分结构如图1 所示。
该秤由自流式料仓为其供料，料仓门通过杆件与杠杆的料斗支承相联，在料斗计量完成并向下运动时，杆件随之关闭料门，停止对料斗的供料。秤体下端有集料斗，工作时，灌包人员手持盐袋并将其套在集料斗出料口接盐。
在投入生产后发现，该计量秤存在重复精度低、噪声大、调整频率高、出料口没有自动夹袋装置而使操作人员的劳动强度大等缺点。进入 20 世纪 80 年代，相关部门提高了对计量包装的要求，该秤的计量误差很难达到原盐使用厂家和铁路运输部门的要求，国内各盐业生产厂家基本停止了对该秤的使用，而采用生产效率较低的磅秤进行计量包装。
1.2 电子包装秤
20 世纪 90 年代，在粮食、化肥、饲料、化工等计量包装应用领域，电子计量包装秤的应用较为普遍，这些物料的粒度、湿度相对均匀，流动性较好。电子计量包装秤的主要工作元件为称重传感器，在使用中，它具有重复精度高、自动化程度高等优点。在盐业生产企业里，电子计量包装秤只能应用于粒度较细、湿度均匀的精炼盐及粉洗盐的计量包装，对原盐计量包装依然存在计量不稳定、故障率高、维护成本高等不足。我省几个盐业生产厂家的电子计量包装秤因不能满足使用要求而闲置废弃。
2 新型杠杆式计量包装秤的设计思路
为满足我省盐业生产企业的生产要求，设计可靠性和稳定性更高、操作维护更方便的计量包装秤势在必行。
2.1 供料系统的设计
从上面的分析中可知，自流式料仓很难实现连续均匀供料。除此之外，目前国内类似设备中还有皮带机供料、电磁震动式供料和螺旋输送机供料三种方式。皮带机供料方式适用于物理状态较稳定的粉状物料，电磁震动式供料适用于流动性好的物料，这两种方式均无法满足原盐的实际工况。螺旋输送器供料不但能实现连续均匀的供料，同时还可以通过螺旋对盐料的挤压使输出的盐料粒度趋向均匀。因此，新型计量包装机供料系统采用螺旋输送器供料。
为实现供料的精确控制，应合理选配螺旋轴驱动电机。螺旋轴转速越快，供料速度就越快，生产效率就越高，但转速越高，螺旋轴的惯性就越大，当计量已经达到标准重量时，螺旋轴在惯性作用下的转动则会造成计量后误差。因此，在计量包装秤中的电动机应有良好的制动性能。新型计量包装秤供料系统中选择锥形制动电机作为动力。
螺旋轴的设计转速、螺旋轴节距和直径应合理确定。若螺旋轴叶片的直径越大、节距越长，一个节距螺旋内所存的盐料就越多，盐的惯性就越大，同时，螺旋轴叶片与出料口构成空间的随机变化也就越大，使得计量完成后因供料未完全终止而引起的计量后误差变化过大；若螺旋轴叶片直径过小、节距过小，螺旋输送器的输送能力变小，则计量秤的生产率偏低。此外，节距过小，会导致螺旋供料器对物料的适应性变差，“吃粗粮”的能力降低。因此，合理地确定螺旋轴叶片的直径和节距可有效地消除计量包装秤的计量后误差。螺旋轴的转速应在满足实际生产效率的前提下尽可能降低，因为螺旋轴转速过高，螺旋叶片切线速度也会过高，此时进料口的盐料因叶片的高速抛摔使得螺旋输送器内容纳的盐料减少而影响实际进料速度。
2.2 计量装置的设计
计量装置是杠杆秤的核心部分，主要由计量和翻料两部分构成。计量杠杆是主要的工作部件之一，若杠杆的体积过大，整个计量秤的体积也大，造成使用和维护不便，因此，在新型杠杆式计量包装秤设计中，应合理地确定计量杠杆的结构、尺寸、杠杆比、支承方式等，这也是计量装置设计的重心。翻料斗的设计是新型杠杆式计量包装秤设计中的难点之一，因为翻料斗联接在计量杠杆上，若引进动力驱动装置实现计量后的放料，会造成计量装置的结构过于复杂，降低计量装置工作的可靠性。本设计采用新型杠杆秤计量装置基本结构 (见图 2)，就可简便有效地完成计量后的自动放料和回位。
整个计量装置由对称放置于杠杆左端的两个支承刀口支承于秤体的刀架上，杠杆支承刀口左端由可调整杠杆水平的两个调整螺钉限位，调整螺钉位于秤体上，正对着杠杆支承的竖直中心，计量斗内无盐时，杠杆支承刀口右端重量大于左端，由于有两个限位螺钉限位，杠杆处于水平位置。当计量斗上端的螺旋输送器向其供料时，若计量杠杆支承刀口左端重量稍大于右端，则杠杆开始以支承刀口为中心发生逆时针转动，杠杆的微动触动了安装在杠杆最右端的上部的行程开关，切断螺旋输送器的电源，螺旋输送器停止工作，一次计量完成。为保护行程开关不受杠杆右端的过度挤压，杠杆右端设有限位块，行程开关被触发后由限位块承受杠杆右端的压力。
下端翻料部分是由两个对开的翻料斗、电磁铁和翻料斗支承等组成。翻料斗的支承中心平行于电磁铁的吸合平面，并通过翻料斗的质心。计量秤启动后，翻料斗两侧的两对电磁铁吸合，吸合力大于计量斗满斗时盐料对翻料斗的侧压力。翻料斗侧板与水平方向所成夹角大于盐的安歇角 (即≥40° )，以保证电磁铁断电后，计量斗的盐料在自重下可以全部迅速下落到下端的集料斗内实现灌包。盐料放完后，翻料斗在重力作用下自动回位到初始位置，此时，电磁铁已处于加电状态，待翻料斗自行回位到初始位置后，电磁铁再次吸合。
在设计计量杠杆时，杠杆比 （ 杠杆支承刀口左端与右端臂长之比 ） 的确定须考虑以下因素：
· 杠杆右端的杠杆臂应有足够的强度和刚度，本设计方案中杠杆臂的截面形状为“T”形。
· 杠杆比过大，则杠杆支承刀口右端的长度过长，相应对杠杆臂的强度、刚度要求高，也使杠杆左端的两个调整螺钉受力过大，使用寿命缩短。
· 杠杆比与杠杆两端的实际重量比应合理匹配，以使砝码的重量和体积不至于太大。
· 根据杠杆比合理分配砝码和游码的重量，以使计量秤的调整范围略高于标准计量范围 （ 定量秤的称量范围 ） ，以适应原盐的物理特性。
计量斗与计量杠杆的铰接可以很好地解决供料不均匀时计量斗内盐料的质心和形心不重合的问题。对于计量杠杆来说，计量斗内如果发生质心与形心不重合现象时，相当于计量杠杆左端盐料重心在水平方向上发生了偏移，这种因供料不均造成盐料质心的偏移将极大地影响计量精度。因此，在结构设计中，应合理配合杠杆支承内轴承的尺寸，过盈量大，轴承的转动阻力矩就大。这一原则也适用于翻料斗铰接的设计。翻料斗设计中，翻料斗的侧板与水平方向的夹角过大，虽然能使落料速度加快，但翻料斗竖直方向尺寸也增大，整个秤体的高度随之增高。翻料斗支承在竖直方向上的延长线必须通过翻料斗的质心，且翻料斗的支承点与其质心的连线应与电磁铁的吸合面平行。这样，既能保证翻料斗放料后的回位，也能减轻对开式翻料斗回位时撞击的噪声。
2.3 夹袋装置的设计
夹袋装置在国内各种包装秤中的应用比较普遍，主要有机械式和气动式两类。气动式夹袋装置的动力为双作用气缸，整个气路环节中的零部件较多，各类控制阀及密封件在原盐生产环境中故障率较高，维护成本也高。机械式夹袋装置设计中利用机械装置的自锁来实现夹袋，更能满足原盐生产计量包装的要求，设计原理见图 3。
驱动盘的旋转运动经驱动杆、限位板等的共同作用转化为驱动杆的上下运动，当驱动杆转动到图示位置时，夹袋杠杆运动到死点位置，因与驱动盘联接的涡轮减速器减速比较大，其反向阻力也大，故夹袋杠杆被锁死在图示位置，夹袋杠杆下端的橡胶板将盐袋夹死在集料斗的出料口处，实现灌包时的夹持。
松袋时，驱动电机反转，驱动杆向下运动，则盐袋被释放。夹袋装置的设计应根据实际所需要的套袋间隙反算出驱动盘的最大行程。行程过小，松袋后的间隙太小，操作人员套袋困难；行程过大，夹袋装置的动作时间相应延长，且整个夹袋装置的体积随之增大。
在结构设计中，铰接部分可采用轴套式滑动轴承，以减小铰接部分的几何尺寸；橡胶板与夹袋杠杆的联接方式应以拆卸方便为原则。
2.4 电器控制系统的设计
电器控制系统将以上供料系统、计量装置和夹袋装置三个主要工作部分联系起来，构成一个完整的计量包装秤的工作流程。
控制系统由螺旋输送器工作循环、翻料斗开启闭合循环和夹袋松袋循环构成。其中夹袋松袋循环是由操作人员人为控制的，其他两个循环均为自动完成。系统工作开始时，电源开关闭合，翻料斗自动吸合，并启动螺旋输送器开始供料。当计量杠杆完成计量后，若夹袋部分不动作 (不套袋)，则计量斗内的盐料因翻料斗的电磁铁处于吸合状态而停留在计量斗内，此时控制螺旋输送器的行程开关仍然被计量杠杆右端压着而不能起动。当夹袋装置因套袋而触动夹袋开关时，夹袋电机驱动夹袋杠杆，一直运动到夹紧位置，同时，夹袋限位开关触发，使翻料斗电磁铁断电，计量斗内的盐料因自重落入其下端的集料斗，并实现灌包。翻料斗放料完成后自动回复到吸合位置，计量斗内的盐料释放使计量杠杆回到水平位置，计量杠杆右上端的行程开关被放开，螺旋输送器再次被启动，开始第二次供料。
灌包完成后，盐包因松袋延时继电器的延时，仍夹持在集料仓的出口上，延时时间和取袋、套袋的动作时间之和大于螺旋供料器的供料完成时间，因此，在第二次套袋之前，计量斗内的第二次供料已经结束，保证了计量包装秤的灌包效率。
3 结束语
我省湖盐资源极其丰富，是工业原盐的生产大省，原盐的计量包装一直未能得到很好地解决。内地盐料计量包装设备生产企业所生产的计量包装设备多以海盐、井盐为设计对象，不适宜湖盐的计量包装。基于上述设计思路研制的新型杠杆式计量包装秤，已在省内部分盐业生产企业投入使用，具有计量稳定、效率高、维护方便、性价比高等优势，较好地解决了我省原盐计量包装的生产难题。

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