6第六章-计量充填装置

2020/6/271要求：1.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构及工作原理。2020/6/272第三章计量充填机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、计数法指包装物料按个数进行计量和包装的方法。2020/6/2731.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。2020/6/274二、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。2020/6/275第二节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。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。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。2020/6/276一、容积式充填机构*重量=比重×体积→比重一定时，以体积代表重量。*常用容积计量有容杯式、转鼓式、螺杆式等等。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。1.量杯式充填机构*容积可调与否→定量容杯式和可调容杯式计量机构。*容杯式计量机构运动方式：旋转和往复运动。*容杯的形状常用圆筒形，也有用方形容杯（用于流动性好的物料）。2020/6/277图3-1固定式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2020/6/278组成：料斗、转盘、固定量杯、活门底盖及固定内外挡销等。工作过程：计量——物料由料斗1→粉罩2→自重进入随转盘转动的容杯3→刮粉板9刮去多余物料。分装——转到卸料位时容杯底活门4被外挡销打开→物料落入容器；/继续转动→活门4被内挡销重新关上→准备下一次计量分装。计量调节：调整刮粉板与转盘间隙（微调误差）；更换容杯（粗调）。间隙不应过大，以免计量不准；间隙也不应过小，以免引起刮板磨损，污染物料。计量精度：与物料视比重和装料速度有关，误差±2-3%。特点与应用：结构简单，但计量固定，装量范围5~100克。适合固定剂量、比重稳定的物料计量分装。2020/6/279（2）可调式量杯充填机组成：料斗、转盘、可调量杯、托盘、活门底盖及调节机构等。上容杯4由转盘3带动、下容杯5由托盘6带动，两者同步转动。工作过程：计量——物料由料斗1→自重进入随转盘3转动的容杯4→刮粉板2刮去多余物料。分装——转到卸料位时容杯底活门7沿导路12打开→物料落入容器；/继续转动→活门7沿导路12重新关上→准备下一次计量分装。容量调节：转动手轮11（经中间机构）→托盘6带动下容杯5升降→改变上容杯4和下容杯5的组合容积→调节计量。计量精度：与物料视比重和装料速度有关，误差±2~3%。特点与应用：装量可调，但结构比定量容杯式复杂。适用于比重稳定物料计量分装。可实现自动检测与调节。2020/6/2710图3-2可调式量杯定量装置示意图1-料斗2-刮板3-转盘4-上容杯5-下容杯6-托盘7-活门底盖8-充填料斗9-容器10-转轴11-调节手轮12-导路2020/6/27112、转鼓式充填机构*鼓式计量机构是利用转鼓外缘与外壳之间所形成的容积进行计量的。*转鼓形状有圆柱形、棱柱形等，构成槽形、扇形、轮叶形等容腔形状。转鼓容腔可以是固定的，也可设计成可调的。2020/6/2712图3-3扇形转鼓计量机构1-料斗2-扇形转鼓3-导辊4-纵封器5-引导管6-横封器1）固定容积转鼓计量机构2020/6/2713·组成：料斗、转鼓、下料引导管等。·工作过程：计量——料斗1→转鼓2→转动后与外壳形成计量容腔；分装——转鼓转过180°→物料进入下料引导管。·容量调节：定量包装，更换转鼓→改变计量。·计量精度：与上述容杯式相近。·特点与应用：结构简单，装量不可调。适用于流动性较好的物料定量包装。2020/6/27142）可调式转鼓计量机构图3-4可调式转鼓计量机构1-料斗2-转鼓3-螺钉4-调节板5-出料口2020/6/2715组成：料斗、转鼓、调节机构、出料口等。工作过程：计量——料斗1→转鼓2→转动后与外壳形成计量容腔；分装——转鼓转过180°→物料进入出料口。容量调节：调节螺钉3→调节板4径向位置→定量包装——微调；更换转鼓→改变计量范围——粗调。计量精度：与固定容积转鼓式相近。特点与应用：装量可调，但结构比固定转鼓式复杂。适用于流动性较好的小颗粒物料定量包装。2020/6/2716转鼓式计量机构的生产率Q=S·L·γ·n·m·k（kg/min)S-容腔截面积L-容腔长度γ-物料视比重n-转鼓转速m-容腔数k-物料充填系数（转鼓速度视物料和容腔结构的不同，在0.25-1m/s范围内选取。）2020/6/27173.螺杆式充填计量机构*螺杆式计量机构是利用螺旋给料原理来进行计量的，即利用螺杆槽的空腔作为计量的容积，在每一分装循环中，控制螺杆转数，便可控制螺杆每次旋转传送的物料量，从而达到计量目的。*螺杆式计量机构主要用来对粉体或细颗粒物料进行计量，特别适用于粉体，对细颗粒物料有磨碎现象。*螺杆式计量机构有机械式、电磁离合器控制式、步进电机驱动式。2020/6/2718图3-5机械传动式螺杆计量机构1-落粉斗；2-螺杆；3-料斗；4-搅拌器；5-伞形齿轮；6-圆锥齿轮；7、8-传动轴；９-螺杆传动轴；10-机架1）机械式螺杆计量装置2020/6/2719•结构：轴7→齿轮6→螺杆传动轴9→计量螺杆2转动；轴8→空套于轴9上的齿轮5→搅拌器4转动；料斗3中的物料量由另一传动路线驱动送粉螺杆进行控制。•为使螺杆2间歇计量分装→轴7须单向间歇转动→采用单向离合器。•单向离合器是通过偏心调节盘、扇形齿轮等传动元件驱动的。•计量的调节：调整驱动单向离合器的偏心调节盘的偏心量（微调）；更换不同型号的螺杆（粗调）。•工作原理：机械式螺杆计量分装机构是通过机械传动和单向离合器来控制计量螺杆间歇旋转并进行计量分装的。2020/6/27202）电磁离合器控制式螺杆计量机构——计量分装螺杆和搅拌桨的动力来自不同动力源，计量螺杆由电磁离合器控制。图3-6电磁式螺杆计量装置示意图1-转动皮带2-电动机3-电磁离合器4-支承5-导管6-料斗7-导管8-计量螺杆9-阀门10-漏斗2020/6/2721·结构：电机2→带传动1→电磁离合器3→计量螺杆8间歇单向转动；……→空套于螺杆轴上的搅拌桨轴套→搅拌器转动；料斗6中的物料量由另一传动路线驱动送粉螺杆进行控制。·为使螺杆8间歇计量分装→采用电磁离合器3间歇吸合控制。·电磁离合器吸合与否受分装工位容器到位发出的信号控制。·计量的调节：调整离电磁合器的吸合时间（微调）；更换不同型号的螺杆（粗调）。·工作原理：电磁式螺杆计量分装机构是通过电磁离合器的吸合与分离来控制计量螺杆间歇旋转并进行计量分装的。2020/6/27223）步进电机驱动式螺杆计量机构——计量分装螺杆和搅拌桨的动力来自不同动力源，计量螺杆由步进电机直接驱动。图3-7步进电机式螺杆计量机构1-步进电机；2-联轴器；3-同步带轮；4-送粉螺杆；5-搅拌桨；6-粉斗；7-螺杆2020/6/2723·结构：步进电机1→联轴器2→计量螺杆7间歇单向转动；……→空套于螺杆轴上的同步带轮3→搅拌桨5转动；……→送粉螺杆4→控制粉斗6中的物料量。·螺杆7间歇计量分装采用步进电机驱动。·步进电机转动受分装工位容器到位、控制系统发出的脉冲信号控制。·计量的调节：调整驱动步进电机的脉冲信号脉冲数（微调）；更换不同型号的螺杆（粗调）。·工作原理：步进电机驱动螺杆计量分装机构是通过步进电机的间歇转动来控制计量螺杆间歇旋转并进行计量分装的。2020/6/2724◆螺杆计量机构中：（1）计量螺杆一般垂直安装，在导管内的螺距数≥5；（2）螺杆采用精密加工的矩形截面螺纹(图3-6)，其一圈计量容积V为V=F·L=t(s-b)·πDm/cosα(cm3)螺杆每次计量的理论重量W为W=V·γ·m(kg)螺杆计量的平均生产率Q为Q=W·n/m=V·γ·n=t(s-b)·πDm/cosα·γ·n(kg/min)（3）螺杆与导管间的间隙：一般取0.2mm左右。过大会影响计量精度；过小会使螺杆与导管相摩擦而产生金属屑，污染物料。2020/6/2725（4）特点：A、计量精度较高，误差≤5%；B、计量和装量范围较大，且可调（调螺杆转数→微调，更换螺杆→粗调）；C、应用范围较广，尤其适用于流动性好的重体物料的计量分装；D、螺杆加工和安装要求较高。（5）计量精度主要影响因素：A、物料的流动性、比重等物理性能；B、螺杆与导管间的间隙；C、螺杆的转数与转速；D、螺杆的加工精度。2020/6/27264、柱塞式充填计量机构•组成：料斗、料门、出料斗、柱塞、缸体、活塞杆等。•工作过程：连杆机构、凸轮机构或气动液压缸等推动→柱塞。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。•适用性：粉、粒类及粘稠类物料均可应用。图3-8柱塞式充填计量装置示意图1料斗2-料门3-出料斗4-柱塞5-缸体6-活塞杆2020/6/27275.真空与气流式充填机构*气流式计量机构是在工作转盘上开有若干空腔（空或凹槽），利用气流原理实现真空吸粉和压缩空气吹粉，从而完成一定容积物料的计量分装——工作原理。图3-9气流式计量机构1—分装盘；2—调节装量盘；3—滑块；4—活塞栓；5—过滤片；6—端面阀2020/6/2728•结构：计量盘1、调节盘2、滑块3与活塞栓4、过滤片5、端面阀6。A、计量盘1上有六个径向圆柱形计量孔，其侧面轴向各有一个圆孔，用以与端面阀接触；B、调节盘2端面上开有阿基米德螺旋槽，用以装嵌调节滑块3；C、不锈钢滑块与过滤片5通过活塞栓4连接并装在计量孔内；D、过滤片采用不锈钢粉末烧结而成，充满微孔，只能通过洁净空气，而阻止物料通过。•工作过程：是在计量盘1的间隙转动中进行的。吸粉——圆盘转动至计量孔处于料斗下方→通过端面阀接通真空→从料斗中吸入粉末；2020/6/2729吹粉——圆盘转至计量孔处于容器上方→通过端面阀接通压缩空气→从计量孔吹出粉末至容器中，完成一次计量分装循环。计量盘每次转过的角度即计量孔的角度角送瓶时间对应。•计量的调节：调整过滤片5在计量孔内的位置。调节装量盘2→滑块3沿螺旋槽运动→滤粉片5产生径向位移→改变吸入孔内的粉末量。2020/6/2730◆气流式计量机构中：（1）计量盘每次转过的角度即计量孔的分度角与送瓶时间对应；（2）当某工位缺瓶时，物料由回收