1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 基于 Solidworks 的定量包装秤的设计 1 引言 我国企业生产定量包装设备相对来说起步比较晚 ,自 20 世纪 80 年代以来，我国包装工业取得了世人瞩目的成就。 20 多年时间，我国包装工业产值从 72 亿元飞跃到 2400亿元，以高于 20%的年平均增长速度递增，在国民经济各行业的排名也从第 35 多位跃居到第 14 位，在人民生活和国民经济中发挥着越来越大的作用。近年来 ,国内公司根据我国和发达国家的经济发展走势 ,在借鉴学习国际先进技术经验的同时 ,着重强调自主创新 ,开发出高质量、高 精度、高速度的具有国际竞争力的高新技术产品，为我
2、国定量包装设备的持续稳定发展 ,赶超德、意、日、美四大定量包装设备生产强国贡献力量。在日益激烈的国际竞争趋势中取得更广阔的天地 ,并积极打入美、欧、日市场争得一席之地 1。 2 定量包装秤的概述 2.1 定量包装秤的 基本结构 定量包装秤由小车、缝包输送装置、气动系统、称重单元、除尘系统、定量包装控制仪表等组成 2。其中储料仓为缓冲式料仓，用于物料储备并提供一个接近均匀的物料流；影响准确度的关键部件和打包速度的是称重单元，它包括闸门、截料 装置、储料仓、秤体、夹袋装置、电气控制装置、支架等；截料装置由截料门、截料斗、补气门、气动元件等组成，在称重过程中提供慢、快两级给料，其慢、快给料的物料流均
3、可单独的进行调整，从而保证定量包装秤满足计量的速度要求和精确度要求；闸门位于储料仓底部，当设备检修或故障时，可以将物料封阻在储料仓内；夹袋装置主要由气动元件、夹袋机构等组成，作用为夹紧包装袋，让称重完毕的物料全部落入包装袋中；补气门的作用是平衡称重时系统内的空气压差；秤体主要承重支架、由称量斗和称重传感器组成，完成重量到电信号的转变并传输给控制单元；电气 控制装置由称重显示控制器、控制柜、电气元器件组成，作用是控制系统工作，使整个系统按预先设定的程序有序的工作。 图 2.1 定量秤结构示意图 目前较为实用的定量包装秤有三种结构形式，如图 2.2 所示： a 皮带秤 b 普通定量秤 1、储料斗
4、2、闸门 3、传感器 4、皮带 c 螺旋式定量秤 图 2.2 常用的定量包装秤的结构形式 图 2.2 中， a 电子皮带式定量包装秤，它是以物料连续供送为特征的连续式定量包装秤。通过称重调节器控制料斗的开度，保持物料流量的稳定；通过控制皮带上的物料流量，均匀完成定时式质量定量；通过物料分配机构来实现等量供料。在工作时，物料由料斗经 自控闸门流到输送带上，通过输送带将物料带到秤盘，皮带秤立即可测出该段皮带上的物料的重量，从而得知物料容重的变化，由此转换成电信号的变化。 b 普通定量秤指的是间歇式定量包装秤，由称量单元、加料装置及控制装置组成，具有较高的精度，自平衡能力；但是加料速率受到了制约，即
5、长时间的称量时间要求限制了称量速度的提高。 c 螺旋式电子包装秤 ,在物料流动性能良好的情况下，这种装置的整个螺旋进料都能够均匀一致，并且不容易粘附于槽壁，还能起到防尘的作用；但这也是有缺点的，就是给定的信号受到进料比重与速度变化的影响 较大，从而影响称重的精度 3。而且由于在螺旋进料过程中存在的摩擦与碰撞，当称量粒状物料时，很容易使颗粒状物料发生破碎。 以上所 讲 述的三种小型包装秤均有优缺点，都很难和相应的包装及生产能力相匹配。皮带式电子定量包装秤的应用比较广泛，物料流动性可好可差，粒度也可大可小。间歇式定量秤包装由于加料速度太低不予考虑。螺旋式电子包装秤结构比较复杂，并且给定得信号受进料
6、比重与速度变化较大而影响了称重精度。与螺旋喂料装置相比，皮带输送称重精度较高，喂科较平稳，因为在输送喂料中不存在物料的破碎问题，所以也可适用于颗 粒状物料的称重。主要的缺陷就是输送带两墙壁之间和两侧的间隙会产生漏料现象 4，送料通道的密封性不如螺旋喂料好。因此本课题研究与一般散体物料的称量包装相适应的电子皮带秤，探讨一种结构精致、紧凑，具有较高速度和定量精度并且密封性良好的定量包装秤。 2.2 定量包装秤的准确度级和最大允差 定量包装秤的误差 指的 是定量包装秤使用中的检验最大允许偏差与包装物品净含量的负偏差值相同，并 且 采用分段百分值误差与绝对偏差的误差限表示。定量包装秤准确度级采用“开放
7、式”准确度级， 我们 用 X(x)来表示级别，其中 (x)是表征 级别的标志因子 ， 所有级别 都 是 X(1)级的误差乘上 (x)标志因子 而 得到。 下表 2.3是 X(1)的最大允许偏差值 5。 3 定量的精度 OIML是指定量秤对某一定量目标值分秤物料时所得的最大负荷值与最小负荷值的差。 （ 1）标秤可以使用离散范围 定量秤在其定量范围内，对于某种物料，在给定的定量速度条件下所能达到的离散范围。离开定量目标值，物料特性，和定量速度等条件谈离散范围是没有意义的。其值不得超过表 4.1 的规定。 （ 2）可以使用的离散范围 OIML对定量秤离散范围的可以使用得最大值做了规定，见 表 4.1
8、，若定量秤能够达到的离散范围超出规定的范围，它便失去了使用的价值。 表 2.3 定量包装秤初次检定的最大允差 装料的质量（ mg） X(5) X(0.1) X(1) X(1)级使用中的允差 m 50 32.00% 0.72% 7.20% 9.00% 5015000 4.00% 0.08% 0.80% 1.00% 表 4.1 允许适用的离散范围 标秤质量 Q(g) 允许离散的范围 Q 的百分比（ %） g Q 50 18.00 - 50Q 100 - 9.00 100Q 200 9.00 - 200Q 300 - 18.00 300Q 500 6.00 - 500Q 1000 - 30.00 1
9、000Q 10000 3.00 - 4 控制系统的 工作原理 在控制系统通电后，在称重工作状态下，进行系统设定和参数设定。在称重时，外部开关量输入运行有效信号，仪表进入运行工作状态。称重控制系统是根据预先设定的参数对秤体进行的控制。在称重过程中，称重传感器信号经过 A/D 转换器模数转换后，输 入单片机，单片机通过处理和计算，在通过显示器显示出。此时物料的称重过程，累计称重值等。当累加后的总重量达到预设总重量值之后，就会停止进料，定量秤就会进入非称重工作状态。在继续进行参数设置后，便可进行下一次称重。 图 5.1 定量称的工作过程示意图 从图 5.1中可以看出，在整个控制装置实际操作过程中，首
10、先当给料装置进入自动运行状态后，控制系统控制就会打开给料门开始给料，物料经过传感器时，把物体的重量通过传力机构作用于称重传感器，传感器输出电信号给前置电路，再通过电 子设备转换为控制装置可接受的信息，再由控制装置发出命令使电子计数装置对流经的物料进行积分，当达到所规定的数值时，称重调节器就会得到命令使料门关闭，从而空出换包装容器的时间，然后控制装置通过给料口调节器打开料门继续进入下一工作环节 8。 5 有关传感器的选择和安装 5.1 传感器的分类与选择 称重传感器按变换原理可分为压磁式、差动变压器式、电阻应变片式、压电式、电容式等。当前国内已经能够生产出 0.02%-0.05%FS 的电阻应变
11、式传感器，国外技术水平在 0.01 %-0.02%FS 之间 9，因此，在使用的皮带秤中，我们绝大多数采用电阻应变片式称重传感器 10。 5.2 传感器的安装 在皮带秤动态计量时，如何克服偏载、振动等多种因素的影响，将重力准确地传递到传感器上已经成为一个不可忽视的环节，所以传感器的安装必须要符合一定的要求。联接装置必须要能够将重力准确地传递到称重传感器上，其作用力也必须通过传感器的轴心，若这个作用力没有通过传感器的轴心，那么所产生的分力 F就会造成系统准确度的降低。因此安装基面应该垂直于载荷方向 ,它的轴线应该与载荷方向一致 ,不平度也要小于 3 9。在吊挂传感器时 ,一般要加关节轴承 ,从而
12、保证传感器轴线与载荷方向一致 ,并提高称重精度与灵敏度。另外需要指出的是由于皮带秤的震动，重力的作用点将会在传感器轴线的四周一定的范围内移动，其分布规律呈现正态分部特性。在正常工作时，如果重力的作用点能够在传感器轴线周围和某点周围自如地移动，并不会影响皮带秤的准确度。但如果重力得作用点产生了偏移，从某一点偏移到另一点而不能自由地游移，那么就会造成系统的误差，这在安装时是不允许的。称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力 -电的转换装置，是电子衡器的一个关键部件。电阻 应变式称重传感器的结构比较简单，准确度也高，适用面也广，而且还能够在相对比较差的环境下使用。所以电阻应变式称重传感器在衡器中被
13、广泛地运用。用传感器应先要考虑传感器所处的实际工作环境，这一点对正确选用称重传感器至关重要，它不仅关系到传感器能否正常工作以及它的使用寿命和安全，还关系到整个衡器的可靠性和安全性 . 参考文献 1 庄 建桥 .国 产定 量 包装 设备 的现 状 及发 展趋 势 .http:/. 2009.10.5. 2蒋宁 ,陈好学 ,周厚生 .谈谈双斗式定量包装秤的原理及应用 J.衡器 ,2004(5):1. 3司徒莹，李桢 .自动包装秤的误差分析及其精度提高 J.茂名学院学报， 2003，13(1):2829. 4马喜川 .包装机械概论 M.北京：印刷工业出版社 ,2001. 5孙春华 .谈电子皮带秤设计中称重传感器的选用 J.衡器 ,1997,15(2):2125. 6陈士祥 ,许泽银 ,邵刚 ,吴顺勇 .多功能高精度电子自动包装秤的实验研究 J.包装与食品机械 ， 2004， 22(5):1011. 7陆佳平 .螺旋式定量包装秤的研究 J.包装工程 , 2002,23(6):315. 8李晟轩 .定量包装秤的原理，构造特点和调试 .http:/. 2010.8.5. 9孙春华 .谈电子皮带秤设计中称重传感器的选用 J.衡器 ,1997,15(2):2125.
