第三章 充填计量机械

粘稠状的物料，但不宜用于易破碎的片、块状物料或视比 重变化较大的物料。
图3.3 固定式转鼓计量机构示意图
1-料斗 2-转鼓机壳 3-转鼓 4-出料口
3.4 可调式转鼓计量机构示意图
1-料斗 2-转鼓 3-调节螺钉 4-活门 5-出料口
计量螺杆通常作垂直安装使用，这样做主要是为了让 物料易于充满螺旋槽中，从而获得较为精确的计量值。在 一般情况下，螺杆式充填机的计量装置的计量速度为80次 ／分,其精度则为5％。 5、柱塞式充填计量机构 柱塞式充填计量装置的工作原理如图3.6所示。柱塞 通常由连杆机构、凸轮机构或气动液压缸等推动，以驱使 其作往复直线运动。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。这类机构适用性比较广泛，粉、粒类及粘稠类物 料均可应用。 图3-7所示的计量装置是通过柱塞4的往复行程来量取 物料的容积,并充填到包装容器中去的。当柱塞推杆7向上 移动时,由于物料的自重或粘滞阻力使进料活门5向下压缩 弹簧6，物料则从活门5与柱塞顶盘3之间的环隙进入柱塞 下部缸体2的内腔内。
6.真空与气流式充填机构 为了进一步提高计量精度或减少物料的氧化等,可 采用真空或气流式充填机构充填。 图3.8是真空充填机构的工作原理图。充填物料时，先 将容器抽真空，继而使物料充填到容器中去。由于容器 处于真空状态下，故物料充填到容器内时相当均匀，且 空隙极小,因而计量精度较高。显然这种型式的充填机 械的缺点则是充填物料的计量精度受着容器容积变化的 影响。例如,玻璃瓶壁厚不相等或不匀称等,就会出现不 同的容积。如果容器为非刚性瓶，则应在容器外套一个 真空密封装置，以保证容器在抽真空或充填物料时不发 生容器塌陷、变形等现象,以达到符合要求的充填精度.
若要使计量精度有较大改变时，则需要更换转鼓。 转鼓是由充填机的传动系统带动回转的，物料靠自重 由上料口装入计量容腔，且边转动边上料。物料在容 腔中随转鼓转到出料口而自由落入包装容器——袋或 盒中。转鼓的转速。视包装物料及计量容腔的结构不 同，可在0.025—1m/s范围内变化。如果转速过快， 会使计量不够准确。 4.螺杆式充填计量机构 该充填计量机构的工作原理如图3.5 所示，它是 利用螺杆的螺旋糟的容腔来计量物料的。由于每个螺 距中都有一定的理论容积,因此。只要准确地控制螺 杆的转速及转数，就能获得较为准确的计量值。这种 装置适合于流动性良好的细颗粒物料、粉末物料，也 适用于
7、插管式定容量充填机构 插管式定容量充填机构的工作原理如图 3.10所示。计量充填时,先将内径较小的插管 1插人具有一定粉层高度的储粉糟4中,由于粉 末之间及粉末与管壁之间都有附着力， 所以 当插管1被提起时也不至让粉末脱落下去,当 插管转到卸粉工位时,由顶杆将插管1中的粉 末推入容器3中。这种装置的计量范围一般为 40～100mg,误差约为7％,充填速度为30次／ 分,每次一般装5～6件。
图3.9所示为气流式充填机构的工作原理, 工作时，充填轮作匀速间歇转动,当轮中量杯 口与料斗对合时,洽好配气阀也接通了真空管， 物料就被吸人量杯。当量杯转位到包装容器上 方时,量杯中的物料又被经过配气阀输送来的 压缩空气吹人容器中去。 这种充填装置克服了上述真空式充填装置 计量不精确的缺点,它在很大范围内应用都能 达到土1％的精确度。 量杯的高度一般为 150mm。 实际生产中,量杯的横截面形状可以 是圆形、椭圆形、方形、矩形, 也可以是其它 任意形状。
在众多的称量装置中，最常用的有天平秤和弹簧秤两种。根 据称重的形式不同,又分为间歇式和连续式两种。 1.间歇式称重装置 间歇式称重装置多用于低速称重充填机,它的效率甚低， 常用的装置是双杠杆阻尼秤。如要提高包装速度,可以在秤 的称量料斗下面安放一个旋转格子盘，此格子盘将每次称重 的物料等分成苦干等份(如10等份),也就是说阻尼秤一次称 了10份的重量,因而包装生产率就提高了十倍。 双杠杆阻尼秤,当称量值在500～1000g时，误差可控制 在0.4％以内,所以称量精度还算较高。 图3.13示出了双杠杆阻尼秤的基本原理。其关系如下式，式 中：Gx是由主秤杆所称重量G主x与副秤杆所称重量G副x的和 构成，因而有： G G L
2.可调式量杯充填机 如图3.2所示。量杯是由上、下两部分组成的。 通过调节机构组， 可以改变上下量杯的相对位置， 藉以实现容积的微调。微调时，可以手动，也可 以自动。自动调整的信号可以根据最终产品的重 量或物料视比重的检测获得，其精确度一般可达 2～3％左右。 量杯定量的包装速度可达300～600次／分。 若与真空充填装置相配合，既可以防止粉尘飞扬， 又可以加快落料速度，提高包装速度．这里还应 注意使下料斗5的物流道尽可能地短些，以使物料 落入容器6的时间减到最小，减少粉尘的飞扬。
一、容积式充填机构 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。 量杯式充填机适合于小粒状、碎片状及粉末状 等流动性能良好的物料充填。生产中根据物料的 视比重稳定性的好与差,量杯分为固定式和可调式 两种。 固定式量杯充填机的定量装置如图3.1所示。 物料经供料斗1自由落到计量杯内。
3.转鼓式充填机构 转鼓式充填机的定量装置， 也有人称之为 “计量泵式定量装置”。转鼓的形式有圆柱形、 菱形等形式,也有采用齿轮轮齿形状的。计量腔在 转鼓外缘,容腔形状有槽形、扇形和叶轮形等多种。 计量腔容积又有定容积型和可调容积型两种。 (1)固定型转鼓计量机构 如图3.3所示。 (2)可调型转鼓计量机构 如图3.4所示，它是槽形截面可调容腔结构的 圆柱转鼓计量机构。容腔计量容积的调整是通过 螺钉改变计量容腔塞片活门4的位置来实现的，这 个调节量相当有限，故此，它只适用于视比重变 化范围较小的调节。
圆盘口上装有数个(图中为4个)量杯和对应的 活门底盖4，圈盘的上部为粉罩2。当支轴11带动 圆盘12旋转时，粉料刮板9(与供料斗1固定在一 起)将量杯3上面多余的物料刮去,当量杯转到卸 粉工位时,预杆7推开定量杯底部的活门4,于是量 杯中的物料在自重作用下充填到下方的容器中去。 这种固定式量杯的定量装置用于那些视比重 较为稳定的物料，如果容积的大小不同、则还可 以更换量杯。
由于副通道继续供料,主秤秆带着副秤杆一同继 续抬起，当称量料斗8中的物料达到了总的称 量定值时,主秤杆尾部又经开关23发出信号,电 磁铁5关闭副通道阀门7,副通道供料也立即停止, 给料器(槽)3亦不再振动。同时电磁铁9将门钩 10拉开，称量料斗底板12自行落下，物料经漏 斗11落入包装容器。物料落完后，底板12被重 锤l5关闭,门钩10又重新钩住底板12,这时，与 底板l2紧连的信号开关14又发出信号，于是全 部机构复位开始下一个工作循环。
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。
第一节 计量方法
第 三 章 计 量 充 填 机 构 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 是指包装物料按个数进行计量和包装的方法。 常用计数方法有如下几种类型。
1.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。
主x c1 c1
G副x F L f Gc 2 Lc 2
G x Le Gc1 Lc1 Gc 2 Lc 2
G x Le Gc1 Lc1 Gc 2 Lc 2
G主x Gቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 Lc1
G副x F L f Gc 2 Lc 2
图3.14所示为双杠杆阻尼秤的结构简图。称量时，把 所需称量物料的90％的重量给定在主秤杆上，其余10％左 右的重量则给定在副秤杆上。物料由进料斗1经振动给料 器24的料槽输入计量料斗8中，为使送料不至超重且能渐 趋称准,把料槽分做成主、副两个供送道,每个通道又各装 有一个阀门(如2),分别控制通道内料层的厚度。在通道的 出口处还 有受电磁铁4与5控制的阀门6和7,以便启闭。 称量前，副秤杆17被电磁铁10吸住。一但主副通道同 时给称量料斗8供料,主秤杆就逐渐抬起,当达到主秤秆的 量值时,吊架19的下限位板恰好吊住副秤杆，这时主秤秆 尾部经开关22发出信号,电磁铁4立即关闭主通道的阀门6, 于是主通道供料停止，电磁铁20则将副秤秆释放。
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。 若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。若按充填机的功能分，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。
1-料斗 2-阀门 3-供料槽 4、5-电磁铁 6-主通道阀门 7-副通道阀门 8-计量料斗 9-电磁铁 10-封门卡 11-漏斗 12-计量料斗底门 13-计量秤杯 14-无触点开关 15-重锤 16-微调秤 17-副秤杆 18-主秤杆 19-吊架 20-电磁铁 21一油阻尼器 22、23-无触点开关 24—振动器
二、称重式计量充填机构 容积式计量充填机构一般来说结构简单，操作方便， 设备成本低廉, 因而应用相当普遍。但是,它的计量精度 (主要是物料的重量)并不高，特别是对一些流动性差、视 比重变化较大或易结块产品的包装,往往效果就显得更差。 因此,人们对计量要求较高的各类产品的包装,就采用按预 定重量充填到容器中去的称重式计量充填机构。 称重式充填，是指事先称出产品的重量，然后再充填 入包装容器内，这种充填机构叫做净重式充填机。如图 3.11所示。 如果充填过程中称量产品是连同包装容器一 起进行的,则此种充填机叫做毛重式充填机，如图3.12 所 示。毛重式充填机多用于易结块或粘滞性强的产品的包装， 如红糖包装等，但不适合容器重量较大或重量变化较大的 包装。
2.连续式称量装置 间歇式称量装置只能用于低速称量充填中，故它的生 产效率也相当低。在现代化的生产中，高速称量充填机多 采用连续称量装置，它可以大大提高生产率。图3.15是一 种叫做“电子皮带秤”的装置示意图。这种电子皮带秤是 采用电子自动检测、控制物料流量的计量方法，并通过物 料分配机构以实现等量供料。 电子皮带秤是由供料斗,盘式天平秤,传感器,皮带输 送机构,电子控制系统及物料下卸分配机构等几部分组成, 现进一步分述如下： (1)料斗部件 料斗是储存物料及供给物料的部件。它随物料不同的 流动性而有不同的形式。
当柱塞4向下移动时，活门5在弹簧的作用下关闭环隙(这 时柱塞上部的物料对活门5的压力显然减少了许多)，柱塞 5下部的物料被柱塞压出并充填到容器中去。
图3.6 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
3-7 柱塞式计量示意图
1-料斗 2-缸体 3-柱塞顶碗 4-柱塞 5-活门 6-弹簧 7-柱塞推杆
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。