第三章 计量填充机构

１. 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。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。当主轴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,开启圆销 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，如果容积大 小不同、则还可以更换量杯。
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。
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。
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
(2)可调型转鼓计量机构
计量充填时,先将内径较 小的插管1插入具有一定粉层 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。
一、计数法 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： 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。
图3.13示出了双杠杆阻尼秤的基本原理。其关系为：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：
式中: G
G主x 是主秤杆所称重量, G 副x
x
G主x G副x
Gx Le Gc1 Lc1 Gc 2 Lc 2
G主x Gc1 Lc1
是副秤杆所称重量,
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。
（4)出料
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。
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。
G副x F Lc1 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。 （1）送料
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。
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％。
G Vn0
Dm L cos
V 一圈螺旋槽的容积，cm3; V=FL F 螺旋槽的截面积，cm3 L 一圈螺旋线的周长，cm
第二节 典型计量充填机构
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。 按计量的方式分类：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类：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。 按充填机的功能分类：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。（GB/T4122.2-1996包装术语.机械）
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。
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入容器 中去。
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若干等份(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。
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。
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3.6 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
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。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。
第三章 计量填充机构
学习要点：
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
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，也可与充填机构合二为一，可以是单独的计量机 械。 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。
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。
3-7 柱塞式计量示意图
1-料斗 2-缸体 3-柱塞顶盘 4-柱塞 5-活门 6弹簧 7-柱塞推杆
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。
（2）主秤杆称量
称量前，副秤杆17被电磁铁20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,当达到主秤杆的量值时,吊架19的下限位板恰好吊住副秤杆，这 时主秤杆尾部经开关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。
பைடு நூலகம்
（3）副秤杆称量 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。
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。
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。
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，因此 它只适用于视比重变化范围较小的 调节。
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。 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
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。
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。
图3.1 量杯式充填机构示意图
1-料斗 2-粉罩 3-量杯 4-活门
8-下粉闸门 9-粉料刮板
5-粉袋 6-闭合圆销 7-开启圆销
11-转盘主轴 12-圆盘
10-护圈
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。