固体物料定量充填技术

固体物料定量充填技术的概述
将产品按预定量充填到包装容器内的机器称为充填机。按
照充填料的物理状态可大致分为三类，即固体物料充填机、 膏状物料充填机和液体灌装机。 固体物料的形状及性质较为复杂，通常有粒状、粉状、片 状、块状和不规则的几何形状等，具有吸湿性、飞扬性、 吸附性和不易流动等物理化学性质，所以充填机多属专业 设备。种类和型式也比较多。固体物料的充填入袋、罐、 盒和瓶都有一个定量问题。现有固体物料充填机上常用的 定量方法有三种，即容积定量法、重量定量法和数量定量 法
国外包装机械工业的发展趋势
(1)重点发展食品包装机械 (2)在系统优化设计的基础止，包装单机向高速化方向发 展。 (3)在包装机上广泛应用电子计算机。 (4)一方面为满足现代商品包装多样化的需求，发展适应 步品种刀、批量的通用包装技术及设备；同时又紧跟当代 高新技术的发展步伐，不断研究和开发现代的先进包装技 术，发展应用高新技术的现代化专用型包装机械。 (5)包装生产线向柔性自动化和“无人化”过渡。 (6)包装机械企业向专业化和大型化发展．形成若干垄断 性生产基地，以低廉的投入换取高额的利润，实现企业快 速发展
当需要进一步提高定量充填精度时，可适当降低定量充填
速度，在细给料器加料结束后稳定一定时间，然后再称量 一次，由精给料器完成最后补加料，同时控制称量料斗投 料机构打开投料，完成一次定量充填。此时定量充填精度 可达到±0.5%左右。 当需要进一步提高定量充填速度时，可以采用两组或两组 以上的加料装置。粗加料、称量、精加料、称量、细加料、 称量、精加料投料等过程在时间上可以重叠进行，因此通 过计算机对整个过程进行协调控制，可以明显提高定量充 填速度，达到单组加料装置的两倍左右。
国外包装机械工业概况
国外包装机械工业技术的发展大体经历了以下几个阶段：
简单化、初级自动化、自动包装生产线、电脑控制的高度 自动化生产线。 上世纪40年代中期，在食品、火柴、卷烟等行业最先 使用包装机械进行产品包装。 50年代，在包装机上广泛采用了光电管、电气开 关．实现了包装机械的韧级自动化。 60年代，在包装机上广泛采用了各种新型电子元件组 成控制系统，并采用机械、电气、液压、气动等综合技术， 出现了专用的自动包装生产线。 70年代，由于采 用电子计算机对包装机进行控制，进一步提高了单机和自 动线的自动化水平。 80年代以来，包装机械行业大量地应用高新技术，如， 微电子技术、激光技术、超声波技术以及光电纤维等。从 而使包装机及生产线高度自动化，使用效果更加理想可靠， 包装质量更加提高。
混合式定量充填过程同称重式定量充填过程相似，也 采用多级给料，但不是一边给料一边称重的动态称量，而 是粗给料器或粗细给料器一起采用容积式快速往称量料斗 加入目标量的大部分，一般可在90%-95%之间，由物料视 比重的稳定性决定，然后稳定一定时间后进行准确静态称 量，确定剩余的小部分量，并将其换算成细给料器充填物 料的流量或时间，在细给料结束后或在细给料时，控制称 量料斗投料机构打开投料门，完成一次定量充填过程。。 定量充填精度可达到±1%左右，定量充填速度一般比容积 式定量充填速度低，但要大大高于称重式定量充填速度。
常用的容积定量设备有容杯式、螺杆式、往复式和转鼓式
等。
近年来，电子技术的进步，是重量式定量设备在食品加工
厂的应用得到迅速发展，如电子皮带秤、螺旋计量秤等。 重量式定量设备具有计量精度高、速度较快，能实现机械 化自动化连续操作。
固体物料定量充填技术
容积式定量充填设备
容杯式定量设备
又可分为固定容杯式和可调容杯式，如图所示。物料由料Biblioteka Baidu
斗1自由落入定量杯8内，高出定量杯8上平面的多余物料 被随转盘转动的刮板5刮掉。转到充填工位时。顶杆打开 定量容杯底部的活门。物料便落入容器，完成计量充填的 工作
这种固定容积的定量装置不能调整，需要改变定量时，只
能更换定量容杯。图2所示为可调容杯式计量装置，它的 容量杯由两个相配合的套筒组成，沿轴向改变两个套筒的 相对位置就能调节定量杯的容积大小。可以手动，也可以 自动调整两套筒的相对位置，调整精度可达2%-3%。容杯 计量速度每分钟可达300-600次。
（2）螺旋计量称 可分为速度调节式和重量调节式两种型式，适用于流动性
好的粉状物料的计量。 速度调节式螺旋计量称： 计量螺旋3可因物料重量的变化 而绕簧片6转动，并通过传感器4和调节器5调整电机8的转 速，从而改变计量螺旋的转速，以保证物料的重量流量不 变，测速电机7将信号反馈给调节器进行比较 重量调节式计量秤：计量螺旋3用同步电机7驱动，当物料 重量发生变化时，通过传感器4，调节器5，调整调速电机 6的转速，从而改变输料螺旋2的转速，以保证物料重量流 量不变
组合式定量充填包装技术 组合式定量充填包装技术是从日本、意大利、美国、德国
等定量充填包装发达先进国家引进的先进技术，核心部分 就是电脑组合秤。电脑组合秤有多个（( 个以上）独立的 称量节每个称量斗都装有一个称重传感器，对称量斗中的 物料称重后将重量信号传输给计算机。在每个称量斗上方 都有一台加料器通过一个过渡斗给称量斗加料。每个加料 器在同一工作条件下加料相同时间，其加料量服从正态分 布，虽然离散性大，但若有足够的可组合个数，则多个加 料量的组合一定可得到高精度的同一目标重量的整体。计 算机对各个称量斗的重量信号进行计算组合，对符合或最 接近设定目标重量的一组或多组选定后，控制对应组的各 个称量斗的闸门一起打开，往下面包装机投料，完成一次 定量充填过程。
2 连续式称重设备 如电子皮带秤，其特点是计量速度快，
能适应视密度变化大的物料的计量。常见的有以下几种 （1）控制闸门开启的电子皮带秤 物料在皮带输送过程 中连续地流经秤盘，位于秤盘上面的这段皮带上的物料因 视密度变化而发生重量变化，并将该变化通过传感器，如 差动变压器6转化为电量变化，并与给定值进行比较，再 综合放大后驱动执行机构，如可逆电机4，使控制闸门5升 降，以调节料层厚度。在电子皮带秤物料流出端的下方设 置一个等速旋转的等分格转盘8.各分格在相同的时间内街 区一般皮带上的物料，然后投入包装容器内。适当调节皮 带速度和等分割转盘的速度，就能截取预定重量的物料进 行充填。
结论
由于容积式定量充填只能适用于颗粒大小均匀、自流性好、
视比重相对稳定的固体物料定量充填。而称重式定量充填 尽管能适用于颗粒大小不均匀不规则、视比重不稳定的粉、 粒物料定量充填，但充填速度慢，往往不能满足大批量生 产要求
随着计算机技术的日益发展和广泛应用，以前提出的不易
实现或不可能实现技术方案借助于计算机技术而成为现实。 目前计算机技术在固体物料定量充填包装方面的应用，不 断深入、创新，使得定量充填包装技术有了新的发展，定 量充填的精度和速度又有新的提高，其中有两个重要的发 展趋势：一是组合式定量充填包装；二是混合式定量充填 包装。
粉状物料充填机
奶粉、豆粉、咖啡、饮料粉等物料由于密度不稳定、容易 粘结和吸湿，不易流动，与其他材料接触时容易吸附，所 以进行快速而精确的定量，目前尚有较大困难。对粉状物 料充填机的要求是，应具有较高的计量精度和速度，结构 简单，操作方便，并能根据定量要求进行调整和自动调节， 因此，粉状物料充填机通常多采用容积定量法，其原因是 结构简单，定量速度快，能实现高效率的机械化自动化操 作，造价低，但计量精度比较低，不适于视密度变化大的 物料。
二、重量式定量充填设备 采用称重方法对物料进行计量，而后装入容器的设备。称
重设备一般由供料器、称和控制系统三个基本部分组成。 常用的称有杠杆称、弹簧秤、液压秤和电子秤。有间歇式 和连续式两种称重方式
1.间歇式称重充填设备 它可以称净重（先称重后装料），
也可以称毛重（先装料后称重）。可分为： （1）单路称重充填设备，又叫一次加料称重设备，利用 杠杆称的原理，一次称重和装料，其计量精度低，为了提 高称重精度，可由单路称重改为双路称重 （2）双路称重充填设备i又叫加料称重设备，即由粗称和 精称两部分来完成，粗称占全部重量的80%-90%,而剩下的 10%-20%由精称完成 按下料方式不同，双路称重又可分为靠倾斜自重下料和靠 震动下料两种方式。双路称重装置的工作循环一般为10s 左右，其最高速度不大于每分钟30次
螺杆式计量设备 是由控制闸门的螺杆式计量设备。物料在料斗中由搅拌器
6搅动后，经计量螺杆8进入导管7，电磁离合器3控制计量 螺杆转角大小，控制闸门10不使物料散落。定量螺杆的每 个螺距具有一定的理论容积，只要精确控制螺杆的转数， 就能获得较正确的计量。该装置在制药、食品计量充填包 装盒日用化工中用来对粉体或细颗粒物料的计量，特别适 用于粉体。螺杆转数一般为每分钟80次，计量精度为5%。
电脑组合秤不仅可对薯片、牛肉干、糖果等片或块状不规
则固体物料进行定量充填，而且可对其他可流动的固体物 料进行定量充填。对片或块状不规则固体物料来讲，其准 确度可达到平均个体重量的一半以下。电脑组合秤型号规 格很多，其速度最低为60次/min，最高可达200次/min。
混合式定量充填包装技术
柴晓宇
国内外包装机械的发展趋势 固体物料定量充填技术的概述 固体物料定量充填技术 结论
国内外包装机械工业的发展趋势
我国包装机械工业的发展趋势
我国包装机械工业历史短，总体技术水平和生产能力较低，
但近年来在国内巨大包装市场的促进下，并受国外先进技 术的影响，发展速度很快，局部技术水平有了明显提高。 根据我国国情，包装机械工业发展的趋势是： 1)引进、消化、吸收国外先进技术，建立一批包装机械 骨干企业，包括个别中外合资企业。 2)大多数企业要重点发展中、小型包装机械。 3)在包装机械生产中，大量引入高新技术，使包装机械 产品设计先进、使用可靠，使其性能指标、工艺水平、 “三化”(多功能化、高速化、自动化)水平高，向机电结 合、主辅机结合、成套联线方向发展。 4)以满足重点商品的包装为出发点，发展包装机械新品种。
3.方形容器往复式计量设备
它有两个可以调整容积大小并做往复运动的计量腔。当计 量腔运动到料仓下方时，物料落入腔内。当计量腔运动到 落料斗上方时，向容器充填，两个计量腔轮流受料和充填 4.转鼓式计量设备 转鼓2上有两个圆形截面的空腔，通过柱塞板3可以调容腔 的大小，转鼓2被带动旋转，在上部受料，下部充填 5.柱塞式计量设备 柱塞4由连杆6带动做往复运动，将一定容积的物料推入容 器中。