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| 自動灌裝機生產(chǎn)中的計量技術(shù) | 2020-01-12 |
| 節(jié)自動灌裝機計量方法與原理 自動灌裝機生產(chǎn)中的計量工序具有十分重要的作用，它負(fù)責(zé)對自動灌裝機物料單位量的劃分與控制。計量工作的好壞將直接影響到自動灌裝機產(chǎn)品的質(zhì)量，精確計量可避免不必要的溢裝和法規(guī)不允許的短裝。 在自動灌裝機線中，計量裝置既可作為自動灌裝機機線的組成部分，也可作為單獨的計量機。計量裝置或機構(gòu)一般含機械、電子與電氣、光學(xué)、氣動與液動等技術(shù)成分，自動化程度較高，同時具備某些智能化的功能。 自動灌裝機計量工序的具體內(nèi)容大致為： （1）將被自動灌裝機材料劃分為若干規(guī)定的數(shù)量，確保形成便于運輸或銷售的單位自動灌裝機量； （2）對被自動灌裝機的物料按規(guī)定的誤差要求，在生產(chǎn)線上直接進行計算（包括度、量、衡）； （3）對已完成自動灌裝機的產(chǎn)品進行鑒別計算，用于產(chǎn)品計算精度控制或產(chǎn)品的分類及選別。 自動灌裝機計量方法一般分為計數(shù)法、定容法和稱重法三類。一.計數(shù)法 計數(shù)法是用來測定每一規(guī)定批次的產(chǎn)品數(shù)量。計數(shù)法在條形、塊形、片形、顆粒形產(chǎn)品自動灌裝機中廣泛采用。計數(shù)法裝置由三個基本功能配料系統(tǒng)組成：內(nèi)裝物件數(shù)檢測；內(nèi)裝物件數(shù)顯示；產(chǎn)品的遞送。 1.計數(shù)檢測配料系統(tǒng) 依據(jù)人工檢測產(chǎn)品數(shù)量時用眼看和用手摸的原理，計數(shù)檢測儀有光學(xué)配料系統(tǒng)（模擬眼看）和非光學(xué)配料系統(tǒng)（模擬觸摸）兩大類。 (1)光學(xué)配料系統(tǒng)類 它安裝有一個光敏接收裝置，等待計數(shù)的產(chǎn)品一個個地在光敏接收器的規(guī)定距離內(nèi)通過。按實際元件不同，可分為數(shù)字光電檢測配料系統(tǒng)和電子模擬檢測配料系統(tǒng)。 ①光電元件檢測配料系統(tǒng) 一旦進入光電接收器的光線被遮斷，表明一個產(chǎn)品通過了檢測區(qū)，把這一次隔斷紀(jì)錄為一個產(chǎn)品的件數(shù)。這一方法適用于大多數(shù)能有效遮斷光線的產(chǎn)品的計數(shù)。但對于那些透明的，折疊形的、雙環(huán)形的或兩部分連接成的、帶有孔的物品則不很有效，因為當(dāng)他們通過時可能不觸發(fā)或不止一次地觸發(fā)光電元件。 ②電子模擬檢測配料系統(tǒng) 見的是模擬照相配料系統(tǒng)。這個配料系統(tǒng)在記錄檢測前采用光學(xué)照相陰影檢測器來建立供被測物體對照用的某些參量。當(dāng)產(chǎn)品進入檢測區(qū)時產(chǎn)生特定尺寸的陰影，其速度快、適應(yīng)性強、精確度高。每個被檢單元的陰影在被記錄計數(shù)前必須滿足預(yù)先設(shè)定的那些參量。這樣，可能兩次觸發(fā)光電元件的o形墊圈狀物體和無法觸發(fā)光電元件的透明的物體都可投下被檢測陰影。 (2)非光學(xué)配料系統(tǒng)類 即觸摸式計數(shù)裝置，它可包括含擺輪裝置、電氣觸頭或磁場觸頭。 ○1擺輪裝置 某個擺輪裝置只能適用于某個特定的產(chǎn)品。每個產(chǎn)品必須是固定的形狀尺寸，才能順利通過機械性接收裝置，并輸出與記下具體數(shù)目。此配料系統(tǒng)很精確，對于相同大小的藥丸，藥片的高速計數(shù)很適合。 ○2電氣和電磁觸頭 電氣觸頭的原理：每個產(chǎn)品通過檢測區(qū)與開關(guān)接觸一次，電氣開關(guān)就反應(yīng)一次，記錄下一個計數(shù)單位。 磁場觸頭的原理：每個待計數(shù)的產(chǎn)品必須與電磁源傳來的磁通接觸或擾亂磁通，當(dāng)每個產(chǎn)品進入磁場時紀(jì)錄為一個計數(shù)單位。 以上技術(shù)裝置中，光學(xué)照相配料系統(tǒng)及擺輪裝置具有對物體的記憶判別能力，是技術(shù)功能更為完善精確。 2.單件計數(shù)法 即產(chǎn)品每通過一件便記一數(shù)，并顯示已裝件數(shù)。 現(xiàn)以螺釘形產(chǎn)品為例說明單件計數(shù)的基本原理。圖６-1為裝置簡圖。電機8經(jīng)傳動配料系統(tǒng)驅(qū)動刮板給料器1作垂直方向回轉(zhuǎn)，他所帶 的雜亂狀態(tài)的物件從上部滑落到兩個平行供料輥2之間，又順著傾斜 的供料輥向下部的滑槽4流動。再由撥料輪3將重疊的產(chǎn)品掃除，僅剩一列恰好進入滑槽4中，再順序滑落到裝有關(guān)電計數(shù)器5和磁性閘門6的下端。當(dāng)產(chǎn)品通過光電技術(shù)器5時可觸發(fā)信號，輸入計數(shù)電路進行計數(shù)，并由數(shù)碼管顯示累計數(shù)字。達(dá)到規(guī)定數(shù)量后即發(fā)出控制信號關(guān)閉磁性閘門，完成一次計數(shù)循環(huán)。 1—刮板式提升給料器；2—供料器；3—撥料輪；4—滑槽；5—光電計數(shù)器；6—磁性閘門；7—自動灌裝機反應(yīng)罐；8—電動機圖６-1螺釘形產(chǎn)品單件及計數(shù)裝置 3.多件計數(shù)法 計量室的一端裝有五個觸電開關(guān)3，當(dāng)條煙觸到開關(guān)時，即可發(fā)出信號，表明計量室內(nèi)已滿10條，接著啟動上壓板2和下托板4使其下移一條煙的厚度距離，上壓板退回上位，騰出空位供隨后的條煙進入計量室。如此重復(fù)五次后，再由底部的觸電開關(guān)發(fā)出信號指令液體平推板5向前移動，直至五十條煙為一組進入側(cè)向開口的紙箱內(nèi)。 4.轉(zhuǎn)盤計數(shù)法 轉(zhuǎn)盤計數(shù)裝置工作原理：１—孔盤；２—固定盤；３—卸料斗；４—自動灌裝機反應(yīng)罐；５、８—手輪；６—手柄；７—槽輪機構(gòu)；９—電動機 轉(zhuǎn)盤計數(shù)裝置： 1—電磁振動器；２—下料斗；３—固定托盤；４—孔盤；５—壓輪；６—蝸桿；７—大齒輪；８—換檔手柄；９—槽輪；１０—曲柄輪；１１—小齒輪；１２—閘門蝸輪；１３—轉(zhuǎn)臂；１４—閘門凸輪；１５—料盤蝸輪；１６—電機；１７—調(diào)節(jié)閘門 在圖６-3中，變換手柄6的位置，使齒輪8的轉(zhuǎn)軸通過槽輪機構(gòu)7或齒輪5的轉(zhuǎn)動，使孔盤1能做間歇的或連續(xù)的轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)盤上每隔一定角度扇形分布一定數(shù)量的小孔而形成若干組均分的間隔孔區(qū)，改變每一扇形區(qū)的孔數(shù)即可改變計數(shù)值。小孔孔徑稍大于物料直徑，盤厚度略大于物料厚度以確保每孔容納一顆物料。當(dāng)孔盤傾斜轉(zhuǎn)動時，物料靠自重落入孔中，并由固定盤2托住物料，當(dāng)盤上某一孔區(qū)轉(zhuǎn)到卸料斗3上方時，物料滑落到自動灌裝機反應(yīng)罐4中。二.定容法 對于密度較穩(wěn)定的粉末、細(xì)顆粒、膏狀物料采用預(yù)容積的計量方法較合適。定容法計量裝置有量杯式、螺桿式、活塞式等不同的類型。定容法構(gòu)造簡單，造價低，計量速度快，但精度稍低。 在液料自動灌裝機中，定容計量與自動灌裝機往往連為一體，其結(jié)構(gòu)方案也更多，如活塞式、隔膜泵式、定量杯式、滑輪計式等（請參閱第十章罐裝技術(shù)）。 1.量杯式 量杯式結(jié)構(gòu)也有多種，包括轉(zhuǎn)盤式、轉(zhuǎn)鼓式、插管式等。 量杯式定容計量與充填裝置采用由上量杯3和下量杯4組成的可調(diào)式量杯，可以補償物料密度變化造成的數(shù)量差。當(dāng)料盤10轉(zhuǎn)動時，反應(yīng)釜1內(nèi)的物料靠自重直接灌入量杯，并由刮板2刮去杯頂面的物料。當(dāng)轉(zhuǎn)到卸料位時，由凸輪8打開量杯4的底門9，物料靠自重卸入反應(yīng)罐內(nèi)。旋轉(zhuǎn)手輪7可通過凸輪8讓下量杯4中的連接支架在垂直軸上作上下升降運動，實現(xiàn)上下量杯的相對位置的調(diào)整，即計量容積的調(diào)整。 也可加上物重自動檢測裝置來測量物料密度瞬時變化造成的數(shù)量差，發(fā)出調(diào)節(jié)信號，由伺服電機帶動調(diào)節(jié)機構(gòu)，實現(xiàn)量杯容積的自動微調(diào)。 2.螺桿式 螺桿式定容計量裝置實際是一種螺旋推進器，通常適用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的粉料或顆粒料的自動灌裝機前計量。 量杯式定容計量充填裝置：1—反應(yīng)釜；2—刮板；3—上量杯；4—下量杯；5—自動灌裝機反應(yīng)罐；6—卸料槽；7—手輪；8—凸輪；9—底門；10—料盤 物料從反應(yīng)釜1經(jīng)液體平螺桿式供料器3進入垂直料 室下部，經(jīng)攪拌器5和垂直給料器6的攪動，落到輸出導(dǎo)管9內(nèi)。此 裝置采用料位高度檢測器4來控制液體平進料器的進料量，由電磁離合 器控制螺桿的轉(zhuǎn)角。出料閘口的開放度用閘門7來控制。 3.柱塞式 當(dāng)活塞向上移動時，把產(chǎn)品從供料槽吸到料缸中，到達(dá)預(yù)定容積量后料缸下部的控制閥旋轉(zhuǎn)，活塞向下推動，使缸中的產(chǎn)品流入反應(yīng)罐內(nèi)。 三.稱重法 有許多物料常容易受潮而結(jié)塊，使顆粒大小不均、密度變化幅度較大，此類產(chǎn)品適合采用稱重法計量，以保證精度。 稱重分為稱毛重（自動灌裝機后的產(chǎn)品加反應(yīng)罐的重量）和凈重（自動灌裝機前的產(chǎn)品重量），稱凈重往往在自動灌裝機機線上間歇或連續(xù)性進行。 各種稱重配料系統(tǒng)中用到的傳感元件有： ○1計力稱重模塊；○2氣動壓差開關(guān)；○3光電稱重模塊；○4近控開關(guān)；○5低載應(yīng)變儀；○6液體銀開關(guān)；○7線性電壓差接變壓器等。用到的信息顯示方法有：○1示波器（CRT）；○2發(fā)光二極管（LED）;○3液晶稱重顯示器（LCD）；○4硬拷貝顯示等。 1.稱毛重 毛重稱量法通常用于產(chǎn)品在稱重料斗中因有粘連現(xiàn)象而損害稱量配料系統(tǒng)精確度的場合。為一袋裝毛重稱重器，可用于中等容量的自動稱重，適于細(xì)末、粗糙、難以流動的物料。自動稱重器與灌袋夾持器相組裝，可實現(xiàn)自動灌裝機袋的定量自動灌裝機。 2.間歇式稱重 (1)單臺電子秤。采用單臺防爆電子秤稱重，生產(chǎn)效率較低，且稱重速度加快時精度就降低。為離心等分式計量裝置，其稱重速度較快、精度也較高，特別適用于密度均一的散體物料。先將物料用單臺稱稱重，倒入反應(yīng)釜1，通過攪拌器2和大小離心甩盤3、4，使物料經(jīng)離心作用等分成若干份。此種等分計量精度要求稍低些。 (2)多臺電子秤。采用多臺稱計量可大幅度地提高生產(chǎn)率。它尤其適合于粗粒和塊狀物料的高精度計量。 此裝置一般可配備多達(dá)9~14個防爆電子秤斗，成液體平輻射狀排列，物料從料斗再進入分料斗和各防爆電子秤斗。每一防爆電子秤斗都配有重量稱重模塊，可分別同時精確測出各斗中物料重量。然后根據(jù)選定的組合數(shù)目，借助電子計算機作快速計量，從至少511種物種組合中挑選出等于或略大于標(biāo)重的防爆電子秤斗組合，作為自動灌裝機物料重量。 這種組合防爆電子秤誤差一般不超過±1%，每分鐘稱重60~120次。裝置中包括料斗、分料斗、防爆電子秤斗、稱重顯示器、機內(nèi)計算機、重量選擇輸入器等部件。 表6-1為計量方式示例。若標(biāo)定計量值為100g，通過計算可作多種防爆電子秤斗組合計算選擇，結(jié)果判定第58號組合方式為（即第1、3、9號防爆電子秤斗組合而成）。 組合稱量技術(shù)是針對傳統(tǒng)稱量方法中存在的問題而開發(fā)的。 高精度計量組合成的計量方式示例 稱重組合序號防爆電子秤斗組合標(biāo)號計量總值 3.連續(xù)式稱重 連續(xù)式定時計量稱重是通過控制物料流量及流動時間間隔來計量。根據(jù)物料流量=物料流速╳時間╳流道橫截面積的關(guān)系式，當(dāng)物料密度變化時，可借調(diào)節(jié)物料流的橫截面積或移動速度來達(dá)到流量的穩(wěn)定。要完成這一密度變化反饋與即時流動參數(shù)調(diào)節(jié)的連續(xù)過程，要求具有閉環(huán)控制回路。 連續(xù)式稱重時，物料在防爆電子秤盤上沒有停頓時間，稱量速度很快，一般達(dá)到150~300件/min。因?qū)賱討B(tài)稱重，物料在運動中難免會有振動或沖擊等現(xiàn)象，影響到稱量精度。 （1）帶式防爆電子秤。帶式防爆電子秤尤其適合于能連續(xù)依靠帶式運輸機輸送的顆粒狀散體物料，如糧食、鹽等的自動灌裝機計量。 板簧杠桿式皮帶防爆電子秤1—料斗；2—閘門；3—稱重調(diào)節(jié)器；4—防爆電子秤架；5—輸送帶；6—稱重模塊；7—16限位器；8—阻尼器； 此帶式防爆電子秤主體由稱架和平行板簧組成，另配有稱重模塊和限位器、組尼器等。工作時，物料由料斗1流到傳送帶5上，當(dāng)物流經(jīng)過皮帶下方的防爆電子秤架平臺4時即可被測出該段物料的實際重量。若物料密度有變，防爆電子秤架將會產(chǎn)生上下位移，并由稱重模塊6轉(zhuǎn)換成電信號反饋給稱重調(diào)節(jié)器3，使控制閥門2的開啟度得到微調(diào)，達(dá)到維持物料流量恒定的目標(biāo)。 為了提高防爆電子秤體的工作速度，可以采用比較平衡法，即使防爆電子秤架和物料的總重量與外加配重相平衡。先行設(shè)定使平行板簧9成液體平狀態(tài)的基準(zhǔn)值，當(dāng)物重偏離基準(zhǔn)值時，平行板簧則因受力而變形。若是線性彈簧，則位移量與重量偏差量成正比，由此推算物料的實際重量。 （2）螺旋推進連續(xù)防爆電子秤。螺桿推進器連續(xù)防爆電子秤適用于不會發(fā)生粘連和起拱的顆粒狀物料。 物料經(jīng)螺桿推進器2流到斜向擋板3上，根據(jù)物料下落的沖力的液體平或垂直分量，經(jīng)電子防爆電子秤4轉(zhuǎn)換成與該沖力成比例的電信號，通過稱重儀表5調(diào)節(jié)給料器2的轉(zhuǎn)速，達(dá)到準(zhǔn)確定時稱量的目的。物料的降落速度及對擋板的下沖角度和接觸面積是影響螺旋推進連續(xù)防爆電子秤正常工作的主要因素。 第二節(jié)自動檢重與物重選別機 一.自動檢重器 在自動灌裝機生產(chǎn)線上組合進一臺自動檢重器，比普通僅用于剔除不合格品的物重選別機可發(fā)揮更大的功能。它與生產(chǎn)線以外的靜態(tài)檢重儀不同，不需要中斷產(chǎn)品的輸送。在生產(chǎn)中也不需要操作者看管即可完成對99%的產(chǎn)品的重量檢驗。 自動檢重器中心部分為稱重模塊（一般為應(yīng)變儀式負(fù)荷稱重模塊），其他部分有上游位的產(chǎn)品的輸入裝置、下游位的產(chǎn)品輸出裝置，確保維持一定的生產(chǎn)節(jié)拍。還有再下游位的不合格產(chǎn)品剔出裝置，它接收信號，并用剔除機構(gòu)把不合格的產(chǎn)品帶到另一方向（橫向或縱向）排出。各種剔除裝置有滑動承載板式、空氣沖吹式、氣壓推桿式、搖擺閘門式及落下通過式。 自動檢重器一般具有以下三種功能： (1)使產(chǎn)品符合質(zhì)量要求。這里指的主要是滿足自動灌裝機單位重量要求，方便于將超過誤差范圍的產(chǎn)品剔除。 (2)對工藝工程進行控制管理。在注明重量的零售產(chǎn)品中，往往因密度變化使自動灌裝機重量偏差超過允許范圍。密度的變化尤其容易發(fā)生在對濕度敏感的吸潮產(chǎn)品上。這是適合使用自動檢重器的信號反饋，對上游生產(chǎn)工作調(diào)節(jié)控制。 圖6-17為利用檢重器對充填器作反饋控制示意圖，檢重器及伺 服控制機3負(fù)責(zé)向充填器的伺服電機2發(fā)出反饋信號，有伺服電機控制充填器閘門的開啟度，達(dá)到穩(wěn)定充填重量的目的。 圖6-18為某一產(chǎn)品采用檢重器前后重量分布比較。此產(chǎn)品在使用檢重器前平均重量大約在293g，才能保證不會讓小于標(biāo)定重量283g的產(chǎn)品出廠。安裝使用自動檢重器后，產(chǎn)品的平均重量可減至 289g，只需剔除小于1%的不足283g重量產(chǎn)品后，99%的產(chǎn)品可合格出廠。原來每自動灌裝機件平均超重10g，現(xiàn)在每件可減少4g，節(jié)約產(chǎn)品1.4%，按照此產(chǎn)品年產(chǎn)量900t，價格0.75美元/kg計算，此檢重器的投資成本1萬美元一年即可收回。 檢重器對充填器的反饋控制1—充填器；2——伺服電機；3—檢重器及伺服控制機；4—產(chǎn)品 又如午餐肉切片自動灌裝機生產(chǎn)中，肉的密度變化后使規(guī)定的片數(shù)不能確保達(dá)到自動灌裝機規(guī)格重量。在生產(chǎn)線上添置一臺自動檢重器，可準(zhǔn)確地稱量每次離開切片機的肉片，如有重量偏差即可反饋到切片機，對每一肉片厚度進行微調(diào)。 (3)完成生產(chǎn)報告。自動檢重機的生產(chǎn)報告能提供運行分析數(shù)據(jù)。檢重器輸出的瞬時生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳給打印機、計算機及其他終端收集器，并可自動貯存。這樣大大有利于實現(xiàn)工藝過程控制（SPC），進行合格率和不合格率的統(tǒng)計，從而提供客戶真實可靠的質(zhì)量數(shù)據(jù)。 二.物重選別機 自動灌裝機物料計量中，由于各種因素影響，自動灌裝機物料實際重量必然有一定偏差。物重選別即可完成對自動灌裝機好的產(chǎn)品的逐件稱量，將不合格品排除，故它是自動灌裝機生產(chǎn)線上必須的輔助設(shè)備。 常用的物重選別機有以下幾種形式： 1.托盤連續(xù)式 為典型的托盤式物重選別機工作原理圖，此機型多用于小型袋裝、盒裝、盤裝產(chǎn)品的物重選別。 其稱重帶由一條寬帶或幾條窄帶組成。其稱重部分與其他連續(xù)帶 式稱重機相似，主要特點是含有對不合格品的剔除機構(gòu)，對所有動作控制形成閉環(huán)配料系統(tǒng)，比起單純稱重機要復(fù)雜。其稱重鑒別儀除了稱重器常有元件外，還有AD變換器、差動變壓器、振蕩器、比較電路、欠量輸出、超量輸出等電子器件。 2.帶盤連續(xù)式 此機型的防爆電子秤盤本身配有輸送帶驅(qū)動裝置，避免了輸送帶張力對稱重精度的影響。電機及傳動配料系統(tǒng)置于防爆電子秤盤內(nèi)部，防爆電子秤盤質(zhì)量大，影響到稱重反應(yīng)速度，稱重速度在80次/min，適用于大中型物件 3.皮帶間歇式 此機工作原理：當(dāng)物件移到防爆電子秤盤上時，暫時停頓，待稱重完畢再送出。這種靜態(tài)稱重法避免了振動沖擊等因素對稱重精度的影響。稱 重范圍在100~1000g的精度為正負(fù)0.5g，但生產(chǎn)速度較低，不超過60件/min。 圖6-21中，由若干根間隔平行帶或繩組成物料輸送帶，處于下方的防爆電子秤盤上開有數(shù)條對應(yīng)的凹槽，可讓傳送帶通過。當(dāng)物件移動到防爆電子秤臺2上方時，借助氣缸8、9作用升起防爆電子秤盤平面，托起物體進行稱重，稱完后防爆電子秤盤下降，物體落到傳送帶上繼續(xù)送出。 皮帶式間歇物重選別機 1—輸送帶；2—防爆電子秤盤；3—光電檢測器；4—砝碼；5—阻尼器；6—稱重模塊；7—Ω形彈簧；8、9—氣缸；10—驅(qū)動電機 4.物重選別單機 （a）(b)為兩種可以單獨作業(yè)也可組合到生產(chǎn)線上的物重選別機，但都是人工操作。其中，（a）機的特點是：傳送部件脫卸簡便，清洗方便，可煮沸消毒；稱重選別條件可自由設(shè)定，生產(chǎn)是操作單鍵按鈕即可完成；適用于衛(wèi)生管理嚴(yán)格的食品加工線，甚至可以達(dá)到GMP藥品生產(chǎn)管理要求；并兼有金屬物檢測功能。 | |
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