量杯式計(jì)量裝置的設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)包裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)量杯式計(jì)量裝置的設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)背景和參數(shù)介紹量杯式計(jì)量裝置是容積充填法中的一種, 是通過(guò)容積來(lái)衡量充填物料的數(shù)量, 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、充填速度快，但充填精度與物料比重穩(wěn)定性有關(guān), 一般比稱量充填裝置低, 常為±1%。根據(jù)食用碘鹽物料的特性、精度要求和售價(jià)，此種裝置較能滿足碘鹽的計(jì)量要求。此次設(shè)計(jì)的參數(shù)要求為：充填速度35包/分鐘；充填量180g，充填精度±1%。2 工作原理量杯式計(jì)量裝置形式很多，本文僅對(duì)一常用結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論如圖2-1。圖2-1 量杯式計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)圖有貯料斗1、旋轉(zhuǎn)盤(pán)3、定盤(pán)5、計(jì)量杯4( 包括固定杯7、可調(diào)杯8) 、上刮板2、

2、下刮板9、調(diào)整機(jī)構(gòu)6 等組成。貯料斗固定在設(shè)備的上方, 下部裝有均勻分布在旋轉(zhuǎn)盤(pán)上兩個(gè)或多個(gè)計(jì)量杯?？烧{(diào)杯上端套在固定杯外表面, 下端與定盤(pán)接觸, 在定盤(pán)上滑動(dòng), 固定杯與可調(diào)杯內(nèi)表面組成的內(nèi)腔為計(jì)量腔, 可調(diào)杯與定盤(pán)在調(diào)整機(jī)構(gòu)作用下, 可上下滑動(dòng), 以改變計(jì)量腔容積。上刮板固定在料斗上且有兩個(gè)組件( 收集板, 刮平板)組成, 保證旋轉(zhuǎn)盤(pán)上不積物料和各計(jì)量杯之間料高一致; 下刮板固定在可調(diào)杯后, 與可調(diào)杯同步旋轉(zhuǎn), 并將可調(diào)杯滲出的物料刮至排料口落入包裝袋中。當(dāng)計(jì)量杯旋轉(zhuǎn)到貯料斗下方時(shí), 物料在重力作用下從料斗流入到計(jì)量腔中, 超出杯口的物料被上刮板刮走; 當(dāng)計(jì)量杯又轉(zhuǎn)到定盤(pán)的排料孔時(shí),計(jì)量腔

3、中的物料自動(dòng)落入包裝袋中, 完成一包碘鹽的充填。3 設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 貯料斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1 貯料斗的材料根據(jù)食品衛(wèi)生法要求與食品接觸的所有部位, 必須選用防銹不銹鋼材料或無(wú)毒的工程塑料,常選用1cr18ni9ti、尼龍和聚四氟乙烯。3.1.2 貯料斗的形狀防止物料結(jié)拱, 無(wú)死角和易于定位, 采用上圓柱下圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)。料斗傾角需大于碘鹽的自然休止角( 55°) ,一般選用65 70°。3.1.3 貯料斗的尺寸 （式3-1）式中g(shù)貯料量, g;v貯料斗, ;碘鹽比重;r貯料斗頂部半徑, mm;r貯料斗底部半徑, mm;h1貯料斗下圓臺(tái)高度, mm;h2貯料斗上圓柱高度, mm

4、;由于設(shè)計(jì)參數(shù)中充填速度35包/分鐘，充填量180g，即每分鐘充填量6300g，因此貯料斗的貯料量應(yīng)不小于6300g，避免下料不足。此次設(shè)計(jì)我取比重=1.5，料斗傾角=75°，r=50mm，h1=137.5mm，r=h1/tan=100mm，因此r=r+r=150mm，h2=12.5mm。由公式3-1計(jì)算可得g8345g>6300g，設(shè)計(jì)滿足要求。3.1.4 貯料斗結(jié)構(gòu)圖3.2 計(jì)量杯的設(shè)計(jì)3.2.1 計(jì)量杯的材料固定杯: 1cr18ni9ti 不銹鋼材料可調(diào)杯: 因其套在固定杯的外表面且之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng), 并還在定盤(pán)上滑動(dòng), 為減小磨損與摩擦, 所以需選用耐磨與減摩材料。如尼龍

5、6或聚四氟乙烯塑料。3.2.2 計(jì)量杯的數(shù)目常有1、2、3、4、5、6、8 等, 如何選擇一合適數(shù)量, 主要以充填速度與精度、單或雙工位數(shù)、加工成本等因素綜合考慮。合理利用設(shè)備性能, 最大量地提高充填速度是設(shè)備關(guān)鍵所在。保證充填速度可從設(shè)備工作速度和計(jì)量杯數(shù)量來(lái)分析。在設(shè)備工作速度一定情況下, 計(jì)量杯數(shù)量越多, 單位時(shí)間充填次數(shù)就越多; 若計(jì)量杯數(shù)量一定, 工作速度越快, 充填速度也就越高, 但計(jì)量杯數(shù)量增大, 加工難度與加工成本就相應(yīng)提高; 工作速度提高, 設(shè)備磨損就會(huì)增大, 也就是設(shè)備壽命會(huì)縮短, 所以, 片面地提高某一參數(shù)都會(huì)產(chǎn)生不良影響, 因此必須均衡考慮, 才可以達(dá)到理想結(jié)果。根據(jù)實(shí)

6、踐經(jīng)驗(yàn),計(jì)量杯數(shù)量選用偶數(shù)易于旋轉(zhuǎn)盤(pán)分度, 便于加工;對(duì)雙工位而言, 充填需錯(cuò)開(kāi), 有利于充填后的封口和裝大袋, 常選用奇數(shù)較適宜。本次設(shè)計(jì)充填速度并不高，充填量小，故而選4個(gè)計(jì)量杯。3.2.3 計(jì)量杯的形狀固定杯和可調(diào)杯包圍的內(nèi)腔容積。 （式3-2）式中v計(jì)量杯容積, ;v定固定杯內(nèi)腔容積, ;v調(diào)可調(diào)杯內(nèi)腔包圍的有效容積, ;d1固定杯內(nèi)腔直徑, mm;d2可調(diào)杯內(nèi)腔直徑, mm;h1固定杯高度, mm;h2可調(diào)杯有效高度, mm;碘鹽比重常在1.0 1.5范圍內(nèi)變化, 所以v調(diào)必須能適應(yīng)碘鹽比重的變化, 從而可保證量杯的計(jì)量精度。常v定= 70%v、v調(diào)= 30% v。d1、d2 的選取

7、: 與充填量、貯料斗下料口直徑、旋轉(zhuǎn)盤(pán)直徑等因素有關(guān), 充填量為180g, 貯料斗下料口直徑50mm 時(shí), 常取d1= 40mm、d2=10mm+ d1=50mm。h1、h2 的確定: 計(jì)量杯容積v=180*1000/1.5=120000。v定= 70%v=84000，v調(diào)= 30% v=36000。由式3-2計(jì)算可得h1=66.8mm，h2=18.3mm。3.3 旋轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)3.3.1 旋轉(zhuǎn)盤(pán)的材料1cr18ni9ti 不銹鋼材料3.3.2 旋轉(zhuǎn)盤(pán)的形狀從結(jié)構(gòu)上旋轉(zhuǎn)盤(pán)直接與取支撐作用的傳動(dòng)軸相連, 因盤(pán)是勻速旋轉(zhuǎn), 所以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大, 轉(zhuǎn)動(dòng)慣性就越大, 可減小外界沖擊對(duì)設(shè)備的影響。但旋轉(zhuǎn)盤(pán)直

8、徑和質(zhì)量與計(jì)量杯數(shù)和選材厚度有關(guān),為減少設(shè)備造價(jià), 保證盤(pán)面剛性及工作要求, 盤(pán)徑以固定杯的外延到盤(pán)邊的最短距離不大于1520mm, 盤(pán)厚取10 12mm為宜。若為減小盤(pán)厚, 采用加筋焊接以提高盤(pán)面剛性, 易引取盤(pán)面變形, 且焊縫也易銹蝕。3.3.3 零件圖和裝配圖3.3.4 旋轉(zhuǎn)盤(pán)三維圖4 計(jì)量精度的影響因素影響計(jì)量精度的因素很多。常有料壓、計(jì)量杯設(shè)計(jì)與加工誤差、碘鹽的比重穩(wěn)定性、排料時(shí)間、旋轉(zhuǎn)盤(pán)和定盤(pán)的平面度、以及調(diào)整機(jī)構(gòu)的螺距大小等有關(guān), 下面主要對(duì)料壓, 計(jì)量杯設(shè)計(jì)誤差, 排料時(shí)間來(lái)進(jìn)行研究。4.1 貯料斗對(duì)旋轉(zhuǎn)盤(pán)的料壓假定貯料斗出料口的中心線與計(jì)量杯中心線在鉛垂面內(nèi)重合。h 為貯料斗

9、上料位到旋轉(zhuǎn)盤(pán)上平面的距離。料壓對(duì)旋轉(zhuǎn)盤(pán)的壓力p: （式4-1）由上式可以看出: h 發(fā)生變化時(shí), p 也隨著發(fā)生變化, 也就是說(shuō)貯料斗中的物料對(duì)量杯中物料的壓力也跟著改變, 此壓力改變必然影響計(jì)量杯中的物料密度, 也就影響了計(jì)量精度, 所以p 值的變化范圍需嚴(yán)格控制, 而p 值的變化范圍與上下料位之間距離有關(guān)。若圖中h 位為上料位, 下料位需通過(guò)電控來(lái)設(shè)計(jì), 當(dāng)物料達(dá)到上料位時(shí), 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制加料設(shè)備停止工作, 隨后延長(zhǎng)一段時(shí)間后再啟動(dòng), 延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由調(diào)試時(shí)不影響計(jì)量精度前提下來(lái)確定。4.2 計(jì)量杯設(shè)計(jì)誤差若固定杯內(nèi)徑公差、固定杯高度公差 , 可調(diào)杯內(nèi)徑與固定杯外徑采用間隙配合, 假定

10、可調(diào)杯內(nèi)徑公差為, 高度為h2, 因?yàn)榭烧{(diào)杯可上下運(yùn)動(dòng), 設(shè)計(jì)時(shí)可考慮h2 的誤差值對(duì)計(jì)量精度無(wú)影響。固定杯內(nèi)徑為d1、高度h1 時(shí)的容積:根據(jù)全微分原理, 將上式全微分得:將 代入上式得由上式可知, 因設(shè)計(jì)精度的存在對(duì)固定杯的理論容積產(chǎn)生了影響, 影響值為dv1。同理可得出可調(diào)杯容積變化:將上dv1 與dv2 兩式相加得:dv 為設(shè)計(jì)精度對(duì)計(jì)量杯容積的影響。若碘鹽的比重為, 則dg=dv, dg 為因設(shè)計(jì)精度存在對(duì)計(jì)量精度的影響值。由前可知: 量杯式計(jì)量精度為1.0%，而影響計(jì)量精度的因素很多, 所以dg 的絕對(duì)值越小越好, 一般要求 , 若大于0.2% 需重新考慮計(jì)量杯設(shè)計(jì)精度。4.3排料孔尺寸如圖4-1為計(jì)量杯中的物料在定盤(pán)上卸料示意圖。 計(jì)量杯在a 點(diǎn)時(shí)開(kāi)始卸料, 移到b 點(diǎn)時(shí), a 點(diǎn)處卸料結(jié)束, 但a 點(diǎn)再繼續(xù)移到c 點(diǎn), 計(jì)量杯卸料過(guò)程才算完成。所以計(jì)量杯通過(guò)abc 弧所需的時(shí)間也就是單杯的卸料時(shí)間。由圖可知: 在直角 中在直角 中為單計(jì)量杯卸料過(guò)程中在定盤(pán)面上掃過(guò)的角度。設(shè)計(jì)量裝置有n 套計(jì)量杯, 每分鐘充填n 包充填單包所需的時(shí)間:秒每套計(jì)量杯在盤(pán)面上的等分角:可推出: 單計(jì)量杯掃過(guò)角時(shí)所需的時(shí)間:圖4-1 物料在定盤(pán)上卸料示意圖假定碘鹽從h