量杯式計量裝置的設(shè)計

1、武漢理工大學(xué)包裝機構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計說明書量杯式計量裝置的設(shè)計1 設(shè)計背景和參數(shù)介紹量杯式計量裝置是容積充填法中的一種, 是通過容積來衡量充填物料的數(shù)量, 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、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，此種裝置較能滿足碘鹽的計量要求。此次設(shè)計的參數(shù)要求為：充填速度35包/分鐘；充填量180g，充填精度±1%。2 工作原理量杯式計量裝置形式很多，本文僅對一常用結(jié)構(gòu)進行討論如圖2-1。圖2-1 量杯式計量裝置結(jié)構(gòu)圖有貯料斗1、旋轉(zhuǎn)盤3、定盤5、計量杯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)盤上兩個或多個計量杯?？烧{(diào)杯上端套在固定杯外表面, 下端與定盤接觸, 在定盤上滑動, 固定杯與可調(diào)杯內(nèi)表面組成的內(nèi)腔為計量腔, 可調(diào)杯與定盤在調(diào)整機構(gòu)作用下, 可上下滑動, 以改變計量腔容積。上刮板固定在料斗上且有兩個組件( 收集板, 刮平板)組成, 保證旋轉(zhuǎn)盤上不積物料和各計量杯之間料高一致; 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)計量杯旋轉(zhuǎn)到貯料斗下方時, 物料在重力作用下從料斗流入到計量腔中, 超出杯口的物料被上刮板刮走; 當(dāng)計量杯又轉(zhuǎn)到定盤的排料孔時,計量腔

3、中的物料自動落入包裝袋中, 完成一包碘鹽的充填。3 設(shè)計內(nèi)容3.1 貯料斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計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, 無死角和易于定位, 采用上圓柱下圓臺形結(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貯料斗下圓臺高度, mm;h2貯料斗上圓柱高度, mm

4、;由于設(shè)計參數(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計算可得g8345g>6300g，設(shè)計滿足要求。3.1.4 貯料斗結(jié)構(gòu)圖3.2 計量杯的設(shè)計3.2.1 計量杯的材料固定杯: 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運動, 并還在定盤上滑動, 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)備工作速度和計量杯數(shù)量來分析。在設(shè)備工作速度一定情況下, 計量杯數(shù)量越多, 單位時間充填次數(shù)就越多; 若計量杯數(shù)量一定, 工作速度越快, 充填速度也就越高, 但計量杯數(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)備磨損就會增大, 也就是設(shè)備壽命會縮短, 所以, 片面地提高某一參數(shù)都會產(chǎn)生不良影響, 因此必須均衡考慮, 才可以達到理想結(jié)果。根據(jù)實

6、踐經(jīng)驗,計量杯數(shù)量選用偶數(shù)易于旋轉(zhuǎn)盤分度, 便于加工;對雙工位而言, 充填需錯開, 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)計充填速度并不高，充填量小，故而選4個計量杯。3.2.3 計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)盤直徑等因素有關(guān), 充填量為180g, 貯料斗下料口直徑50mm 時, 常取d1= 40mm、d2=10mm+ d1=50mm。h1、h2 的確定: 計量杯容積v=180*1000/1.5=120000。v定= 70%v=84000，v調(diào)= 30% v=36000。由式3-2計算可得h1=66.8mm，h2=18.3mm。3.3 旋轉(zhuǎn)盤的設(shè)計3.3.1 旋轉(zhuǎn)盤的材料1cr18ni9ti 不銹鋼材料3.3.2 旋轉(zhuǎn)盤的形狀從結(jié)構(gòu)上旋轉(zhuǎn)盤直接與取支撐作用的傳動軸相連, 因盤是勻速旋轉(zhuǎn), 所以轉(zhuǎn)動慣量越大, 轉(zhuǎn)動慣性就越大, 可減小外界沖擊對設(shè)備的影響。但旋轉(zhuǎn)盤直

8、徑和質(zhì)量與計量杯數(shù)和選材厚度有關(guān),為減少設(shè)備造價, 保證盤面剛性及工作要求, 盤徑以固定杯的外延到盤邊的最短距離不大于1520mm, 盤厚取10 12mm為宜。若為減小盤厚, 采用加筋焊接以提高盤面剛性, 易引取盤面變形, 且焊縫也易銹蝕。3.3.3 零件圖和裝配圖3.3.4 旋轉(zhuǎn)盤三維圖4 計量精度的影響因素影響計量精度的因素很多。常有料壓、計量杯設(shè)計與加工誤差、碘鹽的比重穩(wěn)定性、排料時間、旋轉(zhuǎn)盤和定盤的平面度、以及調(diào)整機構(gòu)的螺距大小等有關(guān), 下面主要對料壓, 計量杯設(shè)計誤差, 排料時間來進行研究。4.1 貯料斗對旋轉(zhuǎn)盤的料壓假定貯料斗出料口的中心線與計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)盤上平面的距離。料壓對旋轉(zhuǎn)盤的壓力p: （式4-1）由上式可以看出: h 發(fā)生變化時, p 也隨著發(fā)生變化, 也就是說貯料斗中的物料對量杯中物料的壓力也跟著改變, 此壓力改變必然影響計量杯中的物料密度, 也就影響了計量精度, 所以p 值的變化范圍需嚴格控制, 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, 下料位需通過電控來設(shè)計, 當(dāng)物料達到上料位時, 計算機自動控制加料設(shè)備停止工作, 隨后延長一段時間后再啟動, 延時時間的長短由調(diào)試時不影響計量精度前提下來確定。4.2 計量杯設(shè)計誤差若固定杯內(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, 因為可調(diào)杯可上下運動, 設(shè)計時可考慮h2 的誤差值對計量精度無影響。固定杯內(nèi)徑為d1、高度h1 時的容積: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)計精度的存在對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)計精度對計量杯容積的影響。若碘鹽的比重為, 則dg=dv, dg 為因設(shè)計精度存在對計量精度的影響值。由前可知: 量杯式計量精度為1.0%，而影響計量精度的因素很多, 所以dg 的絕對值越小越好, 一般要求 , 若大于0.2% 需重新考慮計量杯設(shè)計精度。4.3排料孔尺寸如圖4-1為計量杯中的物料在定盤上卸料示意圖。 計量杯在a 點時開始卸料, 移到b 點時, a 點處卸料結(jié)束, 但a 點再繼續(xù)移到c 點, 計量杯卸料過程才算完成。所以計量杯通過abc 弧所需的時間也就是單杯的卸料時間。由圖可知: 在直角 中在直角 中為單計量杯卸料過程中在定盤面上掃過的角度。設(shè)計量裝置有n 套計量杯, 每分鐘充填n 包充填單包所需的時間:秒每套計量杯在盤面上的等分角:可推出: 單計量杯掃過角時所需的時間:圖4-1 物料在定盤上卸料示意圖假定碘鹽從h