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大米气调保鲜包装机的称量机构的试验研究

2022-04-29 来源:荆州农业机械网

大米气调保鲜包装机的称量机构的试验研究

1 前言

大米是我国人民最主要的食粮,根据近年来的统计,我国人均年消费大米约100公斤左右。随着市场经济的逐步发展,商品大米的包装也从计划经济时代的100公斤大麻袋出厂、散装销售,逐步过渡到10公斤、15公斤的塑料编织袋袋装销售。近些年,为适应城镇人民生活水平的不断提高,许多厂开发出新品种加工米:免淘洗米、强化米、胚芽米、特优米等等,这些精品米采用了5公斤、2.5公斤包装。但是,被业界技术专家普遍认同的、有显著的防霉、防虫、延缓陈化的效果的大米气调保鲜包装技术尚未得到应用。为此,我们开发了大米气调保鲜自动包装机,对其关键部件之一的自动称量装置进行了一系列的试验研究,现简介如下。

2 下料机构的试验研究

对于散粒物料的称重,下料机构常用的有电磁振动型、皮带输送型和自重直流型等结构形式。电磁振动型对各种物料的适应性好,落料重量的随机性较小,称量精度易于保证,但结构复杂,体积较大,成本高,且振动和噪音较大。皮带输送型对不同物料也有一定的适应性,称量精度也较高,缺点同样是结构复杂,体积较大,成本较高,漏料是普遍问题。自重直流型对各种物料的适应性不是太好,落料重量的随机性较大,称量精度的控制将是其关键问题;但自重直流型结构简单、紧凑,体积较小,成本低。根据大米自动小包装机的工作对象和特点,我们以选用自重直流型下料机构为宜。因而,为了保证称量精度的控制,下料装置的研究将是其关键问题之一。

通常的自重式直流型下料装置,一般都采用双料口(双门)下料,即大料口负责主要的下料任务,能尽快地下料到接近设定重量; 小料口只是补充差额到设定重量。经过反复试验,由于大料口下料时,落料重量及其冲击力、残留料柱重量的随机性大,致使称量高精度和高速度的矛盾不易解决,达不到较高的要求。为此,又设计了三料口(三门)、四料口(四门)下料器。四料口下料器的各料口从大到小分别设为1、2、3、4号,下料时各料口同时落料至等于或略大于第一重量值,1号料口关闭;2、3、4号料口同时落料至等于或略大于第二重量值,2号料口也关闭;3、4号料口同时落料至等于或略大于第三重量值,3号料口也关闭;仅剩4号料口落料至设定重量值,4号料口也关闭,下料完成。试验装置的1、2、3、4号料口的落料面积分别为30、18、8、3.2㎝2,实验测得落料流量平均值(50次)分别为1977.1、1072.5、119.8、54.4 g/s,落料流量标准差S1、S2、S3、S4分别为44.61、31.22、5.16、2.01 g/s。可以从实验结果清楚地看出,不同的落料面积对落料流量标准差的影响是很大的。

达到第一重量值时,由于落料重量及其冲击力、残留料柱重量的随机性大,误差很大。仅从落料流量标准差的角度,按一般的3σ原则可以认为其误差范围在±249 g/s之间,其可信度为99.7%。但从包装精度的要求看,选择±5σ,即误差范围在±415 g/s之间,其可信度为99.99995%,落在此误差范围之外的概率仅为千万分之五。落料流量标准差是定时试验结果(即控制器从发出开门指令到发出关门指令的时间为1秒,在此设定时间内的落料试验结果),从表面上看它并不反映落料冲击力和残留料柱重量的影响(对于标准称重量而言,前者的影响为负,后者的影响为正)。但落料冲击力和残留料柱重量的不均匀性,实质上主要是由落料流量的不均匀性引起的,所以落料流量标准差可以在很大程度上反映定量试验结果(即设定标准称重量,分别由各料口单独落料的试验结果),验证试验证明了这一点。

以称量5㎏为例,考虑到以后2、3、4号料口的工作,再将上述误差范围扩大约一倍,即第一重量值设为4200 g,由于第一重量值与标准称重量值之间的差距留为800 g,误差对最终的称量结果不会产生影响。达到第一重量值的称量时间为4200/(1977.1+1072.5+119.8+54.4)=1.303 S。第二重量值的误差范围在±191.95 g/s之间,第二重量值设为4700 g,第二重量值与标准称重量值之间的差距留为300 g,达到第二重量值的称量时间为(4700-4200)/(1072.5+119.8+54.4)=0.401 S。第三重量值的误差范围在±35.85 g/s之间,第三重量值设为4900 g,第三重量值与标准称重量值之间的差距留为100 g,达到第三重量值的称量时间为(4900-4700)/(119.8+54.4)=1.148 S。4号料口的误差范围在±10.05 g/s之间,这便是最后达到的包装精度。鉴于试验证明,残留料柱重量大于落料冲击力约50 g(系统误差),所以设定重量值为4950 g,达到设定重量值的称量时间为(4950-4900)/54.4=0.919 S。总称量时间为3.77 S。这既保证了最终的称量结果有足够的高精度,同时,又保证了称量的高速度。

由此可见,较之双料口下料器,四料口下料器的优越性十分明显。不过上述实验用四料口下料器,在各料口面积大小的分配上,还不甚合理。实验证明,与三料口下料器相比,在精度和速度方面优越性并不十分明显。三料口下料器的下料过程与四料口下料器基本相同,但结构要简单许多。因而,试验结果选择了三料口下料器。三料口下料器的大下料口(大门)、中下料口(中门)、小下料口(小门)的落料面积分别为110×70㎜、70×20㎜、20×20㎜,落料流量平均值分别为4721.45、827.17、64.21 g/s,实验测得落料流量标准差分别为130.46、39.67、2.67 g/s。各料口的误差范围分别在±652.3、±198.35、±13.35 g/s之间。以称量5㎏为例,第一重量值设为4300 g,第二重量值设为4890 g,设定重量值为4955 g(消除残留料柱重量大于落料冲击力的系统误差),达到各重量值的时间分别为0.766 S、0.662 S、1.012 S,总称量时间为2.44 S。整机试验证明,称量误差范围为±15 g,称量速度可达2.5 S,与试验设计的理论值基本吻合。也很好地解决了称量的高精度和称量的高速度之间的矛盾。

在料门形式上,设计试制了摆式弧形料门、垂直往复式直插料门、水平往复式直插料门,进行对比试验。考虑摆式弧形料门在气动控制元件的布置与安装方面,以及结构复杂性方面的问题,未予采用。垂直往复式直插料门,在气动控制元件的布置与安装方面,较为方便,但较易楔紧物料

图1 机械电子式自动称量装置而卡住。试验结果选择了水平往复式直插料门。

(待续)

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