膨胀烟丝在线定量装箱系统的设计与应用

摘　要　北京卷烟厂外销膨胀烟丝在线自动计量装箱系统克服了场地狭小的限制，借鉴粮食、冶金行业普遍采用的料斗秤结构原理设计，实现了膨胀烟丝在线连续生产情况下的自动称量与装箱。它具有静态秤的优点，工作性能可靠，且占地面积小，投资少，不仅满足了企业外销膨胀烟丝装箱、运输、储存的需求，而且在小流量烟丝自动计量装箱方式上进行了一种新的偿试，为行业烟丝自动计量装箱系统提供了更多的设备选择。

　　关键词　 膨胀烟丝、计量、料斗秤、定量装箱

　　1、引言

　　2005年，我厂开始生产外销膨胀烟丝，需要对成品膨胀烟丝进行在线定量装箱处理。而如果采用人工秤量装箱作业，在膨胀烟丝连续生产条件下，不仅需要的操作人员多，工人的劳动强度大，计量精度很难保证，且由于生产中换箱间隔的烟丝遗洒，还会对现场环境造成影响，不适合现代生产管理的需求，因此考虑在原有场地基础上设计一种自动化计量装箱设备。

　　为保证烟丝批次内连续自动定量装箱，目前行业上普遍采用的是多箱铺料装箱和单箱多工位循环装箱两种形式，而这两种装箱方式多适用于大流量连续化成品烟丝的装箱，设备较庞大，投入较多，占地面积也较大，且很难达到单箱计重要求。因此，结合我厂膨胀烟丝计量装箱场地狭小，生产线生产流量只有600kg/h的小流量特点，我们与北京长征天民高科技有限公司合作，借鉴冶金、粮食等行业广泛采用的料斗秤工作原理，利用半年左右时间，研制开发了膨胀烟丝在线自动计量装箱装置，通过半年多的使用，取得了较好的效果。该装置采用左右两个独立料斗轮流计重的方式，对在线生产膨胀烟丝连续下料量进行分批计量，将一批连续烟丝分成若干不连续的载荷并称出每次的重量值然后进行累加，得出累加总重量，实现了连续动态称重烟丝。

　　2、设备布局及系统组成

　　2.1设备布局

　　在方案设计上由于受到膨胀烟丝装箱场地小的条件限制，所以将原膨胀烟丝风选管路局部进行了改造，使风选落料器加高。这样，就充分利用了厂房的高度，在风选落料器下垂直方向上设计了在线自动计量装箱装置，配合滚道输送、捆扎机组成了烟丝自动计量装箱系统，克服了场地面积狭小的不足。设备布局如图1、2所示。

　　图1　自动计量装置结构示意图

　　图2　滚道输送及捆扎装置结构示意图

　　2.2自动计量装置组成

　　该膨胀烟丝在线自动计量装置主要由导向料仓、左称重料仓、右称重料仓、卸料机构、护料仓、支架以及电控系统组成，如图3所示。

　　图3　自动计量装置结构图

　　2.3自动计量装置的技术要求

　　(1)、该称量装置整体成型后，要求平直、坚固，不得有形变。特别是称重料仓的装配，必须是平直垂落，与传感器衔接后，不得有偏载分力。

　　(2)支撑门架须保证平整、牢固，通过承载传感器与料仓衔接后，整体保证与地面垂直，装配校直过程须在平台上进行。

　　(3)各汽缸、翻板装配完成后，须保证伸缩、翻转自如，不得有死点。

　　2.4自动计量装置电控系统

　　由PLC、称重传感器、放大器、人机操作界面、1#、2#、3#气缸组成，其系统原理框图如图4所示

　　图4　自动计量装置电控系统原理框图

　　烟丝进入称量料斗，其重量使称重传感器弹性体发生变形，输出与重量成正比的电信号，每一称量料斗的两个称重传感器并联连接，输出信号经放大器放大后，变成了0-10V的电压信号输出，送入PLC进行处理，PLC一方面把烟丝的瞬时重量送入人机操作界面，显示出瞬时烟丝重量，另一方面接收人机操作界面左、右料斗定量值等参数信号，与测量值进行比较判断，驱动1#、2#和3#气缸的开启和关闭，控制分料翻板和左、右料斗卸料翻板的动作，并进行一系列定量称量控制。

　　该装置具有自动校零、校秤，报警等功能，且称量料斗数和称量预设值可调。其中，左、右两个独立的称重料仓与其它组成部件彻底分离或采用软连接，传感器一端固定在秤体支架上，一端与称重料仓相连承受并测量载荷。称重传感器采用德国HBM公司生产的SP4C3型高精度悬臂梁式钢制称重传感器，量程：30kg，精度：0.1%，具有密封可靠，测量精度高，长期稳定性能好的特点，且安装容易，使用方便，互换性好。

　　3、系统工作过程及参数调整

　　3.1工作过程

　　自动计量装置简单工作流程如图5所示

　　图5　自动计量装置工作流程图

　　系统通电后，1#气缸关闭，导向料仓分料翻板处于左料斗落料状态；2#、3#气缸关闭，左、右料斗门均处于关闭状态，

　　来料后，烟丝落入左料斗，当烟丝重量达到左料斗定量值时，1#气缸打开，分料翻板转向右料斗进料，同时，左料斗称量，2#汽缸延时打开使左料斗卸料，完毕后关闭左料斗卸料翻板。

　　同样原理，当烟丝重量达到右料斗定量值时，1#气缸关闭，分料翻板又转向左料斗进料，同时，右料斗秤称量，3#汽缸延时打开使右料斗卸料，完毕后关闭右料斗卸料翻板。

　　这样，左右2个料斗重复计重两次，4斗膨胀烟丝落入包装箱内，人机操作界面显示4斗的累计值。此时，自动计量装置蜂鸣器闪亮，提醒操作人员将烟箱推出送至捆扎机打包，同时，并将空料纸箱置于输送滚道上，开始下一箱称量新的循环。

　　系统控制模式分为手动模式和自动模式，手动模式下分料翻板和左、右卸料翻板可手动控制。自动控制模式下，分料翻板和左、右卸料翻板根据工作中料斗的重量自动控制。如图6所示。

　　图6　人机操作主画面

　　3.2参数调整

　　(1)、左、右料斗定量值的设定

　　自动模式下需要对左、右料斗定量值进行设定。这是由于气缸机构的动作延迟，在每次导向料仓分料翻板由一个称重料斗转向另一个称重料斗的过程中，烟丝还在下落，考虑到分料翻板在翻转时间内空中烟丝的下落量，在设置称重料斗计量定量值时要充分考虑一个修正量，使料斗称量重量符合5±0.1 Kg的计量要求。参数调整时，应观察称重料斗在进入称量阶段时的实际烟丝重量，反复对左、右料斗定量值进行调整。如图7所示。

　　(2)、校零和校秤

　　为保证计量的准确性，每天操作人员须按‘校秤’键进入校秤画面，对左、右料斗做两次校零操作，以检验零点的稳定性。

　　图7　 设置参数画面

　　另外，当到了规定的半年校准周期或发现烟丝自动计量装置出现明显的显示误差时，就需要对烟丝自动计量装置进行校秤。即在左、右称量料仓上加上4kg的砝码，计量装置会自动根据显示重量与砝码重量的差异，自动修正然称量系数K。如图8所示。

　　图8　 校秤结果画面

　　4、烟丝在线自动计量装箱系统应用

　　4.1自动计量装箱系统计量精度

　　该膨胀烟丝在线定量装箱系统于2005年6月底安装，经过近一个月的设备调试，8月初设备验收，以下是验收期间外销膨胀烟丝生产过程中，从定量装箱系统后随机抽取十箱烟丝在电子台秤上称量后，扣除装物重量后的烟丝实际重量与自动计量装箱系统显示重量的对比数据，如表1所示。

　　表1　烟丝实际重量与定量装箱系统显示重量数据表

　　从以上数据可以看出，此在线定量装箱系统的计量精度完全符合20±0.5kg单箱计重要求。

　　4.2定量装箱系统的误差分析

　　该定量装箱系统单箱计重误差为四个料斗计重误差之和，而每个料斗的计重误差又包括静态称量误差和动态称量误差两部分。

　　静态称量误差主要由以下四个方面组成：第一为固有误差，是传感器本身产生的误差，由称重传感器的精度决定。第二为控制误差，是信号传输与控制所产生的误差，需定期更换老化元器件。第三为机械误差，是由于秤斗安装不水平、传感器受力不平衡所产生的误差，在料斗制作上保证其重心在中轴线上。第四为干扰误差，是由于秤斗与其它设备软连接之间有力的传递所产生的误差。

　　动态误差主要是由以下三个方面组成：第一为喂料误差，是由于分料翻板动作时间、进料流量等变化，造成的分料翻板动作过程的下料误差。第二为物料偏心误差，主要是由于烟丝的不均匀分布，使得各传感器受力不平衡造成的，因此应尽量让烟丝在秤斗的中心喂进。第三为冲击误差，主要是由于烟丝进入秤斗对秤体产生手冲击力造成的，必须保证在在分料翻板转向另外料斗进料时再进行称量。

　　4.3影响定量装箱系统计量误差的原因及改进措施

　　(1)、风选落料器翻板密封对测量精度的影响

　　由于受厂房高度和场地面积限制，我厂膨胀烟丝定量装箱装置只能安装在膨胀烟丝风选落料器下面，这样，一旦膨胀烟丝风选落料器的翻板密封磨损，烟丝在称重料仓的下落过程中，就会受到风的影响，使烟丝的下料流量出现变化，且下落烟丝会在料斗中产生不均匀堆积，从而影响测量精度。针对此问题，我们对风选落料器密封进行了改进，将原来的橡胶密封改成了铜条密封，且定期检查更换密封，有效地解决了由于风选落料器翻板密封磨损对测量精度带来的影响。

　　为了避免风选落料器翻板密封漏风对计量精度的影响，如果没有场地限制，建议先将风选后烟丝落在一条传送带上，再输送至在线定量装置上进行落料，且如果能在导向料仓上再设置一个原料缓冲仓，进一步稳定烟丝来料流量，烟丝在线定量装箱系统会取得更好的应用效果，计量精度也会更好。

　　(2)、称量料斗卸料问题对测量精度的影响

　　同样是受厂房高度和场地面积限制，烟丝在线定量装箱装置的垂直安装距离不够，在保证护料仓收口尺寸满足烟箱装箱要求的前提下，左、右称量料斗卸料翻板受到护料仓内壁的限制不能完全打开，使料斗内的膨胀烟丝不易下落。为此我们修改了电控程序，使底板驱动气缸在卸料时两次动作，并且对自动计量装置的保养进行了严格的规定，以保证左、右称量料斗卸料翻板表面的清洁，减少烟丝的沾附，有效地解决了烟丝下落不干净对测量精度的影响。

　　5、结束语

　　该膨胀烟丝在线定量装箱系统在装箱形式上打破了行业传统装箱模式，是一种新型的烟丝在线计量装箱设备，具有结构紧凑、操作灵活、简单实用的特点，在小流量烟丝自动计量装箱方式上进行了一种新的尝试，为烟丝在线自动计量装箱系统的设备选择上提供更多的思路和方法。

　　参考文献

　　[1]烟丝计量装箱装置使用说明书。长征天民高科技有限公司2005.

　　[2]江杰，等.动态定量自动称重机[J].自动化仪表，1992.

　　[3]甄正义，等.定量包装电子秤[J]自动化仪表，1993.

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