顆粒灌裝機料倉的設(shè)計原理及步驟

盧亮亮

摘 要：近半個多世紀以來，隨著生產(chǎn)與流通日益社會化、現(xiàn)代化，產(chǎn)品包裝正以嶄新的面貌崛起，受到人們的普遍重視。灌裝機是包裝機的一種特殊的結(jié)構(gòu)。那么料倉的設(shè)計尤其關(guān)鍵，本文主要論述料倉原理及設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞：灌裝機；料倉；設(shè)計；原理；計算；系統(tǒng)

1 灌裝機的工作原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要有電子稱重計量、控制、傳輸和封口部件等組成。傳輸部件是通過一個由電動機控制的鏈板傳動系統(tǒng)實現(xiàn)對包裝件的傳送；封口機構(gòu)按產(chǎn)品和板狀的不同自動執(zhí)行封包、墊封或加蓋卷邊等功能；計量部件由稱重傳感器及相應(yīng)的測量和顯示儀表構(gòu)成，完成對物料的稱重分包與質(zhì)量顯示；單片機及其相應(yīng)的控制執(zhí)行電路承擔了定量稱重包裝系統(tǒng)各個工序的自動控制。

1.2 原理

本系統(tǒng)以傳感器輸出信號為依據(jù)實現(xiàn)物料的自動定量包裝，其基本工作過程分喂料、稱重、排料、夾袋等四個階段。

稱重開始時，控制器控制儲料斗的粗進料閥和細進料閥同時打開，物料進入稱量斗。當稱量斗中物料質(zhì)量達到粗加料閥值時，粗進料閥關(guān)閉，物料僅從細進料閥流出，進入細加料階段。當稱量斗物料量接近目標值達到細加料閥值時，細進料閥關(guān)閉，稱量過程完成。接著套上包裝容器并觸動夾具動作，打開稱量斗的卸料閥，物料卸入包裝容器中，卸料完畢后關(guān)閉卸料閥，夾具裝置自動松開，裝有物料的包裝容器落到傳送帶上，由傳送機構(gòu)送至封口裝置，完成封口工序。

2 料倉的設(shè)計

2.1 料倉的概述

固體料倉是儲存固體松散物料的容器，它區(qū)別于儲存氣體、液體的容器。氣體和液體在常溫的自然狀態(tài)下是無形的物質(zhì)，松散的固體物料在自然狀態(tài)下有堆積形態(tài)。料倉的種類繁多，其結(jié)構(gòu)和制造工藝也相差甚遠，構(gòu)成料倉殼體的受力元件由倉殼頂、倉殼圓筒、和倉殼錐體組成。倉殼頂和倉殼圓筒的結(jié)合部稱肩部，倉殼錐體和倉殼圓筒的結(jié)合部稱臀部，此兩部分的結(jié)構(gòu)根據(jù)料倉的不同大小和形狀以及料倉使用的不同材質(zhì)而有不同，我根據(jù)實際情況均采用焊接的結(jié)構(gòu)形式，以保證料倉具有足夠的剛度和強度。料倉支撐結(jié)構(gòu)主要是裙座、耳式支座和環(huán)座式支座。

2.2 料倉設(shè)計及計算

料倉的設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先考慮適宜的料倉形狀和大小，裝卸物料用的運輸裝置和在作業(yè)過程中的正確布置。散料在重力的作用下載料倉里不是均勻的流動，而要出現(xiàn)粒度和密度方面的不期望的不均勻組成，料倉的物料對倉底和側(cè)壁產(chǎn)生壓力等等因素。

料倉的基本要求

料倉容積應(yīng)滿足貯存物料量的要求；

外形尺寸：橫截面最小長度不小于1.2m；

高度不宜過高：成品倉<4.5m，其它倉與廠房匹配，不宜使物料過于壓實。

料斗形狀：選擇合理的形狀，結(jié)構(gòu)強度高，內(nèi)外側(cè)應(yīng)有可靠的加強筋，內(nèi)表面光滑無毛刺。

綜上所述考慮到所承容積大、經(jīng)濟合理所以選擇料倉的形狀為上部分為圓筒形下部分為錐形。

1）容重和容積

定義：散粒體自然堆積時，單位體積質(zhì)量，稱為容重。對其經(jīng)濟性和可靠性等多方面因素予以綜合考慮。鋁制料倉則由于材料性能的限制，目前只能制造容積不大于250 m3，高度不大于8m的料倉。

2）設(shè)計壓力

固體料倉設(shè)計壓力的適用范圍，一般按常壓考慮。因此規(guī)定設(shè)計壓力的適用范圍取-500Pa～0.1MPa，即真空度取500Pa，設(shè)計壓力最大取0.1MPa。工程裝置中在固體料倉的頂部根據(jù)工藝的要求有時有氮封，有時采用氣流輸送等情況，對于頂部有氮封（或其它作用的壓力）的料倉，設(shè)計壓力應(yīng)取頂部可能出現(xiàn)的氣體的最高操作壓力作為設(shè)計壓力。過高的設(shè)計壓力會影響料倉的使用經(jīng)濟性，而且實際使用壓力也被限制在一定范圍內(nèi)。

3）設(shè)計溫度

固體料倉的使用溫度大都為常溫，我國南北緯度跨度大，北方部分地區(qū)冬季極端最低氣溫較低，而南部、西南部地區(qū)夏季日照下倉殼的溫度可達幾十度，設(shè)計者決定設(shè)計溫度時應(yīng)考慮到料倉所處的地理位置，由于固體料倉一般不用保溫，倉殼的溫度基本與環(huán)境溫度一致，裙座的用材應(yīng)考慮環(huán)境溫度的影響。當對儲存物料有加熱的要求時還應(yīng)考慮物料的溫度效應(yīng)及熱膨脹的影響。因此本標準規(guī)定料倉的設(shè)計溫度范圍取料倉所使用的倉殼金屬允許的使用溫度，但由于通常料倉的使用溫度不高，故倉殼材料的許用應(yīng)力相應(yīng)給到200℃。

4）載荷的計算

料倉所承受的載荷分為靜載荷和動載荷。靜載荷為長期載荷，動載荷為短期載荷。料倉倉殼和支承部分的安全性和經(jīng)濟性很大程度決定于選擇合理的設(shè)計載荷。料倉的設(shè)計壓力、儲存物料引起的壓力、料倉自重等附件的重量、多雪地區(qū)的雪載荷等屬于主要的靜載荷；風載荷、地震載荷和料倉在加料、卸料時所產(chǎn)生的沖擊載荷等屬于主要的動載荷，此外連接管道和其它的部件對料倉的作用力、支座的反作用力等都是應(yīng)當考慮的載荷。

2.3 倉殼的垂直壓力與水平壓力

在進行了大量的試驗基礎(chǔ)上，提出了利用料倉殼體壁面摩擦平衡載荷的函數(shù)關(guān)聯(lián)來計算垂直壓力和水平壓力，并確認垂直壓力和水平壓力的比值是隨著料倉的深度和料倉的形狀而變化的，對料倉的計算提出了新的解析方法。

目前各國標準使用的計算方法不同，有采用經(jīng)典理論的計算方法，也有的采用了改進的計算方法。我們認為，從理論分析和試驗數(shù)據(jù)看，采用“物料對倉殼的垂直壓力與水平壓力的比值隨料倉高度變化而變化”的理論來分析料倉殼體的受力比較符合試驗數(shù)據(jù)，我們在編制本標準時采用這種解析方法，但是此方法對大型錐體料斗的解析過于簡單，需要作一些調(diào)整。

3 結(jié)論

本次設(shè)計的題目是顆粒物料定量稱重、灌裝機設(shè)計（機械部分），其中主要的難點是整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計及各部分零部件選取及校核，所以在此灌裝機的設(shè)計中，必須認真查閱各種設(shè)計手冊及相關(guān)資料并進行分析計算，才能很好的完成本次設(shè)計。本設(shè)計方案是為了更好的滿足生產(chǎn)的需要，提高生產(chǎn)的效率，此次設(shè)計結(jié)構(gòu)的特點：本產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)由供料裝置、計量裝置、夾帶裝置、機架、數(shù)控主板和氣壓傳動系統(tǒng)組成。供料裝置采用了多次喂料的供料方式以保證灌裝過程的穩(wěn)定、準確。設(shè)備由按鈕啟動后即可投入自動喂料、稱重、卸料操作，操作人員只需做袋套、按夾袋開關(guān)、封袋口三種操作。具有應(yīng)急功能，可通過“停止”按鈕使機器緊急停機。具有料位檢測功能。當料位低于規(guī)定高度時，機器自動停止灌裝；待料位達到規(guī)定高度時，又自動恢復(fù)連續(xù)定量灌裝。這次設(shè)計暴露出所掌握的基礎(chǔ)知識不夠全面，缺乏生產(chǎn)經(jīng)驗，但是經(jīng)過這次設(shè)計之后，在老師的指導和自己的努力下，我對此將受益匪淺，將為自己在今后的工作中進行獨立設(shè)計、自主創(chuàng)新打下一個良好的基礎(chǔ)。

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