量杯式计量装置的设计

量杯式计量装置的设计1 设计背景和参数介绍量杯式计量装置是容积充填法中的一种, 是通过容积来衡量充填物料的数量, 设备结构简单、充填速度快，但充填精度与物料比重稳定性有关, 一般比称量充填装置低, 常为1%。根据食用碘盐物料的特性、精度要求和售价，此种装置较能满足碘盐的计量要求。此次设计的参数要求为：充填速度 35 包/分钟；充填量 180g，充填精度1% 。2 工作原理量杯式计量装置形式很多，本文仅对一常用结构进行讨论如图 2-1。图 2-1 量杯式计量装置结构图有贮料斗 1、旋转盘 3、定盘 5、计量杯 4( 包括固定杯 7、可调杯 8) 、上刮板 2、下刮板 9、调整机构 6 等组成。贮料斗固定在设备的上方, 下部装有均匀分布在旋转盘上两个或多个计量杯。可调杯上端套在固定杯外表面, 下端与定盘接触, 在定盘上滑动, 固定杯与可调杯内表面组成的内腔为计量腔, 可调杯与定盘在调整机构作用下, 可上下滑动, 以改变计量腔容积。上刮板固定在料斗上且有两个组件( 收集板, 刮平板)组成, 保证旋转盘上不积物料和各计量杯之间料高一致 ; 下刮板固定在可调杯后, 与可调杯同步旋转, 并将可调杯渗出的物料刮至排料口落入包装袋中。当计量杯旋转到贮料斗下方时, 物料在重力作用下从料斗流入到计量腔中, 超出杯口的物料被上刮板刮走; 当计量杯又转到定盘的排料孔时 ,计量腔中的物料自动落入包装袋中, 完成一包碘盐的充填。3 设计内容3.1 贮料斗的结构设计3.1.1 贮料斗的材料根据食品卫生法要求与食品接触的所有部位, 必须选用防锈不锈钢材料或无毒的工程塑料,常选用1Cr18Ni9Ti、尼龙和聚四氟乙烯。3.1.2 贮料斗的形状防止物料结拱, 无死角和易于定位, 采用上圆柱下圆台形结构。料斗倾角 需大于碘盐的自然休止角( 55) ,一般选用 65 70。3.1.3 贮料斗的尺寸（式 3- 212310RHrRVG1）式中 G 贮料量, g;V贮料斗, ;3m碘盐比重;R贮料斗顶部半径, mm;r贮料斗底部半径, mm;H1贮料斗下圆台高度, mm;H2贮料斗上圆柱高度, mm;由于设计参数中充填速度 35 包/分钟，充填量 180g，即每分钟充填量 6300g，因此贮料斗的贮料量应不小于 6300g，避免下料不足。此次设计我取比重 =1.5，料斗倾角 =75，r=50mm，H1=137.5mm，R=H1/tan=100mm，因此R=r+R=150mm，H2=12.5mm。由公式 3-1 计算可得 G8345g6300g，设计满足要求。3.1.4 贮料斗结构图3.2 计量杯的设计3.2.1 计量杯的材料固定杯: 1Cr18Ni9Ti 不锈钢材料可调杯: 因其套在固定杯的外表面且之间有相对运动, 并还在定盘上滑动 , 为减小磨损与摩擦, 所以需选用耐磨与减摩材料。如尼龙 6 或聚四氟乙烯塑料。3.2.2 计量杯的数目常有 1、2、3、4、5、6、8 等, 如何选择一合适数量, 主要以充填速度与精度、单或双工位数、加工成本等因素综合考虑。合理利用设备性能, 最大量地提高充填速度是设备关键所在。保证充填速度可从设备工作速度和计量杯数量来分析。在设备工作速度一定情况下, 计量杯数量越多, 单位时间充填次数就越多; 若计量杯数量一定, 工作速度越快, 充填速度也就越高, 但计量杯数量增大, 加工难度与加工成本就相应提高; 工作速度提高 , 设备磨损就会增大, 也就是设备寿命会缩短, 所以, 片面地提高某一参数都会产生不良影响, 因此必须均衡考虑, 才可以达到理想结果。根据实践经验,计量杯数量选用偶数易于旋转盘分度, 便于加工 ;对双工位而言, 充填需错开, 有利于充填后的封口和装大袋, 常选用奇数较适宜。本次设计充填速度并不高，充填量小，故而选 4 个计量杯。3.2.3 计量杯的形状固定杯和可调杯包围的内腔容积。（式 3-212h4DV调定2）式中 V计量杯容积, ;3mV 定固定杯内腔容积, ;V 调可调杯内腔包围的有效容积 , ;3D1固定杯内腔直径, mm;D2可调杯内腔直径, mm;h1固定杯高度, mm;h2可调杯有效高度, mm;碘盐比重常在 1.0 1.5 范围内变化, 所以 V 调必须能适应碘盐比重的变化, 从而可保证量杯的计量精度。常 V 定= 70%V、V 调= 30% V。D1、D2 的选取: 与充填量、贮料斗下料口直径、旋转盘直径等因素有关, 充填量为 180g, 贮料斗下料口直径 50mm 时, 常取 D1= 40mm、D2=10mm+ D1=50mm。h1、h2 的确定 : 计量杯容积 V=180*1000/1.5=120000 。V 定= 70%V=84000 ，V 调= 30% 3m3mV=36000 。3m由式 3-2 计算可得 h1=66.8mm，h2=18.3mm。3.3 旋转盘的设计3.3.1 旋转盘的材料1Cr18Ni9Ti 不锈钢材料3.3.2 旋转盘的形状从结构上旋转盘直接与取支撑作用的传动轴相连, 因盘是匀速旋转 , 所以转动惯量越大, 转动惯性就越大, 可减小外界冲击对设备的影响。但旋转盘直径和质量与计量杯数和选材厚度有关,为减少设备造价, 保证盘面刚性及工作要求, 盘径以固定杯的外延到盘边的最短距离不大于 1520mm, 盘厚取 10 12mm为宜。若为减小盘厚, 采用加筋焊接以提高盘面刚性, 易引取盘面变形, 且焊缝也易锈蚀。3.3.3 零件图和装配图3.3.4 旋转盘三维图4 计量精度的影响因素影响计量精度的因素很多。常有料压、计量杯设计与加工误差、碘盐的比重稳定性、排料时间、旋转盘和定盘的平面度、以及调整机构的螺距大小等有关, 下面主要对料压 , 计量杯设计误差, 排料时间来进行研究。4.1 贮料斗对旋转盘的料压假定贮料斗出料口的中心线与计量杯中心线在铅垂面内重合。H 为贮料斗上料位到旋转盘上平面的距离。料压对旋转盘的压力 P:（式 4-P1）由上式可以看出: H 发生变化时, P 也随着发生变化, 也就是说贮料斗中的物料对量杯中物料的压力也跟着改变, 此压力改变必然影响计量杯中的物料密度, 也就影响了计量精度, 所以P 值的变化范围需严格控制, 而P 值的变化范围与上下料位之间距离有关。若图中H 位为上料位, 下料位需通过电控来设计, 当物料达到上料位时, 计算机自动控制加料设备停止工作, 随后延长一段时间后再启动, 延时时间的长短由调试时不影响计量精度前提下来确定。4.2 计量杯设计误差若固定杯内径公差 、固定杯高度公差 , 可调杯内径与固定杯外径采用间隙配合, 假定可10D1h调杯内径公差为 , 高度为 h2, 因为可调杯可上下运动, 设计时可考虑 h2 的误差值对计量精度2无影响。固定杯内径为 D1、高度 h1 时的容积:1214hV根据全微分原理, 将上式全微分得: 12114hDd将 代入上式得,12112V由上式可知, 因设计精度的存在对固定杯的理论容积产生了影响, 影响值为 dV1。同理可得出可调杯容积变化: 22Dhd将上 dV1 与 dV2 两式相加得: 2121214DhVdV 为设计精度对计量杯容积的影响。若碘盐的比重为 , 则 dG=dV, dG 为因设计精度存在对计量精度的影响值。由前可知: 量杯式计量精度为 1.0%，而影响计量精度的因素很多 , 所以 dG 的绝对值越小越好, 一般要求 , 若大于 0.2% 需重新考虑计量杯设计精度。%2.01Gd4.3 排料孔尺寸如图 4-1 为计量杯中的物料在定盘上卸料示意图。 计量杯在 A 点时开始卸料, 移到 B 点时, A 点处卸料结束, 但 A 点再继续移到 C 点, 计量杯卸料过程才算完成。所以计量杯通过 ABC 弧所需的时间也就是单杯的卸料时间。由图可知: 21OBC在直角 中22arcsin1RD在直角 中AO1arcsinarcsi12ri2i21 RD 为单计量杯卸料过程中在定盘面上扫过的角度。设计量装置有 n 套计量杯, 每分钟充填 N 包充填单包所需的时间:秒60Nt单每套计量杯在盘面上的等分角: 2单可推出: 单计量杯扫过 角时所需的时间 :nRrDNnt 15acsi2arcsi30图 4-