粘性物料分装机连续填充计量装置的研究设计

孙 涛,董可宏,刘 影

(黑龙江省农业机械工程科学研究院 牡丹江分院，黑龙江 牡丹江 157000)

0 引言

随着生活水平的提高，人们对健康的认识也不断增强，越来越多人开始关注保健营养食品，很多初级营养食品需要保持充足的水分，保证在后续的高压灭菌处理和蒸煮过程后，仍保持营养价值的均衡和更佳的口感。初级食品(物料)保存水分就会额外增加一定粘性，现有的分装机在称量粘性食品(物料)时，由于食品(物料)具有一定粘性就会粘在计量容器中，使入袋后的食品(物料)重量与实际计量存在误差，误差值经常超过产品重量误差范围，因此，现有粘性初级食品(物料)入袋大部分采用人工称装，不但费时费力，计量不精准，且包装效率低。

鉴于此，针对上述现有分装机存在的技术问题进行了深入研究，结合应用实际，设计一种粘性物料连续填充计量装置，用于解决粘性食品(物料)的连续填充计量问题，达到计量过程精准，不粘连计量容器内壁，节省人工，提高分装质量的目的。

1 整体结构与工作原理

1.1 整体结构

如图1所示，连续填充计量装置由料仓、计量装置、调节装置、抹平装置、怼塞装置及内置于控制箱动力、控制系统和气动控制装置等组成。

1.2 工作原理

通过调节装置带动调节圆盘沿转轴上下平动，而使上量杯嵌入下量杯的数值发生变化，通过容器腔体积量的变化标定物料的量，直至将体积调至预定计量值。将控制箱内相应装置开关依次打开，分装机工作，驱动转轴旋转，带动调节圆盘和上圆盘同轴转动，物料从料仓流出至上圆盘，进行物料的连续填充。当上量杯和下量杯配合形成的容器腔在a区域和b区域(图2)填充满物料后，转动至抹平装置处，由抹平装置去除多余的物料。继续转动至怼塞正下方c位置(图2)时，转轴停止转动，端盖自动打开。此时，气动装置控制怼塞由初始位置(上量杯的上端面)向下运动至终止位置(下量杯的下端面)，将上量杯和下量杯容器腔中的物料全部怼入包装袋中，然后在气动控制装置的控制下，怼塞返回到初始位置，端盖自动关闭，至此完成一次物料填充、计量、出料、怼送物料入袋的完整过程。然后，转轴继续旋转，带动调节圆盘和上圆盘同轴转动，依次循环上述步骤，实现粘性物料的连续填充、计量、分装过程。

1.转轴；2.上量杯；3.上圆盘；4.抹平装置图2 填充计量装置俯视图

2 主要系统、装置的设计

2.1 动力、控制系统的设计

控制箱内置有动力装置、气动控制装置和PLC控制系统，采用PLC控制技术实现相关装置的工作控制要求，如控制转轴间歇旋转、端盖的开关，气缸柱塞杆的上、下运动等。

由于物料填充、计量、出料是圆周间歇运动过程，采用三项异步电机和凸轮分割器、离合器等动力输出组合，将电机转动输出转变为计量装置的圆周间歇运动，电机的转/停由PLC控制继电器的通电/断电来实现。

气动控制装置由空气压缩机、可调行程气缸、回转气缸及电磁阀、调压阀等气控原件组成。由PLC控制电磁阀的通电/断电实现可调行程气缸、回转气缸的动作控制，控制气缸柱塞杆的往复运动及端盖的开/关，并由位置传感器检测气缸是否完成规定动作。

2.2 连续填充计量装置的设计

如图2、图3所示，填充计量装置由多个上量杯、多个下量杯、调节圆盘和上圆盘组成。上圆盘固定安装于转轴上部，随转轴间歇旋转，多个圆形上量杯贯穿且沿圆周均匀布设在上圆盘下端部，上量杯的上端口面与上圆盘的上平面处于同一水平面；调节圆盘滑动安装于转轴下部，亦随转轴间歇旋转，多个圆形下量杯贯穿且沿圆周均匀布设在调节圆盘上端部，下量杯的下端口面与调节圆盘的下平面处于同一水平面，每个下量杯的下端口处都设置有自动开关的端盖。填充计量装置通过体积计量的方式实现物料定量，即由每个上量杯一一对应嵌入到下量杯内，配合形成容器腔来定量物料；通过调整上量杯嵌入下量杯的数值实现容器腔体积量变化，进而匹配物料计量的变化需求。

1.上量杯；2.下量杯；3.调节圆盘；4.上圆盘图3 填充计量装置主视图

2.3 调节装置、怼塞装置的设计

图1中的调节装置包括调节板和调节螺杆，调节板一端与调节圆盘底部铰接连接，另一端与调节螺杆铰接连接，调节螺杆通过螺纹可拆卸连接在机架上。通过调节螺杆的旋转运动，带动调节板跟随上下平动，进一步带动调节圆盘沿转轴上下移动，实现上量杯嵌入下量杯数值的变化，通过容器腔体积量变化标定物料的体积量。

怼塞装置位于上圆盘一侧上方，包括可调行程气缸和怼塞，怼塞圆周表面密布韧性刷毛；可调行程气缸固定连接于机架上，怼塞安装于气缸的柱塞杆头部；怼塞外径略大于上量杯内径。当填充计量装置转动至怼塞正下方c位置(图2)时，怼塞中心与所述上量杯中心垂直对应，气动装置控制怼塞由初始位置向下运动至终止位置；在运动过程中将上量杯和下量杯的物料全部怼入包装袋中，然后怼塞返回到初始位置。

3 主要技术参数

分装范围：50～100 g；

分装精度：<2%；

分装速度：15～25 包·min-1。

4 结论

粘性物料连续填充计量装置解决了粘性大、流动性差物料的分装问题，设备结构简单、成本低，采用PLC控制技术，工作稳定可靠，在保证精度与稳定性的前提下，实现了物料的快速充填，可独立使用也可与供料机、给袋机配套使用，适用于小颗粒物料的计量分装。