顆粒灌裝機(jī)料倉(cāng)的設(shè)計(jì)原理及步驟
2022-07-12標(biāo)簽：灌裝機(jī),制劑,器械
1灌裝機(jī)的工作原理
1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)主要有電子稱(chēng)重計(jì)量、控制、傳輸和封口部件等組成。傳輸部件是通過(guò)一個(gè)由電動(dòng)機(jī)控制的鏈板傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)包裝件的傳送；封口機(jī)構(gòu)按產(chǎn)品和板狀的不同自動(dòng)執(zhí)行封包、墊封或加蓋卷邊等功能；計(jì)量部件由稱(chēng)重傳感器及相應(yīng)的測(cè)量和顯示儀表構(gòu)成，完成對(duì)物料的稱(chēng)重分包與質(zhì)量顯示；單片機(jī)及其相應(yīng)的控制執(zhí)行電路承擔(dān)了定量稱(chēng)重包裝系統(tǒng)各個(gè)工序的自動(dòng)控制。
1.2原理
本系統(tǒng)以傳感器輸出信號(hào)為依據(jù)實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)定量包裝，其基本工作過(guò)程分喂料、稱(chēng)重、排料、夾袋等四個(gè)階段。
稱(chēng)重開(kāi)始時(shí)，控制器控制儲(chǔ)料斗的粗進(jìn)料閥和細(xì)進(jìn)料閥同時(shí)打開(kāi)，物料進(jìn)入稱(chēng)量斗。當(dāng)稱(chēng)量斗中物料質(zhì)量達(dá)到粗加料閥值時(shí)，粗進(jìn)料閥關(guān)閉，物料僅從細(xì)進(jìn)料閥流出，進(jìn)入細(xì)加料階段。當(dāng)稱(chēng)量斗物料量接近目標(biāo)值達(dá)到細(xì)加料閥值時(shí)，細(xì)進(jìn)料閥關(guān)閉，稱(chēng)量過(guò)程完成。接著套上包裝容器并觸動(dòng)夾具動(dòng)作，打開(kāi)稱(chēng)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(dòng)松開(kāi)，裝有物料的包裝容器落到傳送帶上，由傳送機(jī)構(gòu)送至封口裝置，完成封口工序。
2料倉(cāng)的設(shè)計(jì)
2.1料倉(cāng)的概述
固體料倉(cāng)是儲(chǔ)存固體松散物料的容器，它區(qū)別于儲(chǔ)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(wú)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(cāng)的種類(lèi)繁多，其結(jié)構(gòu)和制造工藝也相差甚遠(yuǎn)，構(gòu)成料倉(cāng)殼體的受力元件由倉(cāng)殼頂、倉(cāng)殼圓筒、和倉(cāng)殼錐體組成。倉(cāng)殼頂和倉(cāng)殼圓筒的結(jié)合部稱(chēng)肩部，倉(cāng)殼錐體和倉(cāng)殼圓筒的結(jié)合部稱(chēng)臀部，此兩部分的結(jié)構(gòu)根據(jù)料倉(cāng)的不同大小和形狀以及料倉(cāng)使用的不同材質(zhì)而有不同，我根據(jù)實(shí)際情況均采用焊接的結(jié)構(gòu)形式，以保證料倉(cāng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度。料倉(cāng)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(cāng)設(shè)計(jì)及計(jì)算
料倉(cāng)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮適宜的料倉(cāng)形狀和大小，裝卸物料用的運(yùn)輸裝置和在作業(yè)過(guò)程中的正確布置。散料在重力的作用下載料倉(cāng)里不是均勻的流動(dòng)，而要出現(xiàn)粒度和密度方面的不期望的不均勻組成， 料倉(cāng)的物料對(duì)倉(cāng)底和側(cè)壁產(chǎn)生壓力等等因素。
料倉(cāng)的基本要求
料倉(cāng)容積應(yīng)滿足貯存物料量的要求；
外形尺寸：橫截面最小長(zhǎng)度不小于1.2m；
高度不宜過(guò)高：成品倉(cāng)<4.5m，其它倉(cāng)與廠房匹配，不宜使物料過(guò)于壓實(shí)。
料斗形狀：選擇合理的形狀，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，內(nèi)外側(cè)應(yīng)有可靠的加強(qiáng)筋，內(nèi)表面光滑無(wú)毛刺。
綜上所述考慮到所承容積大、經(jīng)濟(jì)合理所以選擇料倉(cāng)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(shí)，單位體積質(zhì)量，稱(chēng)為容重。對(duì)其經(jīng)濟(jì)性和可靠性等多方面因素予以綜合考慮。鋁制料倉(cāng)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(cāng)。
2）設(shè)計(jì)壓力
固體料倉(cāng)設(shè)計(jì)壓力的適用范圍，一般按常壓考慮。因此規(guī)定設(shè)計(jì)壓力的適用范圍?。?00Pa～0.1MPa，即真空度取500Pa，設(shè)計(jì)壓力最大取0.1MPa。工程裝置中在固體料倉(cāng)的頂部根據(jù)工藝的要求有時(shí)有氮封，有時(shí)采用氣流輸送等情況，對(duì)于頂部有氮封（或其它作用的壓力）的料倉(cāng)，設(shè)計(jì)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(jì)壓力。過(guò)高的設(shè)計(jì)壓力會(huì)影響料倉(cāng)的使用經(jīng)濟(jì)性，而且實(shí)際使用壓力也被限制在一定范圍內(nèi)。
3）設(shè)計(jì)溫度
固體料倉(cāng)的使用溫度大都為常溫，我國(guó)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(cāng)殼的溫度可達(dá)幾十度，設(shè)計(jì)者決定設(shè)計(jì)溫度時(shí)應(yīng)考慮到料倉(cāng)所處的地理位置，由于固體料倉(cāng)一般不用保溫，倉(cāng)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(dāng)對(duì)儲(chǔ)存物料有加熱的要求時(shí)還應(yīng)考慮物料的溫度效應(yīng)及熱膨脹的影響。因此本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定料倉(cāng)的設(shè)計(jì)溫度范圍取料倉(cāng)所使用的倉(cāng)殼金屬允許的使用溫度，但由于通常料倉(cāng)的使用溫度不高，故倉(cāng)殼材料的許用應(yīng)力相應(yīng)給到200℃。
4）載荷的計(jì)算
料倉(cāng)所承受的載荷分為靜載荷和動(dòng)載荷。靜載荷為長(zhǎng)期載荷，動(dòng)載荷為短期載荷。料倉(cāng)倉(cāng)殼和支承部分的安全性和經(jīng)濟(jì)性很大程度決定于選擇合理的設(shè)計(jì)載荷。料倉(cāng)的設(shè)計(jì)壓力、儲(chǔ)存物料引起的壓力、料倉(cāng)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(fēng)載荷、地震載荷和料倉(cāng)在加料、卸料時(shí)所產(chǎn)生的沖擊載荷等屬于主要的動(dòng)載荷，此外連接管道和其它的部件對(duì)料倉(cāng)的作用力、支座的反作用力等都是應(yīng)當(dāng)考慮的載荷。
2.3倉(cāng)殼的垂直壓力與水平壓力
在進(jìn)行了大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了利用料倉(cāng)殼體壁面摩擦平衡載荷的函數(shù)關(guān)聯(lián)來(lái)計(jì)算垂直壓力和水平壓力，并確認(rèn)垂直壓力和水平壓力的比值是隨著料倉(cāng)的深度和料倉(cāng)的形狀而變化的，對(duì)料倉(cāng)的計(jì)算提出了新的解析方法。
目前各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)使用的計(jì)算方法不同，有采用經(jīng)典理論的計(jì)算方法，也有的采用了改進(jìn)的計(jì)算方法。我們認(rèn)為，從理論分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，采用“物料對(duì)倉(cāng)殼的垂直壓力與水平壓力的比值隨料倉(cāng)高度變化而變化”的理論來(lái)分析料倉(cāng)殼體的受力比較符合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們?cè)诰幹票緲?biāo)準(zhǔn)時(shí)采用這種解析方法，但是此方法對(duì)大型錐體料斗的解析過(guò)于簡(jiǎn)單，需要作一些調(diào)整。
1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)主要有電子稱(chēng)重計(jì)量、控制、傳輸和封口部件等組成。傳輸部件是通過(guò)一個(gè)由電動(dòng)機(jī)控制的鏈板傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)包裝件的傳送；封口機(jī)構(gòu)按產(chǎn)品和板狀的不同自動(dòng)執(zhí)行封包、墊封或加蓋卷邊等功能；計(jì)量部件由稱(chēng)重傳感器及相應(yīng)的測(cè)量和顯示儀表構(gòu)成，完成對(duì)物料的稱(chēng)重分包與質(zhì)量顯示；單片機(jī)及其相應(yīng)的控制執(zhí)行電路承擔(dān)了定量稱(chēng)重包裝系統(tǒng)各個(gè)工序的自動(dòng)控制。
1.2原理
本系統(tǒng)以傳感器輸出信號(hào)為依據(jù)實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)定量包裝，其基本工作過(guò)程分喂料、稱(chēng)重、排料、夾袋等四個(gè)階段。
稱(chēng)重開(kāi)始時(shí)，控制器控制儲(chǔ)料斗的粗進(jìn)料閥和細(xì)進(jìn)料閥同時(shí)打開(kāi)，物料進(jìn)入稱(chēng)量斗。當(dāng)稱(chēng)量斗中物料質(zhì)量達(dá)到粗加料閥值時(shí)，粗進(jìn)料閥關(guān)閉，物料僅從細(xì)進(jìn)料閥流出，進(jìn)入細(xì)加料階段。當(dāng)稱(chēng)量斗物料量接近目標(biāo)值達(dá)到細(xì)加料閥值時(shí)，細(xì)進(jìn)料閥關(guān)閉，稱(chēng)量過(guò)程完成。接著套上包裝容器并觸動(dòng)夾具動(dòng)作，打開(kāi)稱(chēng)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(dòng)松開(kāi)，裝有物料的包裝容器落到傳送帶上，由傳送機(jī)構(gòu)送至封口裝置，完成封口工序。
2料倉(cāng)的設(shè)計(jì)
2.1料倉(cāng)的概述
固體料倉(cāng)是儲(chǔ)存固體松散物料的容器，它區(qū)別于儲(chǔ)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(wú)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(cāng)的種類(lèi)繁多，其結(jié)構(gòu)和制造工藝也相差甚遠(yuǎn)，構(gòu)成料倉(cāng)殼體的受力元件由倉(cāng)殼頂、倉(cāng)殼圓筒、和倉(cāng)殼錐體組成。倉(cāng)殼頂和倉(cāng)殼圓筒的結(jié)合部稱(chēng)肩部，倉(cāng)殼錐體和倉(cāng)殼圓筒的結(jié)合部稱(chēng)臀部，此兩部分的結(jié)構(gòu)根據(jù)料倉(cāng)的不同大小和形狀以及料倉(cāng)使用的不同材質(zhì)而有不同，我根據(jù)實(shí)際情況均采用焊接的結(jié)構(gòu)形式，以保證料倉(cāng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度。料倉(cāng)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(cāng)設(shè)計(jì)及計(jì)算
料倉(cāng)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮適宜的料倉(cāng)形狀和大小，裝卸物料用的運(yùn)輸裝置和在作業(yè)過(guò)程中的正確布置。散料在重力的作用下載料倉(cāng)里不是均勻的流動(dòng)，而要出現(xiàn)粒度和密度方面的不期望的不均勻組成， 料倉(cāng)的物料對(duì)倉(cāng)底和側(cè)壁產(chǎn)生壓力等等因素。
料倉(cāng)的基本要求
料倉(cāng)容積應(yīng)滿足貯存物料量的要求；
外形尺寸：橫截面最小長(zhǎng)度不小于1.2m；
高度不宜過(guò)高：成品倉(cāng)<4.5m，其它倉(cāng)與廠房匹配，不宜使物料過(guò)于壓實(shí)。
料斗形狀：選擇合理的形狀，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，內(nèi)外側(cè)應(yīng)有可靠的加強(qiáng)筋，內(nèi)表面光滑無(wú)毛刺。
綜上所述考慮到所承容積大、經(jīng)濟(jì)合理所以選擇料倉(cāng)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(shí)，單位體積質(zhì)量，稱(chēng)為容重。對(duì)其經(jīng)濟(jì)性和可靠性等多方面因素予以綜合考慮。鋁制料倉(cāng)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(cāng)。
2）設(shè)計(jì)壓力
固體料倉(cāng)設(shè)計(jì)壓力的適用范圍，一般按常壓考慮。因此規(guī)定設(shè)計(jì)壓力的適用范圍?。?00Pa～0.1MPa，即真空度取500Pa，設(shè)計(jì)壓力最大取0.1MPa。工程裝置中在固體料倉(cāng)的頂部根據(jù)工藝的要求有時(shí)有氮封，有時(shí)采用氣流輸送等情況，對(duì)于頂部有氮封（或其它作用的壓力）的料倉(cāng)，設(shè)計(jì)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(jì)壓力。過(guò)高的設(shè)計(jì)壓力會(huì)影響料倉(cāng)的使用經(jīng)濟(jì)性，而且實(shí)際使用壓力也被限制在一定范圍內(nèi)。
3）設(shè)計(jì)溫度
固體料倉(cāng)的使用溫度大都為常溫，我國(guó)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(cāng)殼的溫度可達(dá)幾十度，設(shè)計(jì)者決定設(shè)計(jì)溫度時(shí)應(yīng)考慮到料倉(cāng)所處的地理位置，由于固體料倉(cāng)一般不用保溫，倉(cāng)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(dāng)對(duì)儲(chǔ)存物料有加熱的要求時(shí)還應(yīng)考慮物料的溫度效應(yīng)及熱膨脹的影響。因此本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定料倉(cāng)的設(shè)計(jì)溫度范圍取料倉(cāng)所使用的倉(cāng)殼金屬允許的使用溫度，但由于通常料倉(cāng)的使用溫度不高，故倉(cāng)殼材料的許用應(yīng)力相應(yīng)給到200℃。
4）載荷的計(jì)算
料倉(cāng)所承受的載荷分為靜載荷和動(dòng)載荷。靜載荷為長(zhǎng)期載荷，動(dòng)載荷為短期載荷。料倉(cāng)倉(cāng)殼和支承部分的安全性和經(jīng)濟(jì)性很大程度決定于選擇合理的設(shè)計(jì)載荷。料倉(cāng)的設(shè)計(jì)壓力、儲(chǔ)存物料引起的壓力、料倉(cāng)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(fēng)載荷、地震載荷和料倉(cāng)在加料、卸料時(shí)所產(chǎn)生的沖擊載荷等屬于主要的動(dòng)載荷，此外連接管道和其它的部件對(duì)料倉(cāng)的作用力、支座的反作用力等都是應(yīng)當(dāng)考慮的載荷。
2.3倉(cāng)殼的垂直壓力與水平壓力
在進(jìn)行了大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了利用料倉(cāng)殼體壁面摩擦平衡載荷的函數(shù)關(guān)聯(lián)來(lái)計(jì)算垂直壓力和水平壓力，并確認(rèn)垂直壓力和水平壓力的比值是隨著料倉(cāng)的深度和料倉(cāng)的形狀而變化的，對(duì)料倉(cāng)的計(jì)算提出了新的解析方法。
目前各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)使用的計(jì)算方法不同，有采用經(jīng)典理論的計(jì)算方法，也有的采用了改進(jìn)的計(jì)算方法。我們認(rèn)為，從理論分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，采用“物料對(duì)倉(cāng)殼的垂直壓力與水平壓力的比值隨料倉(cāng)高度變化而變化”的理論來(lái)分析料倉(cāng)殼體的受力比較符合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們?cè)诰幹票緲?biāo)準(zhǔn)時(shí)采用這種解析方法，但是此方法對(duì)大型錐體料斗的解析過(guò)于簡(jiǎn)單，需要作一些調(diào)整。
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