CN1038531C - 重量精确地提供松散物料的预定装料量的方法与装料装置 - Google Patents

Abstract

一种准确称量地将松散物料自动装注到运输袋中的方法和装置。松散物料的预定装料量通过周期性地测定重量差来控制重量差装袋秤的排料来达致，并通过流动装料套管直接装入袋内。预定重量的松散物料以稠密物流形式以最短路径通过流动装料套管直接装袋。大多数称量技术问题可在重量差称量容器的补加装料中不起不良作用地转移掉，并在装注过程中不会出现。特别是装袋转盘装置，可以达致最高小时生产率。

Description

重量精确地提供松散物料的预定装料量的方法与装料装置

本发明涉及一种精确地实现松散物料按预定重量装入运输容器、特别是装入口袋内的方法，还涉及一种自动装料装置。

除了传统的运输容器以外，大家知道在所谓包装工业领域内有专用于消费容器的装料和包装装置。通常此时提供的装料量为几百克，最大为几公斤。通常5-10公斤重量被认为是上限。这个量适应于销售和消费者方便使用，特别是方便从销售店送到最终消费者、例如送到厨房里。运输容器主要用于从一个加工部门到下一个加工部门的运输，传统情况是从碾磨厂运到面包或糕点工场。运输包的重量通常适合于男性工作人员，一般在20-100公斤之间。

实际上运输袋的装料形成三个自动化阶段，相应于下列特定要求：

-自动份量准备

 手工悬挂和封闭口袋

-自动份量准备

 手工悬挂口袋

 全自动封闭口袋

-自动份量准备

 全自动悬挂和封闭口袋

由此可见，在任何情况中份量准备都是所有自动化阶段的基础。核心问题在于，要在一个短的时间间隔内构成松散物料的份量并可精确地称量。同一种松散物料可以具有不同的状态，该物料在运输期间是否可能与空气相混合从而变成大体上类似流体的状态，或是机件的诸如热或冷的极端条件是否还对由此形成的松散物料与壁部之间的粘附力有影响。

与仑库圆形料仑设备的大小相比，口袋容量是小的份量。可是装料装置、例如中间仓库的选定尺寸还是大的。要是以3到4米的空间高度为起点来考虑，则装袋装置就需要1-2个楼层。

在散料秤后面使用至少一个称量散料供料斗，以便将全部称量物料在口袋前面收集在一个中间缓冲装置内，这同样需要高度。

不同于以往二十年来用槽罐运输和大容器运输来替代口袋运输的实践，现在的趋势又转到使用小型运输容器、也就是口袋。在很多国家中，职业协会要求将口袋重量从例如50公斤降低到25公斤，在相同产量吨数情况下，这样就使口袋数量增加一倍。因而对具有很高生产率的装袋工位的需求增大。对于特细的诸如水泥、石灰、塑料等工业产品来说最流行的是所谓阀式口袋。产品通过一个呈壶嘴状的装料套管从口袋的一个相当的小的阀门口装入。在达到所要求的重量后可以用备好的纸摺立即将袋口封闭。

上述阀式口袋的巨大优点在于，仅有很小量的产品与空气混合。该***的主要不足在于适用性受到限制。谷物、砂砾、面粉、糠和饲料等具有众所周知的极为不同的散料重量，因此装注到相同容量口袋中的不同的产品就有不同的重量。

在传统的面袋中，在装满后封闭的纸袋或塑料袋中出现小量的空腔并无大碍，因为这种口袋在装了料后都要用缝纫机或借助于胶合剂进行紧密封闭的。

这种口袋适用于较长距离运输的简单件装货物，并且在许多方面看显然是一个便于“操作”的合适的单元。对于一些特殊物料，一些特殊标准、例如卫生问题、无尘装袋、振动装袋等问题成为重要标准在几乎所有的情况下，顾客要求每一个口袋都有精确的袋装重量。然而，只有通过高度自动化才能低成本地、重量精确地每小时装注大量的口袋。通常立法者对所谓净重装袋秤必须通过校准规程来维持一定的方法规则。为了达致预定的装料量，由此产生下列称量过程：

-称量容器的零位校准

-粗定量称量

-细定量称量

-静止状态

-检查装注量或额定重量

-根据情况对粗物料流与/或细物料流断开点进行校正。

在装袋产量较高时，零位校准以及装注量检查和由此产生的对细物料流断开点的校正只是循环进行，也就是例如每20次装料后进行一次。此外必须考虑到下列称重影响因素：

-粗物料流和细物料流的冲击压力

-多普勒效应

-粗物料流和细物料流的补加物料流

-在不同装袋重量情况下不同的落差

几十年来，为了所提出的特殊任务，产生了所谓装袋秤，使用最为普遍的是净重装袋秤。在装袋秤本身中先精确地准备预定的份量重量，在将一个空口袋悬挂到一个装袋套管上以后，在尽可能最短的时间内将此份量装注到口袋中。按这种方式可以每小时备好几百个直至1000个以上的份量，并将产品装进相应数量的口袋中。如今在很多使用场合都要求有高得多的生产率，例如每分种达到2000份。

净重装袋秤以突发方式排空装料重量并以很高的生产率进行，因此产生一些必须认真对待的问题。口袋因装料造成空气排出而剧烈鼓起，并且还须额外承受装料的重量。而且粉状散料在排空期间吸收了大量空气，因此装袋套管的排气就是另一个众所周知的问题。为了达到最佳排气并快速装料，装袋套管应先成尽量大。为了达到高生产率，前提是高度自动化，因而使用一种自动口袋悬挂器。但是大的装袋套管要显著地损害机械式口袋悬挂器的功能可靠性。对于那些由于存在密封件而可能减小其容积的产物来说，为了缩小其最终包装来节省昂贵的袋料，密封时间由于产品有剧烈流动而增加，从而使装袋生产率降低。

设置一个秤-装料-漏斗用作从秤到装袋套管的连接件。该漏斗内出现的悬置效应一方面影响到包装的重量准确度，而另一方面则对卫生有很不利的影响。特别是对那些极易附着的产品，不可避免的是特别要对装料漏斗进行经常的清理。

本发明的一个目的是在容器技术允许的条件下降低结构高度，并且特别要将在松散物料的移动路径上可能出现的干扰因素保持在尽可能低的水平。

本发明特别提出的任务是，尽量消除已知的缺点，缩短其包装过程，也就是提高生产率。

本发明的方法的特征在于，松散物料最好作为稠密物料流来进行装注，口袋内的装注重量在装料过程期间通过一个在此以前进行的自动重量差称量来达致。

如以后所示，采用本发明可在提高自动化程度、提高工作可靠性、提高生产卫生、而且特别是在提高生产率方面达致一个突破。以前整个从事于装袋工作的专业界曾试图对干扰因素的水平加以控制，虽然耗费很大，但只收到部份成效。

但是，采用新的发明，干扰效应中的主要部分就非常简单地不复存在，例如：

-粗物料流和细物料流没有冲击压力

-没有多普勒效应

-没有粗物料流和细物料流的补加物料流

-没有变化的落差

-没有称量散料供料斗和相应的尘区

-没有替换套管

另一组干扰源的影响会大为降低：

-只出现最小限度的流化

-镇实口袋内的松散物料所需的耗费和振动口袋的必要性降到最低程度

-装袋套管显著缩小

本发明可以有大量特别有利的结构设置。

本发明建议，装注份量可以通过测定重量差来控制重量差装袋秤的排出来周期性地备好，并通过一个装袋套管直接装注到口袋中。

为此，重量差称量***具有一个重量差称量容器，该容器设有松散物料定量配料装置和一个可控的产品排出装置以及计算机装置，根据从称量***来的重量值不仅控制口袋装料过程，而且还控制称量容器的装料过程。

最好是在每次或多次装注以后循环而交替地对重量差称量容器进行补加装料。在重量差称量装置中准备的份量相当于一个份量的1.5倍至最高5倍，最好是1.5倍至3倍，由此，使运输口袋可以装注10至100公斤的重量。

此外本发明还涉及一种自动装料装置，特别是为用于重量精确地达致预定装料量的口袋而设的自动装料装置，该装置具有一个秤以及定量配料装置和控制装置，其特征在于，该装置具有一个重量差装袋秤，该装袋秤设有一个可控制的产品排出装置，该排出装置可以将物料直接转送到一个装袋套管上。

因此不仅整个装料装置可以设计得更简单、更矮一些和更符合卫生，而且允许进行巨大的自动化措施，这样就可顺利地达到使装袋生产率提高一倍的目的。

本发明的装置可以有各种各样的进一步发展。在一个优选实施例中，重量差装袋秤的产品排出装置直接通到口袋悬挂装置的一个流动装料套管内。使称量过程可以改进的措施是，在重量差装袋秤的排料区端部配置一个可控制的关闭装置。

对于流动性不好的产品，本发明提出的方案是，该装置具有一个立式称量容器，一个可控制转数的、具有一个基本上水平设置的、排出从称量容器来的物料的排料螺旋输送机，以及一个从称量容器到排料螺旋输送机和重量差称量构件的过渡部，其中排出的物料由重力直接送到装袋套管内。此时重量差装袋秤最好不仅具有一个粗定量配料装置，而且还有一个细定量配料装置，重量差称量***具有至少一个粗定量配料秤以及一个细定量配料秤，其中粗排料装置和细排料装置均设计成受控的强制排料构件，最好设计成排料螺旋输送机。对于能自由流动的产品，本发明提出的方案是，将产品排出装置设计成带有可控定量活门的定量配料装置。

本发明的另一个很特别的优选结构设置是给一个装袋转盘装置设置重量差装袋秤，并在装袋转盘装置循环中通过一个装袋套管或是流动装料套管按各个预定份量进行装袋。

对最高装袋生产率的结构来说，最好是在设备内给装袋转盘装置的一个流动装料套管配置两个或多个重量差装袋秤。此时可以或是在串联运行中或是在短时间内按加倍的每小时生产率来备好份量。

证明特别有利的是，流动装料套管具有一个敞开的通道截面，该截面小于或大致相当于称量容器的产品排出装置的横截面。该措施也可以提高自动化程度，因为一个小的装袋套管易于实现挂袋装置快速机械运动。而且，相同的装袋套管可以用于大范围的、从例如20至100公斤的口袋。

高生产率装袋工位具有两个粗定量配料秤以及一个带有附属计算机装置的细定量配料秤，以及具有3-6个流动装料套管的装袋转盘装置。

这一配置允许建立一个精确控制产品移动的程序，因此，例如在按必须装袋的、规定的产品量装入后，没有地方再有剩余的产品，采用同样的装袋装置也可以快速地装备并实施产品变换。

下面借助于一些具有进一步细节的实施例来说明本发明。在附图中：

图1是一个带有重量差装袋秤的简单装袋工位的示意图；

图2示出跟一个装袋转盘装置配合的重量差称量装置；

图2a示出主装袋运动的过程循环；

图3、3a示出一个净重装袋秤的称量原理；

图4示出现有技术的净重装袋秤的重量-时间曲线；

图5示出新的重量差装袋秤的重量-时间曲线；

图6示出适用于例如每小时装1200个口袋的高生产率装袋装置的配置方式；

图6a示出图6的运动过程，相似于图2a；

图7示出一个相似于图1但设有口袋包装机的解决方案；

图8示出适用于流动性好的松散物料的一个4套管装袋转盘装置；

图9以较大比例示出适用于流动性不好的物料的重量差装袋秤。

现在参看图1。一个重量差称量装置1通过支柱2、一个台架3以及测重构件4支承在或是悬挂在顶盖5上。

该重量差称量装置1主要含有一个称量容器6、一个过渡部7和一个强制排料螺旋输送机8，该螺旋输送机由一台驱动电机9通过一个传动装置10驱动，并由一台计算机11控制。粗物料流定量配料和细物料流定量配料可以用一个具有2档转速的定量配料螺旋输送机来进行，或是细物料流定量配料通过一个单独驱动的、未示出的细物料流螺旋输送机来进行。

为使供料装置8不出现不可控制的空程，使出料开口16通过一个活板15通过计算机11可控制地打开和关闭。一个装袋头17具有一个装袋套管19以及一个口袋夹持装置20，该装料头独立于重量差称量装置1地支承在底面18上，而在图1中该夹持装置夹紧着一个口袋21。由进入口袋21内的产品所挤出的空气可能通过一个排气装置22逸出。通过一个橡胶膜23使产品供给头24与称量容器6防尘地相连接。一个产品供给输送机25通入上述供给头24内，该产品供给输送机25通过一个驱动电机26周期性地由计算机11、或是按照称量信号来控制。

在图2中示出一个直接位于装袋转盘装置31上方的重量差称量装置1，在该装袋转盘装置上可以见到装袋套管32、32′、32″。此时重要的还有，使口袋、特别是摺合的口袋、均匀地从下至上装注产品。一个镇实***、例如一个侧面镇实机33、通过振动和摆动运动很有效地镇实口袋内的产品，在粗定量配料和细定量配料时同样剧烈地由下向上镇实产品。按照使用要求还可以投入第二个侧面镇实机33，放置在装袋套管32′或32″的后面。在终止装袋和振袋以后将口袋下放到一条输送带34上，穿过一个封闭工位35并准备好运走。

在图2a中示出一个例如按图2的带有4个装袋套管的装袋转盘装置的时间过程图。曲线36说明在重量差称量装置1内的产品补加装注N的时间过程。曲线37表示产品从重量差称量装置1中排出的过程，其中G为粗物料流，F为细物料流和B为秤的稳定时间。曲线38表示转盘装置步进运动的时间过程，S表示一个装袋套管步进转动90°的时间。在曲线39内示有振动时间R，此时侧面镇实机33在镇实产品。

图3、3a和4用于阐明术语。此时G＝在称量容器中的产品，P＝冲击压力，D＝多普勒效应，N＝补加物料流，F＝落差。

图3和3a表示补加物料流量(以点示出的)是和落差有关的，在图3a中的补加物料流是小于图3中的。随着落差增大，松散物料的下落速度也增大。称量容器的横截面愈小，称量容器中的松散物料高度就增长愈快。由于在秤内的松散物料柱顶着下落的产品料流向上反增长，就发生一种类似于两辆汽车互相碰撞的现象。这种冲击力跟冲击在一个静止物体上的冲击力相比是较大的。在称量技术中这种现象称为多普勒效应。有效的最终重量在补加物料流已下落到称量容器内和秤也已处于稳定状态时才可以确定。这个以及其它的干扰因素必须在使用每个松散物料容器秤时要注意到，例如通过相应的时间延迟。在称量技术中按图4的重量-时间图是公知的。

在图5中示出在本发明的新方案的重量差散料秤内的重量-时间图。在所示的实例中示出秤装料-袋装料的一个变换循环。

对于重量差散料秤的补加装料来说约需1-2秒钟就使重量达到约25公斤。这里很重要的是，对于补加装料来说，除最后的口袋装料量外，并不是必须要补加到准确的预定重量，因为在重量差装料秤内的准确重量是在补加装料以后通过静止状态测定来确定并通知计算机的。此后装注重量通过重量差称量***控制按预定重量(FA)排料，首先是粗物料流，然后是细物料流。装注重量约在4秒钟内达到。现在特别引人注意的是，随着重量差散料秤的排料定量配料机构的关闭，更确切地说，在松散物料的最后碎屑离开称量部份的时刻立即进行秤内的实际重量的准确测定。补加物料流是已称量过的。多普勒效应、冲击压力等在达致装注重量时显然没有影响，因为这些干扰因素是在称量以外或在称量以后发生的。所有其他上述干扰因素均被排除出装注阶段范围外，并且被转移到补加装料阶段内，因而对于口袋装料和重量确定无碍。

在图6中示意性地示出一个完整的装袋设备。口袋由一个悬挂自动装置40悬挂到装袋转盘装置31的流动装料套管32上。口袋装料交替地由装料秤1与1′来完成，其中补加装料-装注交替地进行。细定量配料通过一台计算机41来控制，并对一个细定量配料秤发出相应的定量配料指令，该细定量配料秤也设置成重量差定量配料秤。通过计算机41，松散物料定量配料也可以通过从分配器44出来的定量配料螺旋输送机43、43′以及43″进行。该装袋转盘装置设计成六个套管转盘装置，其中第六个套管32′是为人手悬挂口袋设置的。

在图6a中示出相似于图2a的、图6所示的装袋装置的协调的功能流程图。其中K＝转盘装置；MWBC-GI＝重量差装袋秤，粗物料流I；MWBC-GII-重量差装袋秤，粗物料流II；MWBC-F＝重量差装袋秤，细物料流；R＝振动器。

在图7中示出一个所谓的口袋包装机的另一种更现代化的结构形式，该装置涉及一个独特的装袋套管。一个单独的口袋21，其悬挂情况相似于图1所示，此时一个伸缩套筒式装袋套管可作垂直运动V，这种结构可以防止在口袋21内生成任何积尘。这里装料是通过一个被驱动的装料螺旋输送机50进行的。垂直运动通过一个气动缸51进行。这种作为已公知的口袋包装机的装袋装置在图中是通过支柱53以相似于图1的方式被支承在底面上。工作人员通过一个输入装置预先设定所要求的参数来确定运动过程。然后装袋循环就通过一个控制装置54或是相应的称量控制装置55运行。

在图8中示出一个适用于流动性好的物料的、具有可调整排料定量配料活门61、61′的重量差称量装置60，来代替图1的设有强制排料装置的重量差称量装置1。可以通过气动缸62以及称量控制装置63选择各种不同的定量配料位置，以使口袋能快速而且是最佳地装料。现在就产生一些令人注目的组合效应。收集漏斗64设计成一个带有装袋套管32的结构单元。两个部份象供料头65那样通过一个支柱66牢固地支承在底板18上。称量容器6在从橡胶密封圈67至68的范围内具有上下相同的横截面，还带有固定的转换接头。现在通过一个空气平衡管69使所有在下面的从口袋挤出的空气通过大的横截面导向上面，因此在上面与下面之间既不产生灰尘问题，也不形成压差问题。

在供料头65内在一个供料斗70的下方配置有一个可控制的活门71，该活门通过一个气动缸72操纵。称量电子线路直接连接到一个控制箱73上，该控制箱发出主工作指令，也向一个部份自动的口袋夹紧装置74发出指令。

下面参看图9。产品物料流P1垂直地从上面进到适用于流动性不好的物料的一个重量差称量装置1中，并且该物料流又从下面流出，用P2表示。流量测定装置具有一个供给头102，该供给头通过托架104与台架103固定连接，并且被支承在底面105上。一个输入管106和一个导出管107一样均是固定不动的。称量部份108相对于供给头102以及相对于导出管107分别通过一个柔性橡胶密封圈109防尘地相连接。称量部份108含有一个直立的称量容器110，该容器在下部具有一个略带锥形的缩小段110′。称量容器110和锥形缩小段均设置成圆管状。在称量容器110与排料螺旋输送机111之间配置有一个过渡部112，该过渡部保证从称量容器110的直立管体到排料螺旋输送机111的水平管体的过渡有最佳的物料流动。如图1中所示，过渡部112从上向下具有一个大致恒定的横截面，而在实施例中则有一个从图形到矩形的形状。称量部份108沿周向设有例如三个重量测定值接收器113悬挂在台架103上。最令人注意的是，整个称量部份108还连同一个驱动电动机114悬挂在一起，因而使驱动电动机114与排料螺旋输送机111各朝一个相反的方向从称量部份108伸出，从而在一定范围内相对于中轴线115相互保持平衡。一个前置料斗116紧接地接在输入管106上，该料斗可由一个气动缸117和一个底活门118通过一个电子控制装置119以及一个气动信号变换装置120按可选用的程序进行控制，其中产品排出的额定值从一台外部计算机121获得，而实际值重量信号则从重量测定值接收器113获得。

前置料斗的容量低于称量容器110最大容量的50％，最好是约为30％至90％。然而在这里完全有意识地区别于一个重量差称量装置的常规使用，因为只有一部份可以预先存储来给称量容器装料，因而输入量也可按称量技术测定，如果没有附加的输入调节装置的话，这点对于测定生产的物料流是重要的。

称量容器具有大致相当于其直径双倍的高度，其中直径可以为0.3至0.6米。为此，管式螺旋输送机具有1.100至0.250米的直径。因此称量容器的横截面对管式螺旋输送机的横截面的平均比值为约1∶10。

在图9中还示出另一个特别令人注意的结构设置构思，其中用或是不用法兰跟驱动电动机114连接的排料螺旋输送机轴122可以通过一个牵拉机构123沿排料螺旋输送机111的轴线124方向作抽屉状移动来抽出。这样就可以满足对产物通道特别高的保洁要求。

在直立称量容器110内产品持续地沿垂直方向下落，借助于过渡部112使其直接导入排料螺旋输送机轴122的导入口内，并且水平地从称量容器110中排出，通过测量技术重新校验，再垂直地通过导出管107持续地排出。

Claims (15)

1.一种将预定装注重量的松散物料从一个称量容器(6，110)装入运输容器(21)、具体是装入口袋的装袋方法，其特征在于，从称量容器(6，110)分别排出进入运输容器(21)的松散物料份量通过称量容器(6，110)的重量递减的重量差按重量确定，并且松散物料份量的排出控制在松散物料的预定装注重量上。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，称量容器(6，110)在每次或多次装袋操作后进行补充添料，具体补充1.5至5袋的份量。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，排出的松散物料以稠密物料流进行装袋。

4.一种松散物料的装袋装置，这种松散物料装袋装置带有一个称量装置(1，1′，108)和一个控制装置，该控制装置将预定装注份量的松散物料从一个称量容器(6，110)排出进入运输容器(21)，其特征在于，称量装置(1，1′，108)设置成一个通过称量容器(6，110)的重量递减的重量差按重量监控分别从称量容器(6，110)排出进入运输容器(21)的松散物料份量、并且还将排出的松散物料份量控制在给定的松散物料装注重量上的受控重量差称量装置(1，1′，108)。

5.按权利要求4所述的装袋装置，其特征在于，该装袋装置设计成装袋转盘装置(31)。

6.按权利要求5所述的装袋装置，其特征在于，所述重量差称量装置(1，108)设置用来在装袋转盘装置(31)的循环中通过一个装袋套管或物料流装注套管(32，32′，32″)传递预定配量。

7.按权利要求6所述的装袋装置，其特征在于，两个重量差称量装置(1，1′)跟一个物料流装注套管工位相联系。

8.按权利要求7所述的装袋装置，其特征在于，另一个受控重量差称量装置(1)跟另一个物料流装注套管工位相联系。

9.按权利要求8所述的装袋装置，其特征在于，所述至少两个重量差称量装置(1，1′)相对调整成使它们将加进来构成预定松散物料装注重量的两个配量排出进入运输容器(21)内，该第一个配量按粗物料流(GI，GII)排出，而该第二个配量按细物料流(GF)排出。

10.按权利要求4所述的装袋装置，其特征在于，所述控制装置(8，11，61，111，121)具有至少一个可控制的活门(61，61′)。

11.按权利要求4所述的装袋装置，其特征在于，所述控制装置(8，11，61，111，121)包含有强制排料构件(8)、具体来说是一个排料螺旋输送机。

12.按权利要求11所述的装袋装置，其特征在于，所述控制装置(8，61，111)的出料开口(16)开向一个口袋夹持或悬挂装置(20，40，74)的装袋套管(32，32′，32″)，该装袋套管设计成物料流装注套管结构。

13.按权利要求12所述的装袋装置，其特征在于，所述物料流装注套管(32，32′，32″)的横截面小于或大约相当于控制装置(8，61，111)的出料开口(16)的横截面。

14.按权利要求11所述的装袋装置，其特征在于，在控制装置(8，61，111)的出料开口(16)处设有一个关闭装置(11、15)。

15.按权利要求4至14中之一项所述的装袋装置，其特征在于，

重量差称量装置(1，108)包含有一个带有重量差测重构件(4，113)的立式称量容器(6，110)；

控制装置包含有一个基本上是水平设置的、其转速可控制的排料螺旋输送机(8，111)，这个螺旋输送机的出料开口(16)开向装袋套管(17、19，32、32′、32″)；

在称量容器(6，110)与排料输送机(8，111)之间设置有一个过渡部(112)。

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