摘 要：自動(dòng)灌裝線設(shè)計(jì)的過程中，灌裝精度和效率是兩個(gè)重要的控制環(huán)節(jié)，其中灌裝精度主要體現(xiàn)在稱重精度方面，在確保高速度灌裝狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)更高的稱量精度，一直是灌裝設(shè)備設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)。要控制好灌裝精度就需研究分析影響它的各個(gè)因素，并對(duì)其重要環(huán)節(jié)加以處理及控制，以實(shí)現(xiàn)灌裝過程的穩(wěn)定及精準(zhǔn)進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：灌裝精度;自動(dòng)灌裝線;設(shè)計(jì)研究

涂料灌裝精度的影響因素主要是人、機(jī)、料、法、環(huán)的五個(gè)方面。以下我們對(duì)影響涂料灌裝精度的各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析并總結(jié)其有效的控制方式。

一、人員方面

在采用自動(dòng)稱重灌裝方式時(shí)，人員只需將空桶放到輸送線上，空桶在動(dòng)輥的作用下自動(dòng)送到稱重灌裝工位，并進(jìn)行定位自動(dòng)灌裝，因此在相關(guān)灌裝參數(shù)設(shè)定的狀態(tài)下，操作人員的差異性對(duì)灌裝精度的影響甚少。

二、機(jī)械設(shè)備方面

由于采用自動(dòng)灌裝機(jī)進(jìn)行稱重灌裝，因而設(shè)備方面是影響稱重精度的最主要原因，而設(shè)備方面的因素主要是以下設(shè)備結(jié)構(gòu)及電氣控制兩大方面。

（一）設(shè)備結(jié)構(gòu)方面

機(jī)械結(jié)構(gòu)的精度及穩(wěn)定性決定了設(shè)備的性能，自動(dòng)灌裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)直接影響著灌裝的計(jì)量精度，以下續(xù)一闡述各個(gè)機(jī)械環(huán)節(jié)的影響因素。（1）稱重傳感器，稱重傳感器是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量電信號(hào)的感應(yīng)裝置。出于生產(chǎn)及維護(hù)的需要，涂料稱重灌裝多采用單點(diǎn)式稱重傳感器。為確保稱量的精度，稱重傳感器的量程與對(duì)應(yīng)稱量物體的重量盡可能在同一級(jí)別。另外設(shè)計(jì)時(shí)盡可能將檢測(cè)物的重心設(shè)計(jì)在傳感器安裝位置的正上方，確保重量正常傳遞到傳感器上。（2）稱重平臺(tái)，稱重平臺(tái)是安裝在稱重傳感器上部的支架，以便于對(duì)灌裝桶進(jìn)行定位及將灌裝桶的重量傳遞給傳感器。為確保重量傳遞可靠，稱重平臺(tái)與傳感器需連接穩(wěn)定，平臺(tái)需有足夠剛性，避免灌裝時(shí)的彈性變形而影響稱量精度;另外由于灌裝物料為流體，平臺(tái)下部設(shè)計(jì)成防水結(jié)構(gòu)，避免水體觸及傳感器的引出線位而造成短路。（3）灌裝閥門，灌裝閥門是連接攪拌機(jī)出料口和稱重裝置的部件。在灌裝過程中，通過稱重傳感器的實(shí)時(shí)反饋來控制閥門排出漿料的多少，因而灌裝閥門的控制直接關(guān)系到灌裝精度的控制，為實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)快速控制，通常采用氣動(dòng)閥門。

涂料常用氣動(dòng)閥門有碟閥和閘閥兩種結(jié)構(gòu)，其中碟閥價(jià)格便宜，但在灌裝帶粘稠性的涂料時(shí)，由于其固有的閥板翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，在灌裝尾段時(shí)容易造成漿料短暫殘留在閥板面，導(dǎo)致計(jì)量精度出現(xiàn)偏差;而閘閥結(jié)構(gòu)相對(duì)來說，大大避免了尾料殘留的現(xiàn)象，因而全自動(dòng)灌裝時(shí)更傾向使用閘閥。另外為實(shí)現(xiàn)快速灌裝狀態(tài)下的精準(zhǔn)控制，閥門多采用兩段行程的結(jié)構(gòu)，即控制初期灌裝時(shí)采用大流量，尾段灌裝時(shí)采用小流量的方式進(jìn)行，尾段流量的控制是灌裝精度控制的重要環(huán)節(jié)。

（二）電氣控制方面

由于灌裝過程是通過稱重傳感器的實(shí)時(shí)反饋來控制閥門的打開和關(guān)閉。因此此過程的控制響應(yīng)速度直接影響著最終的計(jì)量精度，其中影響響應(yīng)速度的電氣環(huán)節(jié)主要是以下兩方面。

（1）氣源，氣源是氣動(dòng)元件動(dòng)力的源泉，要使灌裝閥門穩(wěn)定、靈敏地執(zhí)行動(dòng)作，需確保氣源的供氣穩(wěn)定、足夠的潔凈度及適宜的潤(rùn)滑性這三方面：①供氣穩(wěn)定，就是控制好工作氣壓的穩(wěn)定性。氣壓不穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致閥門氣缸的響應(yīng)速度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致灌裝重量的偏差。因而設(shè)備使用氣壓最好設(shè)定在0.4～05MPa狀態(tài)下，確保設(shè)備工作穩(wěn)定。②潔凈度，就是防止氣源帶入灰塵及顆粒物，以免造成氣動(dòng)元件的磨損或卡死，因而壓縮空氣引入設(shè)備時(shí)需加裝過濾裝置，保證其潔凈度。③潤(rùn)滑性，就是保證氣動(dòng)元件長(zhǎng)期處于潤(rùn)滑的狀態(tài)下工作，因而氣動(dòng)設(shè)備的工作氣源必要時(shí)加裝給油器，以保證設(shè)備穩(wěn)定。

（2）電控系統(tǒng)的響應(yīng)速度，電控系統(tǒng)的響應(yīng)速度直接影響著整個(gè)灌裝過程控制的靈敏度，也就影響著灌精計(jì)量的精度?？焖夙憫?yīng)的電控系統(tǒng)涉及以下三個(gè)環(huán)節(jié)的電控部件。①反饋環(huán)節(jié)，稱重方面的反饋環(huán)節(jié)主要是稱重傳感器，稱重傳感器的品牌參差不齊，其中傳感器成本最高的部分主要體現(xiàn)在模數(shù)信號(hào)處理的儀表上，這環(huán)節(jié)也限制著其反應(yīng)速度的快慢及精度的高低，其中梅特勒-托利多這個(gè)外資品牌也是我們用得最多、性能不錯(cuò)的品牌。②處理環(huán)節(jié)，電氣控制的處理環(huán)節(jié)主要是PLC方面，PLC作為程序處理及系統(tǒng)控制的核心，其作用不言而喻，其抗干擾性及處理速度直接關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。市場(chǎng)上通用的品牌有西門子、歐姆龍、三菱、松下等，其中西門子在本行業(yè)的應(yīng)用最為廣泛。③控制輸出環(huán)節(jié)，控制輸出環(huán)節(jié)即PLC處理后的輸出環(huán)節(jié)，通過繼電器、電磁閥控制氣缸執(zhí)行動(dòng)作。此電控環(huán)節(jié)在長(zhǎng)期的使用中，很少出現(xiàn)異常情況。雖然此環(huán)節(jié)對(duì)稱重計(jì)量精度的影響較少，但也不能忽略，因而我們選用繼電器的品牌多采用施耐德或松下，電磁閥等氣動(dòng)控件品牌多選用SMC或AirTAC。

三、材料方面

對(duì)于不同涂料，灌裝控制的精度也大不相同，需結(jié)合材料的性質(zhì)進(jìn)行分析。（1）流體中水體流動(dòng)性好，比重適中，不具粘稠性，灌裝最易控制，精度可控性最高;（2）白乳膠流動(dòng)性一般，比重是水的1.3倍左右，具有一定粘稠性，精度可控性中等，一般客戶要求精度偏差在150g范圍內(nèi);（3）真石漆流動(dòng)性相對(duì)更低，比重是水的1.5～1.8倍，具有一定粘稠性，以致精度更難控制，一般客戶要求精度偏差在250g范圍內(nèi)。

綜上所述，灌裝精度的控制會(huì)因漿體材料要求的不同，采用不同的控制方式，但總體來說采用成本更高的流量分段控制，都可達(dá)到預(yù)期的精度效果。

四、操作方法及規(guī)程方面

由于自動(dòng)灌裝全程采用自動(dòng)控制，在參數(shù)設(shè)定狀態(tài)下，員工只需負(fù)責(zé)放桶，操作方式簡(jiǎn)單，因而人員的操作方法及規(guī)程對(duì)灌裝精度的影響是可預(yù)見性的。人員在精度控制的操作方面，重點(diǎn)放在灌裝參數(shù)的設(shè)定上。

五、環(huán)境方面

環(huán)境方面的影響主要是環(huán)境溫度、灌裝時(shí)流體的壓力變化這兩方面影響最大。

（1）環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度偏低時(shí)，流體的流動(dòng)性也會(huì)降低，導(dǎo)致灌裝的控制難度提高，因而溫度太低不利于涂料的生產(chǎn)及灌裝，此時(shí)客戶需跟據(jù)實(shí)際情況調(diào)整灌裝參數(shù)或擇時(shí)生產(chǎn);（2）灌裝時(shí)流體的壓力變化，這方面涉及到灌裝時(shí)的具體使用環(huán)境。由于客戶通常是在攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行攪拌制作涂料，因而攪拌缸內(nèi)液面的高低直接影響著底部出料口的壓力及出料速度，當(dāng)攪拌缸滿缸涂料時(shí)，灌裝放料時(shí)漿壓最大，速度最快;隨著灌裝的進(jìn)行，攪拌缸液面下降，相應(yīng)灌裝放料時(shí)的漿壓降低，速度減慢，整個(gè)放料過程的壓力變化直接影響著灌裝精度的控制。現(xiàn)階段我們通過閥門兩段行程的控制，減少流體壓力對(duì)灌裝精度的影響，滿足客戶的預(yù)期精度要求。

綜述，要控制好灌裝的精度，就需控制好其主要的影響環(huán)節(jié)，其中為避免過多的不確定影響因素，涂料灌裝最好選用自動(dòng)灌裝設(shè)備的方式進(jìn)行，因而設(shè)備因素成為我們首要考慮及控制的對(duì)象，其中灌裝的閥門機(jī)構(gòu)更是灌裝精度的控制核心。為實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的灌裝控制，我們也針對(duì)不同的涂料設(shè)計(jì)了專門的閥門機(jī)構(gòu)，以滿足其使用的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹敦峰.油漆灌裝線的全自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā).2012.

作者簡(jiǎn)介：關(guān)世光（1978-），男，漢族，廣東佛山人，本科，機(jī)電助理工程師，從事灌裝自動(dòng)化產(chǎn)線設(shè)計(jì)，研究方向：涂料灌裝自動(dòng)化。