1 前言
大米是我国人民*主要的食粮，根据近年来的统计，我国人均年消费大米约100公斤左右。随着市场经济的逐步发展，商品大米的包装也从计划经济时代的100公斤大麻袋出厂、散装销售，逐步过渡到10公斤、15公斤的塑料编织袋袋装销售。近些年，为适应城镇人民生活水平的不断提高，许多厂开发出新品种加工米：免淘洗米、强化米、胚芽米、特优米等等，这些精品米采用了5公斤、2.5公斤包装。但是，被业界技术专家普遍认同的、有显著的防霉、防虫、延缓陈化的效果的大米气调保鲜包装技术尚未得到应用。为此，我们开发了大米气调保鲜自动包装机，对其关键部件之一的自动称量装置进行了一系列的试验研究，现简介如下。
2 下料机构的试验研究
对于散粒物料的称重，下料机构常用的有电磁振动型、皮带输送型和自重直流型等结构形式。电磁振动型对各种物料的适应性好，落料重量的随机性较小，称量精度易于保证，但结构复杂，体积较大，成本高，且振动和噪音较大。皮带输送型对不同物料也有一定的适应性，称量精度也较高，缺点同样是结构复杂，体积较大，成本较高，漏料是普遍问题。自重直流型对各种物料的适应性不是太好，落料重量的随机性较大，称量精度的控制将是其关键问题；但自重直流型结构简单、紧凑，体积较小，成本低。根据大米自动小包装机的工作对象和特点，我们以选用自重直流型下料机构为宜。因而，为了保证称量精度的控制，下料装置的研究将是其关键问题之一。
通常的自重式直流型下料装置，一般都采用双料口（双门）下料，即大料口负责主要的下料任务，能尽快地下料到接近设定重量； 小料口只是补充差额到设定重量。经过反复试验，由于大料口下料时，落料重量及其冲击力、残留料柱重量的随机性大，致使称量高精度和高速度的矛盾不易解决，达不到较高的要求。为此，又设计了三料口（三门）、四料口（四门）下料器。四料口下料器的各料口从大到小分别设为1、2、3、4号，下料时各料口同时落料至等于或略大于*重量值，1号料口关闭；2、3、4号料口同时落料至等于或略大于第二重量值，2号料口也关闭；3、4号料口同时落料至等于或略大于第三重量值，3号料口也关闭；仅剩4号料口落料至设定重量值，4号料口也关闭，下料完成。试验装置的1、2、3、4号料口的落料面积分别为30、18、8、3.2㎝2，实验测得落料流量平均值（50次）分别为1977.1、1072.5、119.8、54.4 g/s，落料流量标准差S1、S2、S3、S4分别为44.61、31.22、5.16、2.01 g/s。可以从实验结果清楚地看出，不同的落料面积对落料流量标准差的影响是很大的。
达到*重量值时，由于落料重量及其冲击力、残留料柱重量的随机性大，误差很大。仅从落料流量标准差的角度，按一般的3σ原则可以认为其误差范围在±249 g/s之间，其可信度为99.7%。但从包装精度的要求看，选择±5σ，即误差范围在±415 g/s之间，其可信度为99.99995%，落在此误差范围之外的概率仅为千万分之五。落料流量标准差是定时试验结果（即控制器从发出开门指令到发出关门指令的时间为1秒，在此设定时间内的落料试验结果），从表面上看它并不反映落料冲击力和残留料柱重量的影响（对于标准称重量而言，前者的影响为负，后者的影响为正）。但落料冲击力和残留料柱重量的不均匀性，实质上主要是由落料流量的不均匀性引起的，所以落料流量标准差可以在很大程度上反映定量试验结果（即设定标准称重量，分别由各料口单独落料的试验结果），验证试验证明了这一点。
以称量5㎏为例，考虑到以后2、3、4号料口的工作，再将上述误差范围扩大约一倍，即*重量值设为4200 g，由于*重量值与标准称重量值之间的差距留为800 g，误差对*终的称量结果不会产生影响。达到*重量值的称量时间为4200/（1977.1+1072.5+119.8+54.4）=1.303 S。第二重量值的误差范围在±191.95 g/s之间，第二重量值设为4700 g，第二重量值与标准称重量值之间的差距留为300 g，达到第二重量值的称量时间为（4700-4200）/（1072.5+119.8+54.4）=0.401 S。第三重量值的误差范围在±35.85 g/s之间，第三重量值设为4900 g，第三重量值与标准称重量值之间的差距留为100 g，达到第三重量值的称量时间为（4900-4700）/（119.8+54.4）=1.148 S。4号料口的误差范围在±10.05 g/s之间，这便是*后达到的包装精度。鉴于试验证明，残留料柱重量大于落料冲击力约50 g（系统误差），所以设定重量值为4950 g，达到设定重量值的称量时间为（4950-4900）/54.4=0.919 S。总称量时间为3.77 S。这既保证了*终的称量结果有足够的高精度，同时，又保证了称量的高速度。
由此可见，较之双料口下料器，四料口下料器的优越性十分明显。不过上述实验用四料口下料器，在各料口面积大小的分配上，还不甚合理。实验证明，与三料口下料器相比，在精度和速度方面优越性并不十分明显。三料口下料器的下料过程与四料口下料器基本相同，但结构要简单许多。因而，试验结果选择了三料口下料器。三料口下料器的大下料口（大门）、中下料口（中门）、小下料口（小门）的落料面积分别为110×70㎜、70×20㎜、20×20㎜，落料流量平均值分别为4721.45、827.17、64.21 g/s，实验测得落料流量标准差分别为130.46、39.67、2.67 g/s。各料口的误差范围分别在±652.3、±198.35、±13.35 g/s之间。以称量5㎏为例，*重量值设为4300 g，第二重量值设为4890 g，设定重量值为4955 g（消除残留料柱重量大于落料冲击力的系统误差），达到各重量值的时间分别为0.766 S、0.662 S、1.012 S，总称量时间为2.44 S。整机试验证明，称量误差范围为±15 g，称量速度可达2.5 S，与试验设计的理论值基本吻合。也很好地解决了称量的高精度和称量的高速度之间的矛盾。
在料门形式上，设计试制了摆式弧形料门、垂直往复式直插料门、水平往复式直插料门，进行对比试验。考虑摆式弧形料门在气动控制元件的布置与安装方面，以及结构复杂性方面的问题，未予采用。垂直往复式直插料门，在气动控制元件的布置与安装方面，较为方便，但较易楔紧物料而卡住。试验结果选择了水平往复式直插料门。
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