摘 要

本课题研究的固体颗粒称重系统是全自动固体颗粒物料装袋系统的配套设备，该系统能实现颗粒物料的自动化准确称量，摒弃传统的复秤称量，有效降低工人的劳动强度，极大提高物料称量的精度和效率，可广泛应用于各种工业场所中对颗粒物料的定量装袋，课题的研究具有较高的工程研究意义和实际应用价值。

论文通过总结已有产品的优缺点，提出一种针对特定物料（豆粕）的效率更高的颗粒物料称重系统方案，具体工作如下：

1）提出新方案并进行时序分析，确定最优方案；

2）结构设计计算与系统气路设计；

3）工程图绘制与三维建模；

4）对称重系统进行EDEM仿真。

本文中所设计的自动校秤装置，可实现误差补偿功能，确保了称量的精度要求；EDEM仿真结果表明本文所设计的称重系统对物料具有良好的通过性；各项指标满足设计要求，系统生产效率可达到现有成熟包装秤的1.55倍。

本文针对新型颗粒物料包装秤的结构设计进行了创新性的工作，基于离散元仿真结果的结构优化工作拓宽了固体颗粒称重的研究方法，并可将其广泛推广于颗粒物料自动化设备的研发工作。

关键词：颗粒物料；自动称重；结构设计；SolidWorks；EDEM仿真。

Abstract

The particles weighing system research in this subject can realize the automation of material accurately weighed, abandoned the traditional weighing ways which need to reply steelyard. This weighing system reduces the labor intensity of workers, and greatly improves the accuracy and efficiency of the material weighing. Besides, this weighing system can be widely used in various industrial sites for the granular material quantitative bagging. the research has high engineering significance and practical application value.

This paper has put forward a kind of high efficiency particulate material weighing system for specific material (soybean meal) after summarizing the advantages and disadvantages of the existing products. The main contents of this research are as follows:

1) New schemes are put forward and the time sequence analysis is performed to determine the optimal scheme.

2) Design calculation of structure and design of gas path of the system.

3) Engineering drawing and 3D modeling.

4) EDEM simulation of weighing system.

The automatic calibration device in this weighing system has error compensation function, which ensure the accuracy of the weighing requirements, and the indicators meet the design requirements. The EDEM simulations showed that the material flowrate in the weighing system can meet the requirements .The productivity of this weighing system is 1.55 times faster than the mature products existing.

This paper has finished an innovative work according to the model of granular material packing scale structure design and research. the simulation that based on discrete element simulation results of structure optimization efforts to broaden the research method of weighing the solid particles, which can be widely promoted in granular material automation equipment research and development work.

Key Words：particles ; packing scale ; Structure design ; SolidWorks ; EDEM simulation.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 颗粒物料称重系统研究背景和现状 1

1.2.1 研究背景 1

1.2.2 国内外研究现状 2

1.3 本文研究内容 5

1.3.1 目的与意义 5

1.3.2 本文完成的主要工作 5

1.4 本章小结 6

第2章 原理方案设计及时序优化 7

2.1 总体设计要求 7

2.1.1 系统功能描述 7

2.1.2 系统性能指标 7

2.2 总体方案设计 7

2.2.1 总体思路 7

2.2.2 方案描述 9

2.3 各方案时序图的绘制 12

2.3.1 时序图介绍 12

2.3.2 时序图绘制 12

2.4 方案比较与结论 17

2.4.1 各方案比较 17

2.4.2 本章小结 18

第3章 总体结构设计 19

3.1 设计方案原始资料 19

3.1.1 方案工作流程的介绍 19

3.1.2 原始设计资料 20

3.1.3 总体设计思路与内容 21

3.2 各模块结构设计 21

3.2.1 称重模块设计 21

3.2.2储料斗模块设计 32

3.2.3 给料模块设计 39

3.2.4 卸料斗设计 40

3.2.4 机架设计 40

3.3 系统气路设计 41

3.3.1 各料斗门受力计算及气缸选型 41

3.3.2 气路设计 45

3.4 本章小结 46

第4章 颗粒物料高效称重系统的三维建模与EDEM仿真 47

4.1 离散元法与EDEM 47

4.1.1 离散元法 47

4.1.2 EDEM软件 48

4.2仿真思路 48

4.3 EDEM实体建模 49

4.3.1 各零部件、组件三维模型的创建 49

4.3.2 模型的导入 51

4.3.3 运动参数设定 52

4.4 EDEM颗粒建模 52

4.5 仿真求解过程 53

4.5.1 物理参数的设定 53

4.5.2 颗粒工厂的设定 54

4.5.3 仿真求解器的设定 54

4.6 仿真结果与分析 55

4.6.1 各料斗门处于开启状态的仿真 55

4.6.2 模型各料斗门按预定的时序运动的仿真 57

4.6.3 本章小结 60

第5章 总结与展望 61

5.1 研究总结 61

5.2 经济性分析 62

5.3 今后工作的展望 62

参考文献 63

附录 65

致谢 66

第1章 绪论

• 1. 引言

随着经济全球化的进程不断推进，我国已成为世界制造大国，特别是在在电子、机械、食品、化工等行业，产品年产量居世界前列。科技的发展使企业生产能力不断提高，这对商品包装计量机械提出了更高的要求。近年来，高效稳定的全自动化包装系统不断进入们的视野，特别在化工、食品、饲料、粮食等生产颗粒物料的企业，自动装袋系统起着越来越重要的作用，而面对竞争日益激烈的市场，将高速、准确的称重应用在产品生产、加工过程中，有助于提高效率，降低成本，节能减排。同时，提高颗粒物料包装系统效率的关键在于定量秤重水平的提高，因此动态物料高速定量称重，目前正是国际上相关科研院校和衡器制造企业的热点研究领域^[1]。

• 1. 颗粒物料称重系统研究背景和现状
     1. 研究背景

称量技术在近百年的历史中，大致经历了机械式的模拟称量、电气时代称量和电子称量时代、数字化称量及微机智能化称量、模型化称量四个发展阶段。近年来称量技术及电子衡器的发展趋势为：小型化、模块化、智能化、集成化、综合性、组合性^[2]。对于颗粒物料称重系统，高速、高精度、自动化是其发展方向，而此类称重系统，多用在生产线、包装线以及储运上，因此对颗粒物料高效称重系统的研究，主要从动态称重、自动称重、定量包装秤等方面着手，分析和优化现有技术，紧跟行业发展，进而提出新的适用于颗粒物料的自动定量动态称重方案。

自动称重设备主要由给料系统、称重计量系统、装料系统、包装夹持系统、整机控制系统等组成。目前的称重系统有皮带秤、核子秤、定量包装秤等，且衡器正在向智能型数字化、网络化、多功能与集成化方向发展^[2]。核子秤因其精度影响因素过多，应用较少；皮带秤称重准确度低，虽然已出现高准确度等级的皮带秤（阵列式皮带秤、三桥称重皮带秤等），但在饲料包装这种附加值较低的行业，用皮带秤并不划算。根据比较分析，固体颗粒称重系统更适合使用非连续称重式定量秤。