從專利角度談粉料細(xì)微供料技術(shù)

孔凡玲

摘 要：粉料的包裝離不開計(jì)量，粉料細(xì)微供料技術(shù)直接影響計(jì)量的精確度以及速度，進(jìn)而影響包裝質(zhì)量。本文介紹了粉料細(xì)微供料技術(shù)的技術(shù)背景，闡述了粉料細(xì)微供料技術(shù)的全球發(fā)展趨勢，并重點(diǎn)介紹了粉料細(xì)微供料技術(shù)的螺桿計(jì)量，閥門計(jì)量，組合式計(jì)量，其他計(jì)量方式如皮帶給料，轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量等技術(shù)分支的技術(shù)發(fā)展歷程。

關(guān)鍵詞：粉料；細(xì)微供料；螺桿；閥門；組合

1 背景

粉體的包裝離不開計(jì)量充填機(jī)械，計(jì)量充填機(jī)械一般由物料供給裝置、計(jì)量裝置、下料裝置等組成。計(jì)量充填機(jī)械大體分為三類：

（1）容積式充填機(jī)。將產(chǎn)品按預(yù)定容量充填到包裝容器內(nèi)，體積較小，計(jì)量速度高，計(jì)量精度低；

（2）稱重式充填機(jī)。將產(chǎn)品按預(yù)定質(zhì)量充填到包裝容器內(nèi)。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，計(jì)量精度高，計(jì)量速度低；

（3）計(jì)數(shù)式充填機(jī)。將產(chǎn)品按預(yù)定數(shù)目充填到包裝容器內(nèi)。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)量速度較高[1]。

容積式充填機(jī)，對粉狀、顆粒狀、液體、膏體等形式的物料以一定容積的裝置進(jìn)行計(jì)量和充填，又分為量杯式、插管式、柱塞式、螺桿式、料位式、定時(shí)式等幾種；稱重式充填機(jī)，利用稱重方法進(jìn)行計(jì)量，常用于計(jì)量精度要求較高的粉料狀物料，又有動(dòng)態(tài)秤量、靜態(tài)秤量、間歇秤量和連續(xù)秤量之分[2]。

隨著包裝業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的容積法計(jì)量是無法滿足計(jì)量精度的，由于在稱重過程中需要控制計(jì)量精度機(jī)速度，單純的稱重方法也無法滿足計(jì)量需求。因此，為了提高計(jì)量的速度和精度，粉料細(xì)微供料技術(shù)的研究成為研究學(xué)者熱衷的課題之一。

2 粉體細(xì)微供料的全球發(fā)展趨勢

2.1 粉體細(xì)微供料技術(shù)專利申請全球發(fā)展趨勢

由圖1、2可見，1949年以前粉料細(xì)微供料處于低速發(fā)展時(shí)期，1950年到1995年期間粉料細(xì)微供料處于第一高速發(fā)展時(shí)期，1995年以后粉料細(xì)微供料處于第二高速發(fā)展時(shí)期（2013年以后的專利申請有一部分還沒有公開，因此統(tǒng)計(jì)出的數(shù)量較少）。雖然我國的專利事業(yè)起步相對于發(fā)達(dá)國家較晚，然而粉料細(xì)微供料技術(shù)發(fā)展至今，中國的專利申請量位居第二。

由圖3、4可見，我國粉料細(xì)微供料技術(shù)起步相對比較晚，2002年以前專利申請非常少，然而隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)今我國在粉料細(xì)微供料技術(shù)方面發(fā)展迅速。2005年以后，我國粉料細(xì)微供料技術(shù)的專利申請比重已經(jīng)位居第一，并且2010年之后增長速度不斷加快（2013年以后的專利申請有一些部分還沒有公開，因此統(tǒng)計(jì)出的數(shù)量較少）。

2.2 粉料細(xì)微供料的專利技術(shù)分析

專利申請文件在粉料細(xì)微供料技術(shù)方面主要分為如下幾個(gè)技術(shù)分支：（1）螺桿計(jì)量；（2）閥門計(jì)量；（3）組合式計(jì)量；（4）其他計(jì)量方式，如皮帶給料，轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量。且各個(gè)技術(shù)分支的專利申請比例如下圖5所示。

下面，從上述粉料細(xì)微供料技術(shù)的4個(gè)技術(shù)分支方面介紹粉料細(xì)微供料技術(shù)發(fā)展路線。

2.2.1 螺桿計(jì)量

由于螺桿計(jì)量適用于各種粉狀或小顆粒的物料，既可調(diào)節(jié)裝料的螺桿轉(zhuǎn)速，也可以調(diào)節(jié)給定的時(shí)間，它的調(diào)節(jié)幅度比較大，適用比較廣，能滿足不同的計(jì)量要求[3]，因此，螺桿計(jì)量是粉料細(xì)微供料技術(shù)中比較重要的一種計(jì)量方式。螺桿計(jì)量目前主要有單螺桿供料和多螺桿供料兩個(gè)個(gè)技術(shù)分支，并對每個(gè)技術(shù)分支不斷地進(jìn)行改進(jìn)。

（1） 單螺桿給料。早在1938年德國就提出了單螺桿供料的構(gòu)想（如專利DE667784C），1951年采用轉(zhuǎn)輪、螺桿與弧形門結(jié)合的方式控制給料速率（如專利CH290339A），1970年出現(xiàn)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿的方案（如專利DE1486107B），1977年在料倉內(nèi)裝設(shè)攪拌系統(tǒng)（如專利JP52-91376U），1983年采用脈沖比較器與控制單元共同驅(qū)動(dòng)電機(jī)以驅(qū)動(dòng)螺桿粗細(xì)供料（如專利US4381545A），1986年提出采用充氣嘴增加物料流動(dòng)性的構(gòu)想（如專利JP61-27241B2），2003年采用計(jì)時(shí)器設(shè)定高速充填時(shí)間和低速充填時(shí)間，（如專利JP2003-137201A），2009年出現(xiàn)振實(shí)裝置（如專利CN201240511Y），2011年出現(xiàn)了柔性螺旋輸送器（如專利CN201825240U），2013年采用破拱機(jī)構(gòu)和螺旋輸送機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)作（如專利CN203306240U）。

（2） 多螺桿給料。1956年美國提出了采用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)直徑相同的雙螺桿的構(gòu)思（如專利US2754996），1979年采用了兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)不同直徑的螺桿控制供料精度進(jìn)行多級(jí)給料（如專利AU44297/79A），2003年采用三根平行于機(jī)體的進(jìn)料輸送螺桿進(jìn)料（如專利CN2530888Y），繼而出現(xiàn)了將主料斗中的粉料振動(dòng)供給兩個(gè)內(nèi)設(shè)有螺桿的輔助料斗的方案（如專利JP2003-146310A），2005年出現(xiàn)了對于不同粉料按比率給料的技術(shù)（如專利JP2005-170394A），2006年采用水平設(shè)置的螺桿與豎直設(shè)置的螺桿（如專利JP2006-168776A），2007年采用粗放料氣缸和細(xì)放料氣缸驅(qū)動(dòng)螺桿（如專利CN2902898Y），2008年采用不同徑且分別相互控制的雙螺旋送料裝置（專利CN201026998Y），2010年在雙螺旋給料機(jī)的出料口上方設(shè)置除塵管（專利CN201614014U），2013年采用大螺桿與小螺桿快速旋轉(zhuǎn)快進(jìn)料、大螺桿與小螺桿慢速旋轉(zhuǎn)中進(jìn)料、大螺桿停止小螺桿低速旋轉(zhuǎn)慢進(jìn)料的三個(gè)給料階段（如專利CN202966693U）。

2.2.2 閥門計(jì)量

由于螺旋定量給料的機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，其高精度計(jì)量往往通過微小流量取得，灌裝時(shí)間較長，且無法避免物料與機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)零件的接觸，利用螺桿控制給料量存在設(shè)備清洗、拆卸和安裝操作復(fù)雜，對工人的操作技術(shù)水平要求高，對螺桿支撐軸承的密封要求嚴(yán)格，不允許有任何潤滑油脂泄漏等問題[4]，因此出現(xiàn)了閥門計(jì)量技術(shù)。

1981年美國提出了通過控制閥門開度大小而控制粉料計(jì)量精度的構(gòu)想（如專利US4300600A），1987年日本提出采用一個(gè)氣缸帶動(dòng)閘門移動(dòng)的形式控制給料速率（如專利JP9-2401A），1999年采用粗喂氣缸和細(xì)喂氣缸分別控制閘板的粗細(xì)給料（如專利CN2333623Y及CN2337072Y），2006年出現(xiàn)了粗采用多個(gè)閥門控制供料的方案（如專利CN2844004Y），2008年歐局提出了通過控制管閥的開度大小調(diào)節(jié)粉料流量的構(gòu)想（如專利EP1912001A1），日本采用氣缸驅(qū)動(dòng)夾桿帶動(dòng)圓球形擠壓件控制軟管閥的開度（如專利JP2008-94496A），2009年采用電磁閥控制串聯(lián)氣缸動(dòng)作而帶動(dòng)閘板的全開、半開、全關(guān)（如專利CN201268403Y），2011年通過控制錐形閥的開度實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量（如專利CN201729279U），2013年提出高精度隔膜計(jì)量系統(tǒng)（如專利CN103057730A）。

2.2.3 組合式計(jì)量

1960年采用轉(zhuǎn)盤式雙工位填充組合計(jì)量（如專利CH383866A），1987年出現(xiàn)了容積式粗供料與螺桿細(xì)供料結(jié)合的構(gòu)思（如專利US4662409A），1996年出現(xiàn)了容積計(jì)量的方案（如專利JP8-327439A），2012年在螺旋給料管上設(shè)置輔助除塵裝置（專利CN102351051A）。

2.2.4 其他計(jì)量方式

皮帶給料（如專利CN201999220U及CN202201175U），轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量（如專利CN2861013Y中提出的轉(zhuǎn)盤式進(jìn)料裝置）。

3 總結(jié)

通過以上分析可以看出，近些年粉料細(xì)微供料技術(shù)領(lǐng)域的全球申請量比較穩(wěn)定，我國申請量雖然有所提高，但是在研究深度方面與國外還是有差距；目前國內(nèi)申請量呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢，這顯示出我國企業(yè)在該領(lǐng)域的巨大發(fā)展?jié)摿?，也表明我國粉料?xì)微供料技術(shù)的專利意識(shí)有所提高。

參考文獻(xiàn)：

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[3]無錫輕工業(yè)學(xué)院等.食品工廠機(jī)械與設(shè)備[M].中國輕工業(yè)出版社，1981：100.

[4]秦皇島源達(dá)科技有限公司.氣力給料奶粉計(jì)量充填機(jī)[p].2011.