玉石颗粒保健床垫及其自动填充机的设计

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　　[摘 要]简要描述了玉石的保健功能，阐述了玉石颗粒保健床垫的生产工艺和在生产成本、节约资源及环保方面的优势。介绍了玉石颗粒自动填充装置的组成结构，对其中关键部件定量装置的功能、作用和机械结构的设计做了说明。
　　中图分类号：T H12 2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0249-01
　　玉石颗粒保健床垫是以玉石颗粒为填充材料的一种保健用品，该产品与传统的玉石块料镶嵌的保健床垫不同，作为填充材料的玉石颗粒是用各类玉石产品的边角废料经过破碎、筛选、去尖角和抛光等工艺获得，不但可以充分利用玉石资源避免浪费，减少废料对环境的污染，与传统保健床垫相比具有舒适度高、成本相对低廉等优点。但目前生产过程中的玉石颗粒填充过程完全由工人手工操作完成，效率低，生产成本高，因此开发专用的保健床垫玉石颗粒自动填充设备对于生产企业提高生产率、降低成本、缓解招工难等问题具有重要意义。
　　1 保健功能及物理特性
　　天然玉石作为一种珍贵的矿产资源，其中含有多种微量元素，如铜、锌、硒、镁、锰、铬、钴等，在传统的中医医药中具有特殊的理疗、养生效果，在《本草纲目》、《神龙本草》中描述了玉石可“除中热，解烦懑，助声喉，滋毛发，养五脏，安魂魄，疏血脉，明耳目”等诸多功效。玉石颗粒床垫比块状玉石床垫除了具有较好的舒适性外，更利于人体和玉石的接触，使其中的微量元素易被人体皮肤吸收，有助于人体各器官生理功能的协调平衡。
　　为了研究玉石颗粒的可填充性能，对约占我国玉石总产量的60%的岫岩玉的物理特征进行了分析。依据玉石矿物成分可将岫岩玉其分为蛇纹石玉（岫玉）、透闪石玉（软玉）和绿泥石玉三大类。
　　硬度和密度分别为：1）蛇纹石玉摩氏硬度为 4.5-5.5，密度2.55-2.85g /cm3；2）透闪石玉摩氏硬度为6.0-6.52.9，密度5-2.98g /cm3；3）绿泥石玉摩氏硬度为3.3-3.5，密度2.57-2.68g /cm3。除外观特征外，玉石的硬度、密度等对玉石颗粒的可填充性均有一定的影响。
　　2 生产工艺及存在的问题
　　作为一种新产品，玉石颗粒床垫不同于传统的玉石块料床垫的生产工艺，其主要包括以下几个工艺，1）产品设计，确定规格尺寸、单元格形状等；2）根据产品规格对床垫织物材料裁剪；3）缝制；4）填充玉石颗粒；5）缝制床垫封口；6）产品质量检验。其中裁剪和缝制工艺可以借助于现有的大型裁剪设备和数控缝纫设备实现生产的自动化，而玉石颗粒填充工艺由于需要的设备专用性强，因此目前还没有现成的设备可用。
　　玉石颗粒是各类玉石产品边角废料经相应工艺加工而成，通过以上对玉石硬度、密度等主要物料特性的分析和对生产现场原材料的观察，用于填充床垫的玉石颗粒形状规则性差、粒度尺寸变化较大，而床垫填充玉石颗粒的单元格多以细长条形状分布，通径尺寸较小，粒度尺寸与通径尺寸属同一数量级。
　　3 填充机的设计
　　玉石颗粒填充机由床垫支架、滑轨、床垫托板、上料机构、物料分配系统、定量装置、填充导管、导管加压系统等组成。欲填充玉石颗粒的床垫固定在床垫托板上，床垫托板安装在滑轨上并由数控系统控制可在床垫支架上左右移动以配合填充装置工作。填充装置的上料机构负责将玉石颗粒填充材料传输至物料分配系统，然后由分配系统将填充材料分配给定量装置，再通过具有气压加压系统的填充导管将玉石颗粒填充到床垫的各个单元格中。定量装置是决定床垫每个单元格填充玉石颗粒多少的关键，这直接影响床垫的平整度和舒适度。为到达计量的高效性及准确性，自动化的包装设备或填充设备对物料的计量可以根据被包装或被填充物的外观特性和物理特性采取称重式计量、容积式计量、计数式计量等多种方式实现。
　　容积式定量不需要称重装置，而是基于容积来计量被充填物料的数量，具有充填速度快，机械结构简单，制造成本低等优点。但定量充填精度受物料松散程度、颗粒大小均匀程度，物料视比重的稳定性，吸湿性、溶解性等物理化学性质的影响较大。对于玉石床垫的填充而言，由于各种玉石的密度不同，形状不规则，不同批次玉石颗粒的视比重差别很大，但决定床垫质量的因素是填充物的体积而不是重量，因此采用容积式定量方式最为合理。从计量原理上可将容积式定量充填分为两种类型：1）通过控制充填物料的流量或时间来控制充填物容积，如控制振动给料机的振动时间实现定量充填，控制螺旋充填机的旋转时间实现定量充填等；2）采用计量容器量取物料来保证充填容积，如用量杯、量筒或柱塞的定量充填设备等。
　　根据不同的容积式定量技术可把市面上填充机分为：量杯式填充机，柱塞式填充机，气流式填充机，螺杆式填充机，计量泵式填充机，插管式填充机。不管采用那一种容积式定量充填，都有一个共同的问题，就是要尽量使物料的视比重稳定，因此在填充过程中，可以对物料采用抽真空或振动、搅拌等方法，以减少视比重的变化。
　　由于玉石颗粒形状是极其不规则的，而且颗粒尺寸变化较大，颗粒流动性不好，这给容积定量的准确性和可靠性带来一定的困难。因此，本课题采用杯型定量方法确保定量准确性和可靠性。
　　可調容量式充填装置由护圈、上量杯 、可调下量杯 、轴 、拉簧 、下料斗、物料托盘 、凸轮 、可调套筒 、顶紧螺钉组成。量杯由上、下两部分组成。通过调节机构可以改变上、下量杯的相对位置，实现容积微调，即可以根据某规格的床垫欲填充玉石颗粒单元格的尺寸，通过上下旋转可调套筒以可改变下量杯的位置从而调整玉石颗粒的量。物料托盘在凸轮转动到一定位置时，托盘倾斜一定角度，将量杯内物料放出进入填充导管对玉石颗粒进行自动填充。
　　参考文献
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　　基金项目：辽宁省教育厅科学研究项目（L2015128）
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