從專利角度談粉料細微供料技術

孔凡玲

摘 要：粉料的包裝離不開計量，粉料細微供料技術直接影響計量的精確度以及速度，進而影響包裝質量。本文介紹了粉料細微供料技術的技術背景，闡述了粉料細微供料技術的全球發展趨勢，并重點介紹了粉料細微供料技術的螺桿計量，閥門計量，組合式計量，其他計量方式如皮帶給料，轉動計量等技術分支的技術發展歷程。

關鍵詞：粉料；細微供料；螺桿；閥門；組合

1 背景

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

（1）容積式充填機。將產品按預定容量充填到包裝容器內，體積較小，計量速度高，計量精度低；

（2）稱重式充填機。將產品按預定質量充填到包裝容器內。其結構復雜，體積較大，計量精度高，計量速度低；

（3）計數式充填機。將產品按預定數目充填到包裝容器內。其結構復雜，計量速度較高[1]。

容積式充填機，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行計量和充填，又分為量杯式、插管式、柱塞式、螺桿式、料位式、定時式等幾種；稱重式充填機，利用稱重方法進行計量，常用于計量精度要求較高的粉料狀物料，又有動態秤量、靜態秤量、間歇秤量和連續秤量之分[2]。

隨著包裝業的飛速發展，傳統的容積法計量是無法滿足計量精度的，由于在稱重過程中需要控制計量精度機速度，單純的稱重方法也無法滿足計量需求。因此，為了提高計量的速度和精度，粉料細微供料技術的研究成為研究學者熱衷的課題之一。

2 粉體細微供料的全球發展趨勢

2.1 粉體細微供料技術專利申請全球發展趨勢

由圖1、2可見，1949年以前粉料細微供料處于低速發展時期，1950年到1995年期間粉料細微供料處于第一高速發展時期，1995年以后粉料細微供料處于第二高速發展時期（2013年以后的專利申請有一部分還沒有公開，因此統計出的數量較少）。雖然我國的專利事業起步相對于發達國家較晚，然而粉料細微供料技術發展至今，中國的專利申請量位居第二。

由圖3、4可見，我國粉料細微供料技術起步相對比較晚，2002年以前專利申請非常少，然而隨著我國經濟的快速發展，現今我國在粉料細微供料技術方面發展迅速。2005年以后，我國粉料細微供料技術的專利申請比重已經位居第一，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，因此統計出的數量較少）。

2.2 粉料細微供料的專利技術分析

專利申請文件在粉料細微供料技術方面主要分為如下幾個技術分支：（1）螺桿計量；（2）閥門計量；（3）組合式計量；（4）其他計量方式，如皮帶給料，轉動計量。且各個技術分支的專利申請比例如下圖5所示。

下面，從上述粉料細微供料技術的4個技術分支方面介紹粉料細微供料技術發展路線。

2.2.1 螺桿計量

由于螺桿計量適用于各種粉狀或小顆粒的物料，既可調節裝料的螺桿轉速，也可以調節給定的時間，它的調節幅度比較大，適用比較廣，能滿足不同的計量要求[3]，因此，螺桿計量是粉料細微供料技術中比較重要的一種計量方式。螺桿計量目前主要有單螺桿供料和多螺桿供料兩個個技術分支，并對每個技術分支不斷地進行改進。

（1） 單螺桿給料。早在1938年德國就提出了單螺桿供料的構想（如專利DE667784C），1951年采用轉輪、螺桿與弧形門結合的方式控制給料速率（如專利CH290339A），1970年出現采用電機驅動螺桿的方案（如專利DE1486107B），1977年在料倉內裝設攪拌系統（如專利JP52-91376U），1983年采用脈沖比較器與控制單元共同驅動電機以驅動螺桿粗細供料（如專利US4381545A），1986年提出采用充氣嘴增加物料流動性的構想（如專利JP61-27241B2），2003年采用計時器設定高速充填時間和低速充填時間，（如專利JP2003-137201A），2009年出現振實裝置（如專利CN201240511Y），2011年出現了柔性螺旋輸送器（如專利CN201825240U），2013年采用破拱機構和螺旋輸送機構同時運作（如專利CN203306240U）。

（2） 多螺桿給料。1956年美國提出了采用一臺電機驅動直徑相同的雙螺桿的構思（如專利US2754996），1979年采用了兩臺電機驅動不同直徑的螺桿控制供料精度進行多級給料（如專利AU44297/79A），2003年采用三根平行于機體的進料輸送螺桿進料（如專利CN2530888Y），繼而出現了將主料斗中的粉料振動供給兩個內設有螺桿的輔助料斗的方案（如專利JP2003-146310A），2005年出現了對于不同粉料按比率給料的技術（如專利JP2005-170394A），2006年采用水平設置的螺桿與豎直設置的螺桿（如專利JP2006-168776A），2007年采用粗放料氣缸和細放料氣缸驅動螺桿（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年在雙螺旋給料機的出料口上方設置除塵管（專利CN201614014U），2013年采用大螺桿與小螺桿快速旋轉快進料、大螺桿與小螺桿慢速旋轉中進料、大螺桿停止小螺桿低速旋轉慢進料的三個給料階段（如專利CN202966693U）。

2.2.2 閥門計量

由于螺旋定量給料的機構較為復雜，其高精度計量往往通過微小流量取得，灌裝時間較長，且無法避免物料與機械轉動零件的接觸，利用螺桿控制給料量存在設備清洗、拆卸和安裝操作復雜，對工人的操作技術水平要求高，對螺桿支撐軸承的密封要求嚴格，不允許有任何潤滑油脂泄漏等問題[4]，因此出現了閥門計量技術。

1981年美國提出了通過控制閥門開度大小而控制粉料計量精度的構想（如專利US4300600A），1987年日本提出采用一個氣缸帶動閘門移動的形式控制給料速率（如專利JP9-2401A），1999年采用粗喂氣缸和細喂氣缸分別控制閘板的粗細給料（如專利CN2333623Y及CN2337072Y），2006年出現了粗采用多個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節粉料流量的構想（如專利EP1912001A1），日本采用氣缸驅動夾桿帶動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氣缸動作而帶動閘板的全開、半開、全關（如專利CN201268403Y），2011年通過控制錐形閥的開度實現精確計量（如專利CN201729279U），2013年提出高精度隔膜計量系統（如專利CN103057730A）。

2.2.3 組合式計量

1960年采用轉盤式雙工位填充組合計量（如專利CH383866A），1987年出現了容積式粗供料與螺桿細供料結合的構思（如專利US4662409A），1996年出現了容積計量的方案（如專利JP8-327439A），2012年在螺旋給料管上設置輔助除塵裝置（專利CN102351051A）。

2.2.4 其他計量方式

皮帶給料（如專利CN201999220U及CN202201175U），轉動計量（如專利CN2861013Y中提出的轉盤式進料裝置）。

3 總結

通過以上分析可以看出，近些年粉料細微供料技術領域的全球申請量比較穩定，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；目前國內申請量呈現出逐年增長的趨勢，這顯示出我國企業在該領域的巨大發展潛力，也表明我國粉料細微供料技術的專利意識有所提高。

參考文獻：

[1]張新昌編.包裝概論[M].印刷工業出版社，2011（08）第2版：100-101.

[2]唐四元，魯艷霞.現代物流技術與裝備[M].清華大學出版社，2011（08）第2版：159.

[3]無錫輕工業學院等.食品工廠機械與設備[M].中國輕工業出版社，1981：100.

[4]秦皇島源達科技有限公司.氣力給料奶粉計量充填機[p].2011.