石膏配比設備設計與研究

何運麗，肖 建，孟凡召，王銀龍

（山東華宇工學院，山東 德州 253034）

0 引言

隨著社會經濟的不斷快速發展，人們對美好生活的追求和向往，生活中開始使用各種制作工藝精美的陶瓷產品[1]。制作陶瓷產品泥坯需要用到石膏模具，以往由人操作完成，勞動強度大，生產效率低，而且配比不精準，導致所生產的石膏模具質量不齊、產品周期長等[2]。隨著社會人口的增加，市場對陶瓷產品需求量也日益增大，對制作陶瓷產品的所需的石膏模具需求量很大，而且石膏模具在使用幾百次后需要更換，故對于石膏配比設備的需求很高。

衛生陶瓷造型復雜，其成形方法基本上都是采用注漿的方法。由于衛生陶瓷體積大、坯體厚、模塊多、吸漿時間長，因此石膏模具的質量直接影響陶瓷泥坯的產品質量[3]。石膏模具是由石膏粉和水按一定比例配比，然后通過攪動形成漿狀，再快速倒入成型母模內，經過一定的時間形成。石膏模具生產廠家主要根據自己的產品特點，來制定出石膏模具的主要參數，比如石膏模具的初凝時間、終凝時間、抗折強度、吸水率、結晶含水量、吸水速度等[4]。其中石膏模具的兩個主要的參數指標就是初凝時間和終凝時間。在同等質量石膏粉的條件下，影響石膏模具成型的初凝時間和終凝時間的關鍵因素是石膏粉和水的比例[5]。

1 原理設計

本設備可根據工廠實際生產需要確定儲料筒的容積，從而減少人員上料次數。PLC程序控制電機運轉將石膏粉運送至配料桶，控制電磁閥啟停加水，進而實現精確配比，從而實現石膏配比的自動化，進而達到精確化、高效化生產，節省人力物力。原理如圖1所示。

圖1 石膏自動配比設備工作原理圖

送水機構將水送入配料桶內：當PLC檢測到重量傳感器發送的重量值達到預設值時，向執行器發送電信號，將電磁閥關閉，停止送水。

送粉機構將石膏投入配料倉：通過PLC控制電機啟動，送粉機構將石膏粉送入配料桶內，當PLC程序檢測到重量傳感器發送的信號達到設定的粉與水混合的預設值時，向執行器發送信號控制送粉機構停止運行。

攪拌：最后把配料桶推到攪拌機下，攪拌均勻獲得合適配比的石膏漿。

2 產品設計內容

2.1 結構設計

該設備由控制裝置、檢修平臺、配粉機構、稱重機構及攪拌機構等組成。根據企業不同的產量需求，通過計算設計不同容量的儲料倉、攪拌桶和電機、稱重機構、氣缸等選型，以滿足生產需要。結構設計如圖2所示。

圖2 石膏配比設備結構圖

該設備結構主要包括儲料桶、配粉桶、配粉蛟龍、稱重裝置、攪拌機、配粉機框架、電控柜等。

通過叉車把裝有石膏粉的噸包運送至輸送電動葫蘆的下方，通過電動葫蘆將噸包升起至配料粉倉上方，通過人力手動將噸包下方口打開，石膏粉在自身的重力作用下自然下落到配粉料倉內。待配比的石膏粉儲存在儲料桶中，在其底部有出料口；送水機構與其配粉桶相連，將所需要的水輸送到配粉桶內；送粉機構與配粉料倉的出料口相連送，進而將儲料倉內的石膏粉輸送到配粉桶內；配粉桶主要用于粉與水的充分混合；稱重裝置設置在底部，主要由重量傳感器和外殼組成，其稱重傳感器用于檢測及反饋配粉桶內粉和水的重量。控制裝置負責接收來自重量傳感器送出的電信號來分析進而控制送粉機構及送水機構的運行或停止。

2.2 控制系統設計

石膏模具配比裝置的控制系統，包括人機界面、傳感器、電磁閥、電機、PLC控制系統等幾部分。PLC控制系統由CPU、存儲器、開關量I/O模塊，模擬量I/O模塊等幾部分組成，完成邏輯運算、數字運算、A/D轉換等功能以及輸入信號、反饋信號的處理、電磁閥、電機等執行機構的控制。PLC系統是整個裝置的控制核心，并配EEPROM存儲卡使PLC程序可以掉電保護，計算機與PLC通過RS-232接口進行連接，用計算機作為編程器[6]。通過控制系統的輸入輸出信號，控制電機啟停、加水裝置開閉。

該稱重傳感器使彈性體在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發生變化，再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號，從而完成了將外力變換為電信號的過程。

在PLC輸入裝置中，將重力傳感器置零，依據作業要求設置水粉配比，如水50kg粉100kg。啟動開啟儲存水桶的電磁閥，通過送水機構給空桶送水，當水達到設置時的重量50kg時，重量傳感器會轉化為電信號輸送到控制系統，控制系統進而關閉送水電磁閥。儲存水桶連接著水管，其內含有的浮球閥，會根據用料情況自動補水。然后設備自動開啟送料機構的電機，將粉輸送到配料桶內，當重量達到150kg時，電控系統接收重量傳感器發送的信號，關閉送料電機，完成所設置的自動配粉，裝在配料桶上的重力傳感器精度可達±0.05kg。

2.3 控制系統樣機模型

通過電控柜操作面板設定每次的配比，也可以提前存儲好配方，選定石膏粉的配比，如圖3所示。電控柜內部圖如圖4所示。

圖3 主界面

圖4 電控柜內部圖

同時可對重量傳感器進行參數校正，如圖5所示。通過PLC控制，可以精確地控制加粉與加水的量，從而達到精確配比。

圖5 參數校正

3 總結

傳統的人工配比時耗費時力，而且每次配比不精確，進而導致了生產出的石膏模具質量參差不一，生產周期長，勞動強度大，且生產效率低等問題。為了防止這類問題再次出現，由此我們的石膏配比設備應運而生。針對石膏模具生產行業要求的特點，該設備能夠實現配比精確、減輕勞動強度，提高生產效率等目標。