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1. 前言

食鹽包裝過程中,縫包出來的編織袋前端尾線過長(zhǎng)(約20cm),后尾端縫包線長(zhǎng)度只有7cm左右。過長(zhǎng)的尾線不僅影響包裝袋美觀,而且有纏繞輸送輥道的隱患,同時(shí)也造成縫包線資源的浪費(fèi)。分析原因,發(fā)現(xiàn)在塑料編織袋走過縫包機(jī)縫包結(jié)束后,電機(jī)電源雖然切斷,但由于縫包機(jī)電機(jī)慣性,電機(jī)還要帶動(dòng)縫包機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈后才能自然停下來,造成縫包機(jī)在沒有編織袋的情況下空走浪費(fèi)縫包線^[1]。文章中,設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)就是找到制動(dòng)的最佳點(diǎn),在切刀切線動(dòng)作完成,縫包機(jī)電機(jī)立即制動(dòng),也就是在切刀伸出去的過程中,同步產(chǎn)生一個(gè)點(diǎn)動(dòng)剎車動(dòng)作,抱剎縫包機(jī)皮帶輪,使縫包機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。通過這個(gè)設(shè)計(jì)可以解決縫包線過長(zhǎng)的問題,為企業(yè)節(jié)省財(cái)力物力。

2. 國(guó)內(nèi)外縫包機(jī)剎車裝置現(xiàn)狀

GK35-6型縫包機(jī)是國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較為廣泛的縫包機(jī),零件耐磨,維修方便?？p包機(jī)自身不具備網(wǎng)站公布的縫包機(jī)工作視頻上看,此縫包機(jī)有文中所述的線頭長(zhǎng)短問題。

日本NEWLONGDS-9C縫包機(jī)是速度最快的單機(jī)針袋口縫合機(jī),但縫包機(jī)本身不具備制動(dòng)功能,實(shí)現(xiàn)制動(dòng)需配置縫包機(jī)離合器CB-50S。

美國(guó)FISCHBEIN(菲士賓)縫包機(jī)201型,具備高速2600RPM,平穩(wěn)、強(qiáng)大。滿足高速生產(chǎn)線的要求,自帶機(jī)油泵封閉式潤(rùn)滑,機(jī)針冷卻,使用壽命長(zhǎng)久,維修成本低。這款縫包機(jī)也未專門設(shè)計(jì)制動(dòng)裝置,縫制出來的線頭仍然有一端長(zhǎng)一端短現(xiàn)象,不是很美觀(如圖1),解決這一問題仍需要進(jìn)一步改進(jìn)。

3. 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

設(shè)計(jì)主要是基于鹽化工產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線,針對(duì)自動(dòng)縫包機(jī)設(shè)計(jì)的一款簡(jiǎn)便實(shí)用的自動(dòng)剎車裝置,旨在解決目前普遍存在的食鹽生產(chǎn)企業(yè)縫包機(jī)無剎車裝置的問題。主要研究?jī)?nèi)容為剎車裝置機(jī)械設(shè)計(jì)安裝和電路控制。

圖1FISCHBEIN縫包機(jī)縫包后尾線長(zhǎng)度

3.1 剎車、切刀控制系統(tǒng)的研究

在縫包機(jī)剎車裝置設(shè)計(jì)上,可以從兩方面入手,一是電機(jī)剎車,二是縫包機(jī)剎車。

3.1.1 電機(jī)剎車

電機(jī)剎車在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用,比如常見的系列電動(dòng)執(zhí)行器上使用的單相伺服電動(dòng)機(jī),電

機(jī)斷電時(shí)是處于剎車狀態(tài)的,只有通電時(shí)其內(nèi)部的電磁感應(yīng)機(jī)械動(dòng)作,分離剎車片,電機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn),停電立即剎車,消除電機(jī)慣性旋轉(zhuǎn)給控制精度帶來的影響;現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有一種針對(duì)縫包機(jī)設(shè)計(jì)的電磁失電制動(dòng)電機(jī),如YEJ801-4,YEJ系列電磁制動(dòng)電機(jī)是在Y(ip44)系列電動(dòng)機(jī)的后端蓋與風(fēng)扇之間附加一直流電磁制動(dòng)器所組成的派生系統(tǒng)產(chǎn)品,制動(dòng)方式為斷電制動(dòng)^[2]。

此設(shè)計(jì)想通過另外一種簡(jiǎn)單的裝置抱剎縫包機(jī)皮帶輪,達(dá)到縫包機(jī)電機(jī)斷電后縫包機(jī)立即制動(dòng)的目的?？p包機(jī)切刀的動(dòng)作是靠雙作用氣缸快速往復(fù)一個(gè)來回,帶動(dòng)切刀切斷縫包線。利用切刀氣缸電磁閥推進(jìn)切刀的那路氣管,加上一個(gè)三通調(diào)節(jié)閥,在切刀伸出去的過程中,產(chǎn)生一個(gè)類似的點(diǎn)動(dòng)剎車動(dòng)作,抱剎縫包機(jī)皮帶輪,消除電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣性。

3.1.2縫包機(jī)剎車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1.2.1剎車裝置設(shè)計(jì)

如圖2,準(zhǔn)備一個(gè)弧形不銹鋼板,弧度大致和縫包機(jī)皮帶輪直徑相近或略大,寬度和皮帶輪寬度相當(dāng)。摩擦用帆布皮帶一塊,寬度和長(zhǎng)度和剎車板匹配,上面鉆有若干個(gè)沉頭孔,用M5沉頭螺栓固定在不銹鋼板的骨架上。

關(guān)節(jié)軸承選用SI10-1T/K,螺紋為右旋M10×

,以便和MAL25×25氣缸匹配。

氣缸尾端固定軸設(shè)計(jì),是利用MAL25×25尾端的固定孔萬來方實(shí)數(shù)現(xiàn)據(jù)固定的,設(shè)計(jì)一個(gè)軸,用定位銷形式

對(duì)氣缸進(jìn)行固定,既可保證氣缸工作時(shí)的小幅度轉(zhuǎn)動(dòng),又可以防止脫落,既經(jīng)濟(jì)又可靠。采用和縫包機(jī)皮帶輪同一水平面、同一固定底座焊接辦法進(jìn)行安裝,簡(jiǎn)潔實(shí)用,工作可靠。

圖2剎車裝置組裝連接方式圖

3.1.2.2 運(yùn)動(dòng)軌跡及剎車可靠性分析

圖3為組裝后的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。從圖3中我們可以看出,MAL25×25氣缸在初始狀態(tài)氣缸推桿長(zhǎng)度為30mm,剎車到位狀態(tài)時(shí),氣缸推桿伸出長(zhǎng)度為

50mm,小于氣缸有效行程25mm,仍然有5mm的余量,氣缸的動(dòng)作量足以達(dá)到剎車行程需求;設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是剎車裝置完全到位后,剎車弧片剛好可以把皮帶輪最大限度的包裹,產(chǎn)生足夠的摩擦力,達(dá)到可靠剎車的目的。

圖3剎車裝置運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖

Fig.3Brakedevicerunninglocusdiagram

圖5為縫包機(jī)剎車裝置控制邏輯圖。從圖5可平擔(dān)力作用下,和皮帶輪一直處于同一水平面上,確保剎車過程動(dòng)作有效工作可靠。

3.2 縫包機(jī)剎車裝置電路研究

系統(tǒng)關(guān)鍵器件是光電接近開關(guān),選用發(fā)射接收一體式漫反射型光電傳感器,型號(hào)為GLV18-8-450/115/120,工作電壓10VDC~30VDC,作用距50mm~450mm可調(diào),400mm處光斑直徑30mm,利用發(fā)射出去在一定范圍內(nèi)又折射回來的640nm調(diào)制可見LED紅光,形成開關(guān)信號(hào)送到系統(tǒng)完成相應(yīng)系列動(dòng)作。這種光電傳感器防護(hù)等級(jí)IP67非常適用于食鹽縫包生產(chǎn)線

圖4所示是縫包電動(dòng)機(jī)控制電路^[3],B1、B2為光電開關(guān),內(nèi)置光電傳感器來把光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)。KC9為

中間繼電器,光電開關(guān)輸出的信號(hào)來控制KC9。KC9-2為常閉觸點(diǎn),KC8受KC9的控制。KT4為歐姆龍時(shí)間繼電器,延時(shí)時(shí)間大約為0.5s,KT4-2為上電延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn),YV1為切刀氣缸電磁閥。每當(dāng)鹽包經(jīng)過遮擋住B1,KC9動(dòng)作,KC8失電,KC8-1斷開,KT4失電復(fù)位;鹽包運(yùn)動(dòng)到B2,由于B1、B2之間的距離遠(yuǎn)小于一個(gè)編織袋的寬度,B1、B2會(huì)同時(shí)保持工作狀態(tài),即使鹽包離開了B1,但由于B2的持續(xù)作用,KC9任然處于吸合狀態(tài),直到鹽包離開B2,此時(shí)KC9失去B2的控制信號(hào)斷開,KC9復(fù)位,KC8得電,KC8-1閉合,KT4得電,YV1得電,切刀就會(huì)伸出,KT4得電即開始延時(shí),延時(shí)時(shí)間到,KT4-2斷開,切刀復(fù)位收回,等待下一次鹽包到來后的循環(huán)。剎車與切刀動(dòng)作同步。

以看出,只要有一個(gè)啟動(dòng)縫包機(jī)信號(hào)產(chǎn)生,縫包機(jī)就會(huì)啟動(dòng);停止時(shí),必須同時(shí)具備4個(gè)縫包機(jī)停止信號(hào)條件縫包機(jī)才會(huì)停止,只有縫包機(jī)停止后,才會(huì)有切刀及剎車動(dòng)作產(chǎn)生。另外,每次上電,縫包機(jī)切刀及剎車裝置都有一次動(dòng)作。

圖5縫包機(jī)剎車控制邏輯圖

3.3 縫包機(jī)剎車裝置的力學(xué)分析

為了保證能夠有效的剎車,剎車片的摩擦力必須要遠(yuǎn)大于電機(jī)斷電后轉(zhuǎn)子的慣性力。從GK35縫包機(jī)參數(shù)中,可以知道電機(jī)的功率370W、轉(zhuǎn)速2000r/min(即33r/s)、皮帶輪直徑114mm等。從而計(jì)算出周長(zhǎng)C=2πr=πD=0.114π。線速度v=33.3×π×0.114=11.9m/P=F×V,縫包機(jī)停機(jī)瞬間扭力F_扭力370/11.9=31N=P/V=MAL25×25氣缸的單向作用力為225N,由于氣缸推動(dòng)剎車片做近似直線運(yùn)動(dòng),摩擦帆布的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.6,F_摩擦力=0.6×225=135NF摩擦力?F_扭力圖4縫包電動(dòng)機(jī)控制電路由此證明,可以實(shí)行有效的剎車。剎車時(shí)間計(jì)算。從加速度公式F=ma可以知道縫包機(jī)轉(zhuǎn)子停下時(shí)的加速度a=F/m,這里縫包機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為3kg,a=F/m=45m/s2,V=V₀-at,t=V/a=0.265s,在有剎車情況下,縫包機(jī)制動(dòng)時(shí)間遠(yuǎn)小于縫包機(jī)在自由阻力作用下的停止時(shí)間,實(shí)現(xiàn)縮短縫包線尾線目的。