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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(約20cm),后尾端縫包線長度只有7cm左右。過長的尾線不僅影響包裝袋美觀,而且有纏繞輸送輥道的隱患,同時也造成縫包線資源的浪費。分析原因,發(fā)現(xiàn)在塑料編織袋走過縫包機縫包結(jié)束后,電機電源雖然切斷,但由于縫包機電機慣性,電機還要帶動縫包機轉(zhuǎn)動幾圈后才能自然停下來,造成縫包機在沒有編織袋的情況下空走浪費縫包線^[1]。文章中,設(shè)計的出發(fā)點就是找到制動的最佳點,在切刀切線動作完成,縫包機電機立即制動,也就是在切刀伸出去的過程中,同步產(chǎn)生一個點動剎車動作,抱剎縫包機皮帶輪,使縫包機電動機轉(zhuǎn)子立即停止轉(zhuǎn)動。通過這個設(shè)計可以解決縫包線過長的問題,為企業(yè)節(jié)省財力物力。

2. 國內(nèi)外縫包機剎車裝置現(xiàn)狀

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

日本NEWLONGDS-9C縫包機是速度最快的單機針袋口縫合機,但縫包機本身不具備制動功能,實現(xiàn)制動需配置縫包機離合器CB-50S。

美國FISCHBEIN(菲士賓)縫包機201型,具備高速2600RPM,平穩(wěn)、強大。滿足高速生產(chǎn)線的要求,自帶機油泵封閉式潤滑,機針冷卻,使用壽命長久,維修成本低。這款縫包機也未專門設(shè)計制動裝置,縫制出來的線頭仍然有一端長一端短現(xiàn)象,不是很美觀(如圖1),解決這一問題仍需要進一步改進。

3. 設(shè)計的主要內(nèi)容

設(shè)計主要是基于鹽化工產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線,針對自動縫包機設(shè)計的一款簡便實用的自動剎車裝置,旨在解決目前普遍存在的食鹽生產(chǎn)企業(yè)縫包機無剎車裝置的問題。主要研究內(nèi)容為剎車裝置機械設(shè)計安裝和電路控制。

圖1FISCHBEIN縫包機縫包后尾線長度

3.1 剎車、切刀控制系統(tǒng)的研究

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

3.1.1 電機剎車

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

機斷電時是處于剎車狀態(tài)的,只有通電時其內(nèi)部的電磁感應(yīng)機械動作,分離剎車片,電機才能正常運轉(zhuǎn),停電立即剎車,消除電機慣性旋轉(zhuǎn)給控制精度帶來的影響;現(xiàn)在國內(nèi)市場上有一種針對縫包機設(shè)計的電磁失電制動電機,如YEJ801-4,YEJ系列電磁制動電機是在Y(ip44)系列電動機的后端蓋與風(fēng)扇之間附加一直流電磁制動器所組成的派生系統(tǒng)產(chǎn)品,制動方式為斷電制動^[2]。

此設(shè)計想通過另外一種簡單的裝置抱剎縫包機皮帶輪,達到縫包機電機斷電后縫包機立即制動的目的。縫包機切刀的動作是靠雙作用氣缸快速往復(fù)一個來回,帶動切刀切斷縫包線。利用切刀氣缸電磁閥推進切刀的那路氣管,加上一個三通調(diào)節(jié)閥,在切刀伸出去的過程中,產(chǎn)生一個類似的點動剎車動作,抱剎縫包機皮帶輪,消除電動機轉(zhuǎn)子慣性。

3.1.2縫包機剎車系統(tǒng)的設(shè)計

3.1.2.1剎車裝置設(shè)計

如圖2,準(zhǔn)備一個弧形不銹鋼板,弧度大致和縫包機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,寬度和長度和剎車板匹配,上面鉆有若干個沉頭孔,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,是利用MAL25×25尾端的固定孔萬來方實數(shù)現(xiàn)據(jù)固定的,設(shè)計一個軸,用定位銷形式

對氣缸進行固定,既可保證氣缸工作時的小幅度轉(zhuǎn)動,又可以防止脫落,既經(jīng)濟又可靠。采用和縫包機皮帶輪同一水平面、同一固定底座焊接辦法進行安裝,簡潔實用,工作可靠。

圖2剎車裝置組裝連接方式圖

3.1.2.2 運動軌跡及剎車可靠性分析

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

50mm,小于氣缸有效行程25mm,仍然有5mm的余量,氣缸的動作量足以達到剎車行程需求;設(shè)計指導(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,達到可靠剎車的目的。

圖3剎車裝置運動軌跡示意圖

Fig.3Brakedevicerunninglocusdiagram

圖5為縫包機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,確保剎車過程動作有效工作可靠。

3.2 縫包機剎車裝置電路研究

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)信號送到系統(tǒng)完成相應(yīng)系列動作。這種光電傳感器防護等級IP67非常適用于食鹽縫包生產(chǎn)線

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

中間繼電器,光電開關(guān)輸出的信號來控制KC9。KC9-2為常閉觸點,KC8受KC9的控制。KT4為歐姆龍時間繼電器,延時時間大約為0.5s,KT4-2為上電延時斷開常閉觸點,YV1為切刀氣缸電磁閥。每當(dāng)鹽包經(jīng)過遮擋住B1,KC9動作,KC8失電,KC8-1斷開,KT4失電復(fù)位;鹽包運動到B2,由于B1、B2之間的距離遠小于一個編織袋的寬度,B1、B2會同時保持工作狀態(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KC9失去B2的控制信號斷開,KC9復(fù)位,KC8得電,KC8-1閉合,KT4得電,YV1得電,切刀就會伸出,KT4得電即開始延時,延時時間到,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)。剎車與切刀動作同步。

以看出,只要有一個啟動縫包機信號產(chǎn)生,縫包機就會啟動;停止時,必須同時具備4個縫包機停止信號條件縫包機才會停止,只有縫包機停止后,才會有切刀及剎車動作產(chǎn)生。另外,每次上電,縫包機切刀及剎車裝置都有一次動作。

圖5縫包機剎車控制邏輯圖

3.3 縫包機剎車裝置的力學(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大于電機斷電后轉(zhuǎn)子的慣性力。從GK35縫包機參數(shù)中,可以知道電機的功率370W、轉(zhuǎn)速2000r/min(即33r/s)、皮帶輪直徑114mm等。從而計算出周長C=2πr=πD=0.114π。線速度v=33.3×π×0.114=11.9m/P=F×V,縫包機停機瞬間扭力F_扭力370/11.9=31N=P/V=MAL25×25氣缸的單向作用力為225N,由于氣缸推動剎車片做近似直線運動,摩擦帆布的動摩擦因數(shù)μ=0.6,F_摩擦力=0.6×225=135NF摩擦力?F_扭力圖4縫包電動機控制電路由此證明,可以實行有效的剎車。剎車時間計算。從加速度公式F=ma可以知道縫包機轉(zhuǎn)子停下時的加速度a=F/m,這里縫包機電機轉(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,縫包機制動時間遠小于縫包機在自由阻力作用下的停止時間,實現(xiàn)縮短縫包線尾線目的。