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包裝行業(yè)是一個(gè)新興的行業(yè),隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈白熱化,產(chǎn)品形象廣告效應(yīng)對(duì)包裝行業(yè)提出了越來(lái)越高的要求和越來(lái)越多的需求。
1小型包裝機(jī)的現(xiàn)狀
縱觀國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的包裝機(jī)械,除大型生產(chǎn)包裝線外(許多是從國(guó)外引進(jìn),產(chǎn)品生產(chǎn)后隨即包裝,如奶粉、洗衣粉之類,耗資大,占地面積大,物料多品種適應(yīng)性差)大都處于一種落后的局面,如一些家庭個(gè)人小作坊,買一些現(xiàn)成的包裝袋(包裝袋有人專業(yè)生產(chǎn),也十分精致、漂亮)將需要包裝的粉狀、顆粒狀食品或其它商品用量杯類器具灌裝在袋中,用熱膜封口機(jī)封口后流通于市場(chǎng).這種包裝作業(yè)方式不僅不符合衛(wèi)生條例,產(chǎn)品計(jì)量無(wú)法保障,也為產(chǎn)品摻假、制假大開了方便之門,是目前產(chǎn)品升級(jí)、上檔次必須嚴(yán)格杜絕的包裝作業(yè)方式。
80年代末,國(guó)內(nèi)陸續(xù)引進(jìn)并迅速發(fā)展生產(chǎn)了一系列機(jī)械傳動(dòng)的小型全自動(dòng)包(灌)裝機(jī),因能基本上滿足小袋物品包裝從有計(jì)量的落料到制袋、灌裝、分割等動(dòng)作的自動(dòng)化作業(yè),生產(chǎn)效率和包裝質(zhì)量得到了很大程度的提高,克服了眾多作業(yè)環(huán)節(jié)中人為因素的影響.加上投資少(每臺(tái)售價(jià)3～5萬(wàn)元),占地面積小,適應(yīng)于個(gè)體小作坊的作業(yè)生產(chǎn),因而深受用戶的歡迎,也使包裝機(jī)械的成長(zhǎng)有了新的發(fā)展目標(biāo)和前景,小袋物品的包裝質(zhì)量也有了質(zhì)的飛躍。
2小型包裝機(jī)存在的問(wèn)題
盡管小型全自動(dòng)包裝機(jī)的出現(xiàn),給日益繁榮的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了新的氣象與生機(jī),但人們很快發(fā)現(xiàn)目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的包裝機(jī)傳動(dòng)鏈長(zhǎng),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜,其傳動(dòng)原理[1](見圖1).

一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)多級(jí)傳動(dòng)齒輪、離合器的組合,將主運(yùn)動(dòng)分解,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)包裝的各種動(dòng)作要求,當(dāng)所包裝物品發(fā)生變化,制袋材料及尺寸發(fā)生變化或機(jī)械傳動(dòng)鏈本身的動(dòng)態(tài)誤差發(fā)生變化時(shí),各部分動(dòng)作的協(xié)調(diào)調(diào)整十分困難.為說(shuō)明問(wèn)題,我們以100g小包裝廣告宣傳用奧妙贈(zèng)品洗衣粉的自動(dòng)化包裝為例加以說(shuō)明:
散裝的洗衣粉經(jīng)過(guò)包裝機(jī)分裝成100g的小袋,需要經(jīng)過(guò)以下三步動(dòng)作:
自動(dòng)落料——制袋——分割切斷
現(xiàn)有包裝機(jī)通常采用一臺(tái)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件,經(jīng)過(guò)許多齒輪、凸輪機(jī)構(gòu)、離合器的組合,將主運(yùn)動(dòng)分解為三個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的單獨(dú)動(dòng)作,然后按一定的協(xié)調(diào)動(dòng)作要求同步完成.
如果包裝機(jī)的生產(chǎn)效率是60袋/min,那么自動(dòng)落料時(shí)間應(yīng)該盡可能小于0.6s,否則可能會(huì)出現(xiàn)計(jì)量不準(zhǔn)(頂封切斷時(shí),落料仍在延續(xù))或落料粉塵造成封口不嚴(yán).
制袋可以連續(xù)勻速進(jìn)行,如果每個(gè)包裝袋的長(zhǎng)度為150mm,那么制袋兩側(cè)的牽伸、熱封輪就應(yīng)以150mm/s的線速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),把一卷(也可以是兩卷)包裝膜擠壓成規(guī)定的筒狀,以便于物料的灌裝.
包裝袋的底封可以與分割切斷同步進(jìn)行,也可以分開進(jìn)行.如果是同步進(jìn)行,則要求底封切斷機(jī)構(gòu),在兩側(cè)牽伸熱封輪每轉(zhuǎn)過(guò)150mm時(shí),迅速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)底封與切斷動(dòng)作.假設(shè)底封寬度為10mm,切刀位置在底封中間,則切斷后的底封寬度,一半為已包裝袋的頂封,另一半為未包裝袋的底封.
采用現(xiàn)有純機(jī)械傳動(dòng)方案的包裝機(jī),要實(shí)現(xiàn)上述動(dòng)作的理想狀態(tài),存在以下問(wèn)題:
2.1包裝袋長(zhǎng)的誤差無(wú)法隨機(jī)補(bǔ)償、調(diào)整
在機(jī)械傳動(dòng)的制袋過(guò)程中,袋長(zhǎng)動(dòng)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因是多方面的,如包裝袋材料的均勻性,牽伸力變化引起牽伸量的變化,機(jī)械磨損機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的誤差等等,假設(shè)包裝袋的印刷尺寸與機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)生的實(shí)際誤差為0.1mm,按包裝袋光電檢測(cè)標(biāo)記允許的誤差為10mm,那么現(xiàn)有的包裝機(jī)每包裝100袋就必須停機(jī)調(diào)整一次,這就大大影響了生產(chǎn)效率.
2.2包裝物料的計(jì)量誤差調(diào)整困難
現(xiàn)有包裝機(jī)所包裝物料計(jì)量檢測(cè)后的調(diào)整,以目前的傳動(dòng)方式必須在停機(jī)條件下進(jìn)行.不論采用容積量杯式落料方案,還是螺旋推進(jìn)式落料方案,都無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)、隨機(jī)調(diào)整.這樣,調(diào)整非常麻煩,調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)(很難在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)理想的計(jì)量誤差)調(diào)整期間廢品量大,計(jì)量精度難以提高[2].
2.3袋長(zhǎng)變化十分困難
當(dāng)所包裝物料品種、比重、計(jì)量要求發(fā)生變化時(shí),目前傳動(dòng)方案要實(shí)現(xiàn)袋長(zhǎng)變化,必須按傳動(dòng)協(xié)調(diào)性要求,更換大量的中間傳動(dòng)零件(齒輪、凸輪等),這樣就限制了現(xiàn)有包裝機(jī)針對(duì)包裝物料的通用性.
3新型包裝機(jī)的傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)構(gòu)想
針對(duì)目前小型包裝機(jī)存在的上述缺陷,筆者提出了用三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)分別實(shí)現(xiàn)落料、制袋、切斷獨(dú)立動(dòng)作的設(shè)計(jì)方案,其原理(見圖2).

用一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋推進(jìn)器自動(dòng)落料,假設(shè)一袋物料需用1500個(gè)脈沖信號(hào)完成,按60袋/min的生產(chǎn)效率,可在0.4s內(nèi)完成1400個(gè)脈沖的快速落料,再用0.2s實(shí)現(xiàn)100個(gè)脈沖的慢速落料,通過(guò)電子秤的動(dòng)態(tài)計(jì)量,將計(jì)量誤差信號(hào)反饋到計(jì)算機(jī)系統(tǒng),隨機(jī)調(diào)整落料步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù),即可實(shí)現(xiàn)十分準(zhǔn)確的包裝計(jì)量要求.另外,在所包裝物料品種、比重、計(jì)量發(fā)生變化時(shí),相應(yīng)的隨機(jī)調(diào)整通過(guò)加減脈沖數(shù)實(shí)現(xiàn),也十分快捷方便.這是原有純機(jī)械傳動(dòng)方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)的.
制袋與分割也用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng),制袋電機(jī)以每分鐘60個(gè)袋長(zhǎng)的線速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(按步距角確定每個(gè)袋長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的脈沖當(dāng)量數(shù),由驅(qū)動(dòng)電源均勻提供驅(qū)動(dòng)脈沖電流)或循環(huán)間歇式轉(zhuǎn)動(dòng).底封分割的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),按對(duì)應(yīng)袋長(zhǎng)的轉(zhuǎn)角要求間歇轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)底封切斷的同步動(dòng)作要求.當(dāng)袋長(zhǎng)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)誤差,并超出光電檢測(cè)標(biāo)記允許的誤差范圍時(shí),檢測(cè)信號(hào)反饋到計(jì)算機(jī)系統(tǒng),并隨機(jī)調(diào)整切斷步進(jìn)電機(jī)的延時(shí)間隔(包裝袋的切斷分割是在瞬間完成的,每次切斷動(dòng)作轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)也是固定不變的,切斷后的實(shí)際袋長(zhǎng)取決于兩次切割動(dòng)作的時(shí)間間隔,也就是延時(shí)間隔),就可以十分方便地克服袋長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)誤差影響,使包裝機(jī)一直連續(xù)地工作,保持穩(wěn)定的生產(chǎn)效率.當(dāng)包裝物料的品種變化,要求包裝袋尺寸相應(yīng)改變時(shí),通過(guò)延時(shí)間隔的調(diào)整,即可十分方便快捷地滿足要求.
4改進(jìn)設(shè)想及結(jié)論
筆者按此設(shè)計(jì)方案,經(jīng)過(guò)一年多的試制調(diào)試,基本上實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)要求,克服了原有機(jī)械傳動(dòng)包裝機(jī)傳動(dòng)鏈長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整困難的弊端,同時(shí)也提出了下一步的改進(jìn)設(shè)想:
(1)在生產(chǎn)效率一定(如60袋/min)包裝袋長(zhǎng)度尺寸變化不大的情況下,制袋采用普通減速電機(jī)(型號(hào)TYPE、CF28)驅(qū)動(dòng),雖然制袋的線速度無(wú)法調(diào)整,但用減速電機(jī)代替步進(jìn)電機(jī)可明顯降低成本.
落料與切斷采用同一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電源順序控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作,也可顯著降低成本。
盡管在新型包裝機(jī)試制調(diào)試中還存在著不少問(wèn)題,但筆者深信,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的包裝機(jī)是小型全自動(dòng)包裝機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向,隨著科技進(jìn)步的發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)成本的降低,電機(jī)性能(矩頻特性)的改善,新型包裝機(jī)一定會(huì)更加理想完善。
 

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