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1、摘要:介紹一種新型的包裝機(jī)械包材張力控 制構(gòu)機(jī)。該機(jī)構(gòu)利用氣動(dòng)執(zhí)行元件的柔性特性, 使包裝機(jī)既能實(shí)現(xiàn)高速開卷,又保證使包材的張 力小而恒定,從而滿足現(xiàn)代高速包裝機(jī)構(gòu)對(duì)其包 材開卷的要求。 前言:近年來(lái),氣動(dòng)技術(shù)在包裝機(jī)械行業(yè)得 到了廣泛地應(yīng)用,使包裝機(jī)械行業(yè)有了長(zhǎng)足的發(fā) 展。由于氣動(dòng)和度算機(jī)控制等先進(jìn)技術(shù)的大量介 入,使現(xiàn)代包裝機(jī)械的機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化、降低 了設(shè)備造價(jià),同時(shí)也提高了包裝速度和產(chǎn)品外觀 技師沒(méi)備的自動(dòng)比程度和可靠性都得到了大幅 度提高。 氣動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作輕快,不污染環(huán)境,能夠很好 地滿足包裝機(jī)械對(duì)速度和環(huán)境的要求?,F(xiàn)代包裝 機(jī)械一般采用氣缸做執(zhí)行元件,主要是利用氣缸 具有直線輸出和速
2、度可調(diào)等特點(diǎn),這樣就摒充了 傳統(tǒng)的由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的減速和轉(zhuǎn)換機(jī) 構(gòu),有效地簡(jiǎn)化了包裝機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),降低了 成本,縮短了生產(chǎn)周期。另外,采用氣缸做執(zhí)行 元件,通過(guò)調(diào)整控制軟件就可以解決整個(gè)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)協(xié)調(diào)的時(shí)序要求。這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的凸輪控制機(jī) 構(gòu)相比,可以節(jié)省大量的安裝調(diào)試,這也是氣動(dòng) 咧咧,我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽(tīng)到一點(diǎn)點(diǎn)聲音,而當(dāng)她粗暴的掀開我的被子我只能 技術(shù)在包裝機(jī)械行業(yè)得到普及的一個(gè)重要原因。 氣動(dòng)執(zhí)行元件具有很好的柔性,或者說(shuō)氣缸活塞 的運(yùn)動(dòng)速度和行程可受其它機(jī)構(gòu)的約束。利用氣 動(dòng)執(zhí)行元件的這一特性,可以設(shè)計(jì)成氣動(dòng)和機(jī)械 組合的復(fù)合機(jī)構(gòu),來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的動(dòng)行協(xié)調(diào)和同 步,也可設(shè)汁成柔性的
3、執(zhí)行機(jī)構(gòu),利用這種柔性 機(jī)構(gòu)可以完成一些特定。包括機(jī)氣動(dòng)張力控制機(jī) 構(gòu)就是利用氣缸柔性進(jìn)行的一個(gè)實(shí)例。 1、包裝機(jī)氣動(dòng)卷材張力控制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 包裝機(jī)氣動(dòng)卷材張力控制分為二個(gè)時(shí)段: 1)開膜時(shí)段:1 所示,伺服電機(jī)不運(yùn)行,真 空吸盤吸住包材,同時(shí)供膜輥制動(dòng)氣缸松開供膜 輥制動(dòng)盤,供膜輥處于自由狀態(tài),在擺動(dòng)桿和拉 膜浮動(dòng)氣缸向下拉力的共同作用下,擺動(dòng)桿向下 擺動(dòng),通過(guò)包材牽引供膜輥轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)行開膜。當(dāng) 擺動(dòng)桿向下運(yùn)行到接近開關(guān)的作用位置時(shí),傳感 器發(fā)出信號(hào),PLC 控制制動(dòng)氣缸對(duì)供膜輥制動(dòng), 同時(shí)控制拉膜浮動(dòng)氣 缸向下擺動(dòng)的電磁閥關(guān)斷,擺動(dòng)桿在重力作 用下自然下垂。 咧咧,我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽(tīng)到一點(diǎn)點(diǎn)
4、聲音,而當(dāng)她粗暴的掀開我的被子我只能 2)拉膜時(shí)段:首先真空吸盤解除真空放開包 材,同時(shí)控制拉膜浮動(dòng)氣缸向上運(yùn)行的兩位三通 電磁閥得電,使氣缸產(chǎn)生向上運(yùn)行的推力。通過(guò) 調(diào)節(jié)減壓閥(圖 2)使氣缸向上的推力比擺動(dòng)桿重 力作用到氣缸桿上的合力小 ( 一般相差 1.5-2Kg),這時(shí)拉膜浮動(dòng)氣缸的活塞桿并不運(yùn) 動(dòng),拉膜浮動(dòng)氣缸此時(shí)的作用只是減輕擺動(dòng)桿的 重量,同時(shí)使包材有具有一定的張力,隨后伺服 電機(jī)開始拉膜。伺服電機(jī)拉膜運(yùn)動(dòng)是間歇的,每 次拉膜的長(zhǎng)度由包材上的定位色標(biāo)確定。包材上 的色標(biāo)為等間距,當(dāng)顏色傳感器檢測(cè)到包材定位 色標(biāo),發(fā)出信號(hào)給 PLC,PLC 確定定位膜塊控制 伺服電機(jī)快速停止,實(shí)現(xiàn)
5、快速定長(zhǎng)拉膜。同時(shí)控 制電磁閥使真空吸盤吸住包材,減小包材前沖, 并且同時(shí)關(guān)斷控制浮動(dòng)氣缸向上運(yùn)動(dòng)的電磁閥, 使擺動(dòng)桿自然下垂,否則包材前沖大時(shí),雖然浮 動(dòng)氣缸向上產(chǎn)生的推力比擺動(dòng)桿的自重小,但由 于浮動(dòng)氣缸的下腔已有壓縮空氣,擺動(dòng)桿靠自重 有時(shí)不能完全回落拉緊包桿,因此需要將浮動(dòng)氣 缸的下腔壓縮空氣暫時(shí)放掉,等擺動(dòng)桿完全回落 后再打開控制浮動(dòng)氣缸向上運(yùn)動(dòng)的電磁閥,為下 次拉膜做好準(zhǔn)備。這種機(jī)構(gòu)可使包材具有很小的 咧咧,我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽(tīng)到一點(diǎn)點(diǎn)聲音,而當(dāng)她粗暴的掀開我的被子我只能 恒定張力,同時(shí)又有足夠的開膜張力,提高了包 裝速度。這種機(jī)構(gòu)利用氣動(dòng)執(zhí)行元件的柔性,既 可以使擺動(dòng)桿強(qiáng)制向下擺
6、動(dòng)開膜,又具有浮動(dòng)的 特點(diǎn)。該機(jī)構(gòu)應(yīng)用于 400g 全自動(dòng)充氮奶粉包裝 機(jī),使用效果很好。 2 包裝機(jī)氣動(dòng)卷材張力控制機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù) 計(jì)算 2、1 開卷張力計(jì)算 包材卷膜轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由兩部分組成,一是卷膜 膨脹軸本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,一是包材卷自身的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量。膨脹軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按圓柱體計(jì)算,其公 式為 J!=1/2mR12(1) 式中;J1 膨脹軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,Aem2; m1 膨脹軸的質(zhì)量,Kg; R1 膨脹軸的半徑,m。 卷膜本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以按圓筒體轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量計(jì)算,其公式為 咧咧,我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽(tīng)到一點(diǎn)點(diǎn)聲音,而當(dāng)她粗暴的掀開我的被子我只能 J2=1/2m2(R22+r2)(2) 式中 J2
7、卷膜的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,Kgm2; m2卷膜的質(zhì)量,Kg; R2 卷膜的外徑,m; r一卷膜的內(nèi)徑,m。 應(yīng)當(dāng)注意的是卷膜的質(zhì)量和外徑在過(guò)程中 是逐漸減小的,在包裝機(jī)過(guò)程中卷膜輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量是變化的,同時(shí)包材張力作用半徑也是變化 的。為了求出開卷最大張力,應(yīng)在二種極限狀態(tài) 下分別計(jì)算。取其最大值作為選擇系統(tǒng)參數(shù)的依 據(jù)。根據(jù)包裝機(jī)的動(dòng)作要求,開卷時(shí)間 t0.4S;包材開卷長(zhǎng)度 L0.2m,計(jì)算開卷 所需的張力 F。 包裝機(jī)氣動(dòng)卷材張力控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了簡(jiǎn)化計(jì)算,略去摩擦力的影響,將開卷 過(guò)程視為勻加速圓周運(yùn)動(dòng),每次開卷包材長(zhǎng)度的 計(jì)算公式為 H=1/4 Rat2(3) 咧咧,我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽(tīng)到一點(diǎn)
8、點(diǎn)聲音,而當(dāng)她粗暴的掀開我的被子我只能 式中 H 包材長(zhǎng)度,m; R 卷膜輥外徑,m: a 加速度,mS2; t 開卷時(shí)間,s。 圓周運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算公式為 a=MgJ=RF/J(4) 式中 Mg=RF,其中 R 包材外徑,m F 包材張力,N。 將式(4)帶入(3)可得包材張力計(jì)算公式 F=2HJR2t2(5) 式中 J=J1+J2 卷膜輥總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kgm2; 為了確定開卷張力,必須分別計(jì)算包材外徑 最大和包材外徑最小兩個(gè)極限情況下的開卷張 力: 包材最大直徑時(shí)的開卷張力 Fdmax=14.04N 咧咧,我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽(tīng)到一點(diǎn)點(diǎn)聲音,而當(dāng)她粗暴的掀開我的被子我只能 包材最小直徑時(shí)的開
9、卷張力 Fdmin=50.6N 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,最大張力出現(xiàn)在包材最 少時(shí),因此,可根據(jù)包材最少時(shí)的張力來(lái)確定氣 缸尺寸。 2.2 氣缸拉力計(jì)算 在 圖 (3) 中 擺 動(dòng) 桿 的 擺 動(dòng) 斜 度 為 10o,擺動(dòng)桿的位置不同各力相對(duì)于擺 動(dòng)中心的作用方向發(fā)生變化。在極限位置需要的 氣缸拉力最大, 下面根據(jù)這個(gè)拉力來(lái)計(jì)算氣缸的缸徑。 擺動(dòng)桿力平衡方程為 4FL1F1F2F2L3=0 工(6) 則氣缸拉力計(jì)算公式為 F2=4FL1/L2 F1L2/L2(7) 式中 F2 氣缸產(chǎn)生的拉力,N 咧咧,我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽(tīng)到一點(diǎn)點(diǎn)聲音,而當(dāng)她粗暴的掀開我的被子我只能 F 卷膜的張力N; F1 擺動(dòng)桿
10、的質(zhì)量,Kg; L2 包材的張力作用到擺動(dòng)桿上合力的作用 點(diǎn)到擺動(dòng)桿擺動(dòng)中心的距離,m; L1 擺動(dòng)桿的質(zhì)心到擺動(dòng)桿擺動(dòng)中心的距離 m; L3 擺動(dòng)桿氣缸拉力作用點(diǎn)與擺動(dòng)桿擺動(dòng)中 心的垂直距離,m。 表 2 擺動(dòng)桿的幾何參數(shù)及力學(xué)參數(shù) 包裝機(jī)系統(tǒng)的壓力為 0.65Mpa,為使浮動(dòng)氣 缸的拉力有一定的調(diào)節(jié)范圍,初步確定其壓力為 0.5Mpa,最后根據(jù)行程和機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)選用 SMC 的 CDM2B32-150 氣缸。 3 包裝機(jī)氣動(dòng)卷材張力控制機(jī)構(gòu)的安裝調(diào)試 及使用 包裝機(jī)氣動(dòng)卷材張力控制機(jī)構(gòu)是專門為 400g 全自動(dòng)充氮 奶粉包裝機(jī)設(shè)計(jì)的,已正式投入生產(chǎn),運(yùn)行 狀態(tài)良好。在調(diào)試過(guò)程中,控制浮動(dòng)氣缸向下拉 咧咧,我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽(tīng)到一點(diǎn)點(diǎn)聲音,而當(dāng)她粗暴的掀開我的被子我只能 動(dòng)的氣動(dòng)回路壓力的減壓閥(2)壓力設(shè)定為 0.45Mpa,浮動(dòng)氣缸向上推動(dòng)減壓閥(1)壓力設(shè)定 為 03Mpa,實(shí)際測(cè)得的開卷時(shí)間為 0.42s,開 卷長(zhǎng)度為 0 23m,拉膜時(shí)段包材的張力為 1 8kg, 證寮包裝機(jī)氣動(dòng)卷材張力控制機(jī)構(gòu)能夠很好地 滿足包裝機(jī)在過(guò)程中
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