包裝機(jī)氣動卷材張力控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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)對其包 材開卷的要求。 前言：近年來，氣動技術(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)有了長足的發(fā) 展。由于氣動和度算機(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 技師沒備的自動比程度和可靠性都得到了大幅 度提高。 氣動機(jī)構(gòu)動作輕快，不污染環(huán)境，能夠很好 地滿足包裝機(jī)械對速度和環(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)動到直線運(yùn)動的減速和轉(zhuǎn)換機(jī) 構(gòu)，有效地簡化了包裝機(jī)械的傳動機(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 咧咧，我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽到一點(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。 氣動執(zhí)行元件具有很好的柔性，或者說氣缸活塞 的運(yùn)動速度和行程可受其它機(jī)構(gòu)的約束。利用氣 動執(zhí)行元件的這一特性，可以設(shè)計(jì)成氣動和機(jī)械 組合的復(fù)合機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的動行協(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)氣動卷材張力控制機(jī)構(gòu)簡介 包裝機(jī)氣動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)供膜輥制動氣缸松開供膜 輥制動盤，供膜輥處于自由狀態(tài)，在擺動桿和拉 膜浮動氣缸向下拉力的共同作用下，擺動桿向下 擺動，通過包材牽引供膜輥轉(zhuǎn)動，進(jìn)行開膜。當(dāng) 擺動桿向下運(yùn)行到接近開關(guān)的作用位置時(shí)，傳感 器發(fā)出信號，PLC 控制制動氣缸對供膜輥制動， 同時(shí)控制拉膜浮動氣 缸向下擺動的電磁閥關(guān)斷，擺動桿在重力作 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 調(diào)節(jié)減壓閥(圖 2)使氣缸向上的推力比擺動桿重 力作用到氣缸桿上的合力小 ( 一般相差 1.5-2Kg)，這時(shí)拉膜浮動氣缸的活塞桿并不運(yùn) 動，拉膜浮動氣缸此時(shí)的作用只是減輕擺動桿的 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)動是間歇的，每 次拉膜的長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)顏色傳感器檢測到包材定位 色標(biāo)，發(fā)出信號給 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)斷控制浮動氣缸向上運(yùn)動的電磁閥， 使擺動桿自然下垂，否則包材前沖大時(shí)，雖然浮 動氣缸向上產(chǎn)生的推力比擺動桿的自重小，但由 于浮動氣缸的下腔已有壓縮空氣，擺動桿靠自重 有時(shí)不能完全回落拉緊包桿，因此需要將浮動氣 缸的下腔壓縮空氣暫時(shí)放掉，等擺動桿完全回落 后再打開控制浮動氣缸向上運(yùn)動的電磁閥，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)利用氣動執(zhí)行元件的柔性，既 可以使擺動桿強(qiáng)制向下擺

6、動開膜，又具有浮動的 特點(diǎn)。該機(jī)構(gòu)應(yīng)用于 400g 全自動充氮奶粉包裝 機(jī)，使用效果很好。 2 包裝機(jī)氣動卷材張力控制機(jī)構(gòu)動力學(xué)參數(shù) 計(jì)算 2、1 開卷張力計(jì)算 包材卷膜轉(zhuǎn)動慣量由兩部分組成，一是卷膜 膨脹軸本身的轉(zhuǎn)動慣量，一是包材卷自身的轉(zhuǎn)動 慣量。膨脹軸的轉(zhuǎn)動慣量可按圓柱體計(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)動慣量可以按圓筒體轉(zhuǎn)動慣 量計(jì)算，其公式為 咧咧，我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽到一點(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)量和外徑在過程中 是逐漸減小的，在包裝機(jī)過程中卷膜輥的轉(zhuǎn)動慣 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)的動作要求，開卷時(shí)間 t0.4S；包材開卷長度 L0.2m，計(jì)算開卷 所需的張力 F。 包裝機(jī)氣動卷材張力控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了簡化計(jì)算，略去摩擦力的影響，將開卷 過程視為勻加速圓周運(yùn)動，每次開卷包材長度的 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)的張力來確定氣 缸尺寸。 2.2 氣缸拉力計(jì)算 在 圖 (3) 中 擺 動 桿 的 擺 動 斜 度 為 10o，擺動桿的位置不同各力相對于擺 動中心的作用方向發(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)拉力來計(jì)算氣缸的缸徑。 擺動桿力平衡方程為 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 擺動桿

10、的質(zhì)量，Kg； L2 包材的張力作用到擺動桿上合力的作用 點(diǎn)到擺動桿擺動中心的距離，m； L1 擺動桿的質(zhì)心到擺動桿擺動中心的距離 m； L3 擺動桿氣缸拉力作用點(diǎn)與擺動桿擺動中 心的垂直距離，m。 表 2 擺動桿的幾何參數(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)氣動卷材張力控制機(jī)構(gòu)是專門為 400g 全自動充氮 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)試過程中，控制浮動氣缸向下拉 咧咧，我發(fā)現(xiàn)我的耳朵只能聽到一點(diǎn)點(diǎn)聲音，而當(dāng)她粗暴的掀開我的被子我只能 動的氣動回路壓力的減壓閥(2)壓力設(shè)定為 0.45Mpa，浮動氣缸向上推動減壓閥(1)壓力設(shè)定 為 03Mpa，實(shí)際測得的開卷時(shí)間為 0.42s，開 卷長度為 0 23m，拉膜時(shí)段包材的張力為 1 8kg， 證寮包裝機(jī)氣動卷材張力控制機(jī)構(gòu)能夠很好地 滿足包裝機(jī)在過程中