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• 引言

隨著包裝機(jī)包裝速度的提高，在采用紙張（或塑料薄膜）為包裝材料的包裝機(jī)中，傳統(tǒng)的 平張型包裝紙已逐漸被卷筒型包裝紙所取代，因為它有利于提高包裝速度，簡化機(jī)器結(jié)構(gòu)。

在使用卷筒包裝紙時，如何控制包裝紙圖案位置，使之符合產(chǎn)品包裝裝潢的工藝要求? 是設(shè)計包裝機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)*

我們是在研制實際的包裝機(jī)的基礎(chǔ)上.對包裝機(jī)的圖案定位進(jìn)行了深入系統(tǒng)的理論硏 究.并將其運用于生產(chǎn)實際取得了明顯效果•

二、造成包裝紙圖案偏離正確位置的原因

卷筒型包裝紙上印有圖案和供光電設(shè)備檢測的色標(biāo)，從包裝紙輸送簡圖（見圖1，可以 看出，卷筒包裝紙通過導(dǎo)輾、送紙轅及刀輾到達(dá)包裝位置,刀輾旋轉(zhuǎn)一周,切下一張包裝紙。

該卷筒紙上每張包裝紙長度為L,刀輾的速度為n,送紙輻的理想速度為隊，淺紙跟的 標(biāo)稱直徑為也。

若包裝機(jī)開車前，卷筒紙的理論切紙線對準(zhǔn)刀輾切刀位置,同時滿足那么刀 輾每次切下的包裝紙就與卷筒紙上理論切紙線一致•產(chǎn)品包裝后圖案位置完全推確。

而實際上送紙輾的速度很難滿足上式，這一方面是由于機(jī)械加工的送紙輾的實際尺寸 和標(biāo)稱尺寸有公差，另一方面圓周率k為無限不循環(huán)小數(shù)，而實際計算時只能取有限位小

數(shù)，因此刀輾切下的包裝紙和理論切紙線之 間有偏差（.用S來表示｝,即使這種偏差很小， 例如S=0：lmm〈這對一般包裝機(jī)來說,要求 已經(jīng)很高了）。包裝機(jī)的包裝速度一般為 即0個/分左右,倘若沒有補(bǔ)償調(diào)節(jié)裝置，即 在開環(huán)系統(tǒng)里.機(jī)器運行一分鐘以后，刀輾切 下的包裝紙與理論切紙線之間的偏差即達(dá) 20mm,此時，包裝紙上的圖案就會明顯地偏 離產(chǎn)品的正確位置。當(dāng)然，造成偏差的因素是

多方面的。例如包裝紙的彈性變形產(chǎn)生脾性滑動,而彈性滑動又與送紙輾工作面與包裝紙 彈性模數(shù)及摩擦系數(shù)有關(guān).而且造成偏差的有些因素是隨機(jī)的•

為了保證包裝質(zhì)量,滿足包裝工藝要求，必須建立自動定位的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

三、自動定位的補(bǔ)償式調(diào)節(jié)系統(tǒng)

為了實現(xiàn)包裝圖案自動定位•就要求卷筒包裝紙的輸送速度完全適應(yīng)刀輾速度•使刀輾 的刀切在卷筒包裝紙理論的切紙線上,從系統(tǒng)參考輸入特征來看,該系統(tǒng)屬于隨動系統(tǒng)E。

如果單純從電的角度來滿足該機(jī)包裝紙圖案自動定位的要求.電氣線路是比校夏雜的， 這里采用機(jī)電相結(jié)合的補(bǔ)償式調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖2所示,該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單實用，工作 穩(wěn)定可靠口；機(jī)

其補(bǔ)償調(diào)節(jié)原理簡述如下:光電裝置利用印在卷筒包裝紙上的色標(biāo)即可檢測包裝紙的 輸送位置;與刀輾旋轉(zhuǎn)同步的凸輪接觸微動開關(guān)即反映了刀輾切紙動作的時間。二者均轉(zhuǎn)換 為昧沖信號進(jìn)行比較，比校后的信號決定伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向"伺服電機(jī)的運行時間由定時 器控制，可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié),以伺服電機(jī)的輸出作為補(bǔ)償量，它通過差動輪系與主傳 動相合成，從而調(diào)節(jié)包裝紙的運行速度，減少了刀輾切下的包裝紙與理論切紙線的偏差，使 之偏差在允許的范圍以內(nèi)。

 

 

 

 

四、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

為了計算分析的方便，根據(jù)補(bǔ)償式調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點,對系統(tǒng)作必要的簡化。其簡化的系 統(tǒng)框圖如圖3所示.圖4為補(bǔ)標(biāo)機(jī)構(gòu)的繼電持性口

設(shè)L(t)為參考輸入量，它表示刀輾工作時,要求輸送包裝紙的理想長度；反饋量為實際 的送紙長度L(t)：K為卷筒包裝紙的順序號海(t)表示開環(huán)系統(tǒng)刀輾切下的包裝紙長度與理 論包裝紙長度的差值;F(t)為補(bǔ)償量，它表示伺服電機(jī)工作對實際送筆長度的"卜償量.差

 

五、自動定位系統(tǒng)誤差計算機(jī)輔助分析

有了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，可以借助于計算機(jī)進(jìn)行誤差分析黑」,為了閱讀的方便，有必要指 出程序“流程圖”中各量的物理意義。

L：表示卷筒包裝紙上每張包裝紙長度(即理論包裝紙長度)。

S：表示開環(huán)系統(tǒng)(即無補(bǔ)償機(jī)構(gòu)時)，刀観切下的每張包裝紙長度與理論包裝紙長度的 差值•

A：為非線性元件繼電器特性的死區(qū)值，表示了比較機(jī)構(gòu)的不靈敏區(qū)。

B：為非線性元件繼電器特性的飽和值，表示調(diào)節(jié)系統(tǒng)對每張包裝紙給予的補(bǔ)償量，

N：表示刀輾切下的K張包裝

紙總長度。

W：表示閉環(huán)系統(tǒng)（即有補(bǔ)償 機(jī)構(gòu)時）刀相切下的第K張包裝 紙實際切紙線與理論切紙線之間 的誤差。

按照“流程圖”（見圖5）可以

編制出計算程序，由計算機(jī)得到的 計算結(jié)果，繪制出三組曲線，分別 如圖6、圖7、圖8所示。

從圖6可以看出：

1. 包裝紙圖案定位誤差是周 期循環(huán)變化的，這說明只要滿足B >S,系統(tǒng)雖具有自振蕩卻能穩(wěn)定 工作。

2,補(bǔ)償值B在一定范圍變化 S+A>B>A,其定位誤差的最大 值不變，即B值在一定范圍里變 化不影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。因此對 補(bǔ)償機(jī)構(gòu)補(bǔ)償精度的要求不必很 高。

從圖7可以看出：

1.包裝紙圖寒定位誤差是周 期循環(huán)變化的，且改變A值，周期

不變。                                     圖5計算定位誤差流程圖

2. A越大,W越大,說明補(bǔ)嘗器非線性特性不靈敏區(qū)不宜過大，否則定位誤差會超過允 許值。

在圖8中，由于波形圖中K值取得小,只能從圖中看到定位誤差的一個周期,從計算機(jī) 打印的計數(shù)結(jié)果來看，圖案定位誤差仍然是周期變化的。

另外可以從波形圖中明顯看岀,S越大.W越太，說明系統(tǒng)開環(huán)誤差越大，閉環(huán)誤差也相 應(yīng)增大。

 

六、結(jié)論

為保證圖案定位誤差在允許的范圍以內(nèi)，應(yīng)注意到以下幾個方面：

1.盡可能減小系統(tǒng)的開環(huán)誤差，例如減小傳動誤差，提高送紙輾的加工精度，因為送紙 輾的直徑應(yīng)盡可能滿足n₂ = n晟.同時要確保卷筒包裝紙與送紙輾在運行過程中不產(chǎn)生滑動，盡可能減小引起V 定位誤差的隨機(jī)因素

2. 要適當(dāng)減小 補(bǔ)償機(jī)構(gòu)非線性特性² 的死區(qū)值，有利于提丨 高定位精度。
3. 補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的 補(bǔ)償量有一定的取值 范圍 S + A>B>A，w 在包裝機(jī)運行時,由 于一些隨機(jī)因素的影3 響，還需要調(diào)整(可通2 過改變定時器的整定t 時間來實現(xiàn)。

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