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包裝行業(yè)是一個新興的行業(yè),隨著市場競爭的日益激烈白熱化,產品形象廣告效應對包裝行業(yè)提出了越來越高的要求和越來越多的需求。
1小型包裝機的現(xiàn)狀
縱觀國內現(xiàn)有的包裝機械,除大型生產包裝線外(許多是從國外引進,產品生產后隨即包裝,如奶粉、洗衣粉之類,耗資大,占地面積大,物料多品種適應性差)大都處于一種落后的局面,如一些家庭個人小作坊,買一些現(xiàn)成的包裝袋(包裝袋有人專業(yè)生產,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,用熱膜封口機封口后流通于市場.這種包裝作業(yè)方式不僅不符合衛(wèi)生條例,產品計量無法保障,也為產品摻假、制假大開了方便之門,是目前產品升級、上檔次必須嚴格杜絕的包裝作業(yè)方式。
80年代末,國內陸續(xù)引進并迅速發(fā)展生產了一系列機械傳動的小型全自動包(灌)裝機,因能基本上滿足小袋物品包裝從有計量的落料到制袋、灌裝、分割等動作的自動化作業(yè),生產效率和包裝質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(每臺售價3～5萬元),占地面積小,適應于個體小作坊的作業(yè)生產,因而深受用戶的歡迎,也使包裝機械的成長有了新的發(fā)展目標和前景,小袋物品的包裝質量也有了質的飛躍。
2小型包裝機存在的問題
盡管小型全自動包裝機的出現(xiàn),給日益繁榮的市場經濟帶來了新的氣象與生機,但人們很快發(fā)現(xiàn)目前市場上現(xiàn)有的包裝機傳動鏈長,傳動機構復雜,其傳動原理[1](見圖1).

一臺驅動電機通過多級傳動齒輪、離合器的組合,將主運動分解,進而實現(xiàn)包裝的各種動作要求,當所包裝物品發(fā)生變化,制袋材料及尺寸發(fā)生變化或機械傳動鏈本身的動態(tài)誤差發(fā)生變化時,各部分動作的協(xié)調調整十分困難.為說明問題,我們以100g小包裝廣告宣傳用奧妙贈品洗衣粉的自動化包裝為例加以說明:
散裝的洗衣粉經過包裝機分裝成100g的小袋,需要經過以下三步動作:
自動落料——制袋——分割切斷
現(xiàn)有包裝機通常采用一臺電機為驅動元件,經過許多齒輪、凸輪機構、離合器的組合,將主運動分解為三個執(zhí)行機構的單獨動作,然后按一定的協(xié)調動作要求同步完成.
如果包裝機的生產效率是60袋/min,那么自動落料時間應該盡可能小于0.6s,否則可能會出現(xiàn)計量不準(頂封切斷時,落料仍在延續(xù))或落料粉塵造成封口不嚴.
制袋可以連續(xù)勻速進行,如果每個包裝袋的長度為150mm,那么制袋兩側的牽伸、熱封輪就應以150mm/s的線速度勻速轉動,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行,也可以分開進行.如果是同步進行,則要求底封切斷機構,在兩側牽伸熱封輪每轉過150mm時,迅速準確地實現(xiàn)底封與切斷動作.假設底封寬度為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)有純機械傳動方案的包裝機,要實現(xiàn)上述動作的理想狀態(tài),存在以下問題:
2.1包裝袋長的誤差無法隨機補償、調整
在機械傳動的制袋過程中,袋長動態(tài)誤差產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,機械磨損機械振動產生的誤差等等,假設包裝袋的印刷尺寸與機械傳動產生的實際誤差為0.1mm,按包裝袋光電檢測標記允許的誤差為10mm,那么現(xiàn)有的包裝機每包裝100袋就必須停機調整一次,這就大大影響了生產效率.
2.2包裝物料的計量誤差調整困難
現(xiàn)有包裝機所包裝物料計量檢測后的調整,以目前的傳動方式必須在停機條件下進行.不論采用容積量杯式落料方案,還是螺旋推進式落料方案,都無法實現(xiàn)動態(tài)檢測、隨機調整.這樣,調整非常麻煩,調整時間長(很難在短時間內實現(xiàn)理想的計量誤差)調整期間廢品量大,計量精度難以提高[2].
2.3袋長變化十分困難
當所包裝物料品種、比重、計量要求發(fā)生變化時,目前傳動方案要實現(xiàn)袋長變化,必須按傳動協(xié)調性要求,更換大量的中間傳動零件(齒輪、凸輪等),這樣就限制了現(xiàn)有包裝機針對包裝物料的通用性.
3新型包裝機的傳動方案設計構想
針對目前小型包裝機存在的上述缺陷,筆者提出了用三臺步進電機分別實現(xiàn)落料、制袋、切斷獨立動作的設計方案,其原理(見圖2).

用一臺步進電機驅動螺旋推進器自動落料,假設一袋物料需用1500個脈沖信號完成,按60袋/min的生產效率,可在0.4s內完成1400個脈沖的快速落料,再用0.2s實現(xiàn)100個脈沖的慢速落料,通過電子秤的動態(tài)計量,將計量誤差信號反饋到計算機系統(tǒng),隨機調整落料步進電機的驅動脈沖數(shù),即可實現(xiàn)十分準確的包裝計量要求.另外,在所包裝物料品種、比重、計量發(fā)生變化時,相應的隨機調整通過加減脈沖數(shù)實現(xiàn),也十分快捷方便.這是原有純機械傳動方案無法實現(xiàn)的.
制袋與分割也用兩臺步進電機分別驅動,制袋電機以每分鐘60個袋長的線速度勻速轉動(按步距角確定每個袋長對應的脈沖當量數(shù),由驅動電源均勻提供驅動脈沖電流)或循環(huán)間歇式轉動.底封分割的驅動步進電機,按對應袋長的轉角要求間歇轉動,實現(xiàn)底封切斷的同步動作要求.當袋長出現(xiàn)動態(tài)誤差,并超出光電檢測標記允許的誤差范圍時,檢測信號反饋到計算機系統(tǒng),并隨機調整切斷步進電機的延時間隔(包裝袋的切斷分割是在瞬間完成的,每次切斷動作轉角對應的電機驅動脈沖數(shù)也是固定不變的,切斷后的實際袋長取決于兩次切割動作的時間間隔,也就是延時間隔),就可以十分方便地克服袋長的動態(tài)誤差影響,使包裝機一直連續(xù)地工作,保持穩(wěn)定的生產效率.當包裝物料的品種變化,要求包裝袋尺寸相應改變時,通過延時間隔的調整,即可十分方便快捷地滿足要求.
4改進設想及結論
筆者按此設計方案,經過一年多的試制調試,基本上實現(xiàn)了預期的目標要求,克服了原有機械傳動包裝機傳動鏈長、結構復雜、調整困難的弊端,同時也提出了下一步的改進設想:
(1)在生產效率一定(如60袋/min)包裝袋長度尺寸變化不大的情況下,制袋采用普通減速電機(型號TYPE、CF28)驅動,雖然制袋的線速度無法調整,但用減速電機代替步進電機可明顯降低成本.
落料與切斷采用同一臺驅動電源順序控制兩臺步進電機的動作,也可顯著降低成本。
盡管在新型包裝機試制調試中還存在著不少問題,但筆者深信,步進電機驅動的包裝機是小型全自動包裝機的一個發(fā)展方向,隨著科技進步的發(fā)展,步進電機成本的降低,電機性能(矩頻特性)的改善,新型包裝機一定會更加理想完善。
 

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