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ENGLISH0755-88840386發布時間:2020-07-27 14:26:11 |來源:網絡轉載
前言:近年來,氣動技術在包裝機械行業得到了 廣泛地應用,使包裝機械行業有了長足的發展。由 於氣動和度算機控製等先進技術的大量介入,使現 代包裝機械的機械結構大為簡化、降低了設備造價, 同時也提高了包裝速度和產品外觀技師設備的自動 化程度和可靠性都得到了大幅度提高。
氣動機構動作輕快,不汙染環境,能夠很好地滿 足包裝機械對速度和環境的要求。現代包裝機械一 般采用氣紅做執行元件,主要是利用氣缸具有直線 輸出和速度可調等特點,這樣就摒充了傳統的由旋 轉運動到直線運動的減速和轉換機構,有效地簡化 了包裝機械的傳動機構,降低了成本,縮短了生產周 期。另外,采用氣缸做執行元件,通過調整控製軟件 就可以解決整個執行機構協調工作的時序要求。這 一點與傳統的凸輪控製機構相比,可以節省大量的 安裝調試工作,這也是氣動技術在包裝機械行業得 到普及的一個重要原因。氣動執行元件具有很好的 柔性,或者說氣缸活塞的運動速度和行程可受其它 機構的約束。利用氣動執行元件的這一特性,可以 設計成氣動和機械組合的複合機構,來實現準確的 動行協調和同步,也可設計成柔性的執行機構,利用 這種柔性機構可以完成一些特定工作。包括機氣動 張力控製機構就是利用氣缸柔性進行工作的一個實 例。
1包裝機氣動卷材張力控製機構簡介
包裝機氣動卷材張力控製分為二個時段:
1)開膜時段:如圖1所示,伺服電機不運行,真 空吸盤吸住包材,同時供膜視製動氣缸鬆開供膜輻 製動盤,供膜輾處於自由狀態,在擺動杆和拉膜浮動 氣缸向下拉力的共同作用下,擺動杆向下擺動,通過 包材牽引供膜輻轉動,進行開膜。當擺動杆向下運 行到接近開關的作用位置時,傳感器發岀信號,PLC 收稿日期:2003 - 09-12 控製製動氣缸對供膜輻製動,同時控製拉膜浮動氣 缸向下擺動的電磁閥關斷,擺動杆在重力作用下自 然下垂。
圖1包裝機氣動卷材張力控製機構組成示意圖
圖2包裝機氣動卷材張力控製係統原理圖
2)拉膜時段:首先真空吸盤解除真空放開包 材,同時控製拉膜浮動氣缸向上運行的兩位三通電 磁閥得電,使氣缸產生向上的推力。通過調節減壓 閥(圖2)使氣缸向上的推力比擺動杆重力作用到氣 缸杆上的合力小(一般相差1.5 ~2Kg),這時拉膜浮 動氣缸的活塞杆並不運動,拉膜浮動氣缸此時的作 用隻是減輕擺動杆的重量,同時使包材有具有一定 的張力,隨後伺服電機開始拉膜。伺服電機拉膜運 動是間歇的,每次拉膜的長度由包材上的定位色標 確定。包材上的色標為等間距,當顏色傳感器檢測 到包材定位色標,發出信號給PLC.PLC確定定位膜 塊控製伺服電機快速停止,實現快速定長拉膜。同 時控製電磁閥使真空吸盤吸住包材,減小包材前衝, 並且同時關斷控製浮動氣缸向上運動的電磁閥,使 擺動杆自然下垂,否則包材前衝大時,雖然浮動氣缸 向上產生的推力比擺動杆的自重小,但由於浮動氣 缸的下腔已有壓縮空氣,擺動杆靠自重有時不能完 全回落拉緊包杆,因此需要將浮動氣缸的下腔壓縮 空氣暫時放掉,等擺動杆完全回落後再打開控製浮 動氣缸向上運動的電磁閥,為下次拉膜做好準備。 這種機構可使包材具有很小的恒定張力,同時又有 足夠的開膜張力,提高了包裝速度。這種機構利用 氣動執行元件的柔性工作,既可以使擺動杆強製向 下擺動開膜,又具有浮動的特點。該機構應用於 400g全自動充氮奶粉包裝機,使用效果很好。
2包裝機氣動卷材張力控製機構動力學參數計算
2.1開卷張力計算
包材卷膜轉動慣量由兩部分組成,一是卷膜膨 脹軸本身的轉動慣量,一是包材卷自身的轉動慣量。 膨脹軸的轉動慣量可按圓柱體計算,其公式為
Ji = (1)
式中Ji 膨脹軸的轉動慣量,姐皿2;
m, 膨脹軸的質量,&g;
Ri——膨脹軸的半徑,m。
卷膜本身的轉動慣量可以按圓筒體轉動慣量計 算,其公式為
J2 = }明2(足 + r2) (2).
式中J2 巻膜的轉動慣量,Agm2;
m2 卷膜的質量,&g;
R2 卷膜的外徑,m;
r 卷膜的內徑,m。
應當注意的是卷膜的質量和外徑在工作過程中 是逐漸減小的,在包裝機工作過程中卷膜輟的轉動 慣量是變化的,同時包材張力作用半徑也是變化的。 為了求岀開卷最大張力,應在二種極限狀態下分別 計算。取其最大值作為選擇係統參數的依據。根據 包裝機的動作要求,開卷時間tW0.4S;包材開卷長 度LN0.2m,計算開卷所需的張力Fo
為了簡化計算,略去摩擦力的影響,將開卷過程 視為勻加速圓周運動,每次開卷包材長度的計算公 式為
H = — • R • at2 (3)
4 77
式中H 包材長度,m;
R——卷膜輻外徑,m;
a 加速度,m/s2;
t——開卷時間,s。
圓周運動的加速度計算公式為
a = Mg/J = RF/J (4)
式中Mg =RF,其中R― 材外徑,m;
F——包材張力,N。
將式(4)帶入(3)可得包材張力計算公式
F = 2H • J/R2 - t2 (5)
式中J =Ji+J2 -卷膜輻總的轉動慣量,kgm。
在全自動400g充氮奶粉包裝機氣動卷材張力 控製機構的參數如表1所示。
表1氣動卷材張力控製機構的參數
膨脹軸 質量 |
膨脹軸 半徑 |
膨脹軸 轉動慣量 |
卷膜包材 最大半徑 |
卷膜包材 最大供量 |
卷膜包材 最大轉動慣量 |
mJ kg) |
Rl(m) |
JJkgm?) |
R2(m) |
m2(kg) |
J2 ( kgm?) |
7.5 |
0.037 |
6.8x10-3 |
0.200 |
15 |
248.2x10-3 |
為了確定開卷張力,必須分別計算包材外徑最 大和包材外徑最小兩個極限情況下的開卷張力:
包材最大直徑時的開卷張力
Fdmax = 14. 04N
包材最小直徑時的開卷張力
Fdmin = 50. 6N
根據上述計算結果,最大張力出現在包材最少 時,因此,可根據包材最少時的張力來確定氣缸尺 寸。
2.2氣虹拉力計算
在圖(3)中擺動杆的擺動斜度為土 10。,擺動杆 的位置不同各力相對於擺動中心的作用方向發生變 化。在極限位置需要的氣缸拉力最大,下麵根據這 個拉力來計算氣缸的缸徑。
擺動杆力平衡方程為
4F •烏 一 F\F, - F2L3 = 0 (6)
式中F2——氣缸產生的拉力,N;
F——卷膜的張力, N;
F] 擺動杆的質量,kg;
L——包材的張力作用到擺動杆上合力的作 用點到擺動杆擺動中心的距離,m;
L,——擺動杆的質心到擺動杆擺動中心的距 離m;
L3——擺動杆氣缸拉力作用點與擺動杆擺動 中心的垂直距離,m。
表2擺動杆的幾何參數及力學參數
擺動杆 |
包材的張力作用到擺動杆上合力的 |
擺動杆的質心到擺動 |
擺動杆氣缸拉力作用點與擺 |
的質量 |
作用點到擺動杆擺動中心的距離 |
杆擺動中心的距離 |
動杆擺動中心的垂直距離 |
FJkg) |
頃m) |
L] ( m) |
Lj ( m) |
12 |
0.28 |
0.32 |
0. 16 |
將表2中各項參數數值帶入到式(7),不難得 到氣缸拉力F2=141.5NO
包裝機係統的工作壓力為0. 65Mpa,為使浮動 氣缸的拉力有一定的調節範圍,初步確定其工作壓 力為0.5Mpa,最後根據工作行程和機械安裝結構選 用SMC公司的CDM2B32-150氣缸。
3包裝機氣動卷材張力控製機構的安裝調試及使用
包裝機氣動卷材張力控製機構是專門為400g 全自動充氮奶粉包裝機設計的,已正式投入生產,運 行狀態良好。在調試過程中,控製浮動氣缸向下拉 動的氣動回路工作壓力的減壓閥(2)工作壓力設定 為0.45Mpa,浮動氣缸向上推動減壓閥(1)工作壓 力設定為0.3Mpa,實際測得的開卷時間為0.42s,開 卷長度為0.23m,拉膜時段包材的張力為1.8kg,證 寮包裝機氣動卷材張力控製機構能夠很好地滿足包 裝機在工作過程中對開卷的工作要求,說明上述的 結構方案的可行性與計算的正確性。
4結論
1) 本文給出了包裝機氣動卷材張力控製機構 的設計準則,經生產實踐證明該係統性能穩定、工作 可靠,滿足了現代高速包裝機械對其包材開卷的要 求。
2) 氣動控製因其柔性、清潔,易構成機電氣集 成係統,將進一步提升包裝機械行業的整體水平。
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