包裝機(jī)氣動(dòng)卷材張力控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
     
    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(kāi)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(kāi)卷的要求。
    關(guān)鍵詞：包裝機(jī)；氣動(dòng)元件；包材；張力控制

    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)工作的時(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)試工作，{TodayHot}這也是氣動(dòng)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)可以完成一些特定工作。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)行工作的一個(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(kāi)膜時(shí)段：如圖1所示，伺服電機(jī)不運(yùn)行，真空吸盤(pán)吸住包材，同時(shí)供膜輥制動(dòng)氣缸松開(kāi)供膜輥制動(dòng)盤(pán)，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(kāi)膜。當(dāng)擺動(dòng)桿向下運(yùn)行到接近開(kāi)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。
    2) 拉膜時(shí)段：首先真空吸盤(pán)解除真空放開(kāi)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(kāi)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。{HotTag}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)快速定長(zhǎng)拉膜。同時(shí)控制電磁閥使真空吸盤(pán)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(kāi)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恒定張力，同時(shí)又有足夠的開(kāi)膜張力，提高了包裝速度。這種機(jī)構(gòu)利用氣動(dòng)執(zhí)行元件的柔性工作，既可以使擺動(dòng)桿強(qiáng)制向下擺動(dòng)開(kāi)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(kāi)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! == 1/2m·R12 (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
    J2 == 1/2 m2 (R22+ r2 ) (2)
    式中 J2——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)量和外徑在工作過(guò)程中是逐漸減小的，在包裝機(jī)工作過(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(kāi)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(kāi)卷時(shí)間t≤0.4S；包材開(kāi)卷長(zhǎng)度L≥0.2m，計(jì)算開(kāi)卷所需的張力F。