合成型制袋自動包裝機的模塊化設(shè)計

傳統(tǒng)型機的連續(xù)自動充裝箱式電阻計的控制方法是通過輔助電腦分析和調(diào)整來實現(xiàn)的。實際生產(chǎn)中,由于其傳動系統(tǒng)復(fù)雜,因此制造、安裝較困難,而且操作調(diào)整很繁瑣。因此表現(xiàn)出有一定的缺陷:其一,對應(yīng)于不同的袋長,需要選擇相應(yīng)的間隔齒輪配對掛輪組,這決定了袋長只能有級選擇,不能任意適應(yīng);其二,袋長規(guī)格變化時,必須調(diào)整偏心鏈輪的偏心距,以確保封切線速與縱封一致。實際上,由于機械傳動的誤差,以及縱封速度變化調(diào)節(jié)的因素,很難保證封切點的橫縱封速度絕對同步;其三,在檢測色標(biāo)時,光電傳感器的控制不成問題,但對于凸輪同步開關(guān)組以及差動傳動機構(gòu),不可避免存在制造及裝配上的誤差,加上人為調(diào)整的誤差,將較易影響色標(biāo)的定位精度。為了解決以上問題,筆者采用全新的模塊化組合的設(shè)計方案,摒棄繁瑣的差速器、偏心鏈輪及凸輪同步調(diào)整等機械傳動機構(gòu),配合智能化控制系統(tǒng),既可以達(dá)到簡化傳動系統(tǒng),提高自動化程度的效果,又可使調(diào)整操作更靈活簡便。為方便討論,以下以筆者研究設(shè)計的DDP-360等切對合成型制袋自動包裝機為例,對利用智能化可編程控制技術(shù)的模塊化設(shè)計方案加以論述。對于自動化的包裝設(shè)備,多點位動作的相互協(xié)調(diào)配合非常重要,通過剛性化的機械傳動實現(xiàn)多點位動作協(xié)調(diào)的傳統(tǒng)技術(shù)已略顯過時。電子電腦技術(shù)的飛速發(fā)展為機械設(shè)計提供了全新的理念,我們完全可以把一臺復(fù)雜的設(shè)備加以分解,省略中間所有傳動機構(gòu),提取各點位的執(zhí)行機構(gòu)作為模塊,賦予其獨立的動力源,然后通過神經(jīng)中樞———微電腦系統(tǒng)控制各模塊實現(xiàn)協(xié)調(diào)動作。這正是所謂的柔性化設(shè)計。模塊化組合的設(shè)備,其優(yōu)點顯而易見,靈活的模塊化結(jié)構(gòu)使機器的功能和適應(yīng)性得以擴展,即在同一設(shè)備的母體上,可以配備或更換不同的模塊來實現(xiàn)功能的轉(zhuǎn)換。同時,模塊化的組合,可使設(shè)備實現(xiàn)自我診斷,快速確定故障點,維修調(diào)整更容易,而且具有明確針對性,不牽涉和影響正常模塊。采用模塊化設(shè)計的DDP-360包裝機,以等切對合成型技術(shù)生產(chǎn)美觀的四邊封袋型。整機通過微電腦編程系統(tǒng)控制,按需配備可調(diào)量杯式容積計量模塊或組合式電子秤模塊,實現(xiàn)屏顯操作,只需輸入數(shù)字就可設(shè)定袋長、速度及裝填重量等。包裝工作原理如圖1所示。機器主要由薄膜退卷輸送裝置、對中分切裝置、制袋成型裝置、縱封裝置、橫封切斷裝置、卸料裝置、物料計量充填裝置以及微電腦電控系統(tǒng)組成。整機為靈活的模塊式組合結(jié)構(gòu),其中送膜、分切、縱封、橫封、卸料、裝填均采用獨立的微電機驅(qū)動,各為整體,相互間完全沒有復(fù)雜的機械傳動,通過微電腦處理系統(tǒng)編程控制,使各個獨立的裝置協(xié)調(diào)動作。包裝采用單筒卷膜,如圖示,由供紙電機5驅(qū)動供紙輥3松卷,薄膜經(jīng)系列導(dǎo)輥后送入缺口導(dǎo)板7。在進入直角缺口前,薄膜被分切滾刀10對中分切,一分為二的薄膜由缺口翻折,分別經(jīng)左右導(dǎo)輥9、11轉(zhuǎn)向?qū)б?形成對合狀態(tài)。然后,薄膜在入料筒12和成型器13的聯(lián)合導(dǎo)引下形成對合筒型,受縱封滾輪14的連續(xù)牽引并實現(xiàn)縱縫封合。縱封后的袋筒進入橫封裝置15,被橫封切斷,同時,裝填物料。最后包裝成品被輸送機17送出。3橫向控制器運算與控制由上述包裝工作原理可知,在連續(xù)式自動制袋裝填包裝機中,橫封運動速度的控制在整個包裝過程中是最復(fù)雜和最重要的。它要求在一個周期中做變速運動,既要保證封切位置準(zhǔn)確,又要保證在封切點橫封和縱封線速一致,同時,要保證每一個橫封周期剛好送入一個袋長。已知的傳統(tǒng)的控制方式是非常復(fù)雜的,而且不準(zhǔn)確。在DDP-360機型中,采用了微電腦編程控制系統(tǒng)控制步進電機來完成這一工作,可達(dá)到圓滿的效果,不但靈活方便,而且精確可靠。以下重點討論橫封和縱封協(xié)調(diào)動作的控制方案。采用微電腦編程控制的設(shè)計方案如下:縱封牽引由微電機驅(qū)動,變頻調(diào)整轉(zhuǎn)速。以縱封牽引速度為基準(zhǔn),由旋轉(zhuǎn)編碼器準(zhǔn)確測速,然后根據(jù)袋長等要求,綜合色標(biāo)檢測信號,通過微電腦控制步進電機調(diào)整橫封周期的運行速度。橫封和縱封協(xié)調(diào)動作的控制流程如圖2所示。由圖可見,縱封速度隨時接受旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測,而微電腦系統(tǒng)隨時接收信號,再綜合封切起點信號、封切位置信號和色標(biāo)檢測信號,經(jīng)處理器運算后,通過驅(qū)動裝置控制步進電機運轉(zhuǎn)。具體設(shè)計運算和控制過程如下:首先設(shè)定縱封線速為v,制袋長度為l,橫封輥直徑為Dh,橫封輥轉(zhuǎn)一圈封切一次。橫封輥運動軌跡如圖3所示,其中陰影區(qū)α為橫封與縱封線速同步區(qū)域,M點為同步行程起始點,T點為封切點,N點為同步行程終止點。在此區(qū)域,橫封輥轉(zhuǎn)動角度為α(°),相應(yīng)其圓周行程為(πDhα)/360。設(shè)計橫封輥每一個圓周行程以兩個速度運行,其中于α同步區(qū)域線速為vt,于β非同步區(qū)域線速度為vx。根據(jù)包裝工藝要求,在任何情況下應(yīng)使vt=v。而vx可分以下兩種情況求得:(1)封切時,色標(biāo)正確到位,即橫封輥旋轉(zhuǎn)一周的時間等于縱封牽引送入一個標(biāo)準(zhǔn)袋長的時間,則有代入vt=v,則可求得(2)色標(biāo)檢測信號與封切點位置(T點)信號出現(xiàn)偏差時,即在封切點出現(xiàn)色標(biāo)超前或滯后現(xiàn)象,因此要求下一個送入的袋長相應(yīng)作出補償行程,以便糾正偏差。由上述可知橫封輥于α范圍內(nèi)與縱封速度同步,并且于T點即α/2處實施封切。在α范圍內(nèi),由M點到N點,步進電機運行總步數(shù)為(αi)/θb,式中θb為步進電機的步距,i為步進電機到橫封輥的傳動比。由M點到封切位置T點,步進電機運行步數(shù)為(αi)/(2θb)。設(shè)kb為α范圍內(nèi)步進電機運行的任一步,即設(shè)kS為色標(biāo)檢測信號與封切T點位置信號出現(xiàn)偏差時,其偏差值對應(yīng)步進電機的步數(shù),則有出現(xiàn)偏差時,下一個封切周期要求縱封牽引送入袋長的補償長度為代入(4)式可得橫封輥旋轉(zhuǎn)一周的時間應(yīng)等于縱封牽引送入一個實際袋長的時間,于是有代入vt=v,可得綜合(5)式和(7)式可見,在編程控制中,只需要設(shè)定袋長l值和縱封牽引速度v值,則可通過微處理器運算,控制橫封輥在封切周期中的運行速度vx和vt,從而實現(xiàn)具有雙向補償色標(biāo)偏差的運動,精確控制分切點落在色標(biāo)位置。反映到機器的操作控制中:在啟動機器前,首先設(shè)定袋長l值以及縱封速度v值,兩值均可在適用范圍內(nèi)任意無級調(diào)整。機器運行時,微處理器通過傳感器采集縱封速度的數(shù)據(jù),同步行程起始點M和終點N的位置信號,綜合色標(biāo)檢測信號和封切點T的位置信號,可以辨別色標(biāo)位置超前或滯后,并確定其量值,通過運算,對控制脈沖頻率進行修正,驅(qū)動步進電機在封切周期內(nèi)作雙速運動,除了確保在同步行程vt=v外,在非同步行程控制vx作相應(yīng)的增速或減速,使得封切位置準(zhǔn)確定位在色標(biāo)上,同時保證一個封切周期滿足一個袋長的要求。4自動調(diào)整和靈活調(diào)整的特點綜上所述,采用模塊化及微電腦編程控制設(shè)計的連續(xù)式自動制袋充填包裝機具(有一系列優(yōu)點:(1)橫封裝置采用步進電機,通過編程控制,確保封切位置精確可靠,并且滿足高速包裝的要求,完全實現(xiàn)自動調(diào)整。(2)縱封速度在一定范圍內(nèi)無級可調(diào),作為基準(zhǔn)值輸入微電腦系統(tǒng),橫封速度據(jù)此作出相應(yīng)變化,因此袋長的選擇在理論上是無級任意的。無需如傳統(tǒng)機型般,改變袋長