合成型制袋自動包裝機的模塊化設計

合成型制袋自動包裝機的模塊化設計

傳統型機的連續(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整來實現的。實際生產中,由于其傳動系統復雜,因此制造、安裝較困難,而且操作調整很繁瑣。因此表現出有一定的缺陷:其一,對應于不同的袋長,需要選擇相應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;其二,袋長規(guī)格變化時,必須調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,在檢測色標時,光電傳感器的控制不成問題,但對于凸輪同步開關組以及差動傳動機構,不可避免存在制造及裝配上的誤差,加上人為調整的誤差,將較易影響色標的定位精度。為了解決以上問題,筆者采用全新的模塊化組合的設計方案,摒棄繁瑣的差速器、偏心鏈輪及凸輪同步調整等機械傳動機構,配合智能化控制系統,既可以達到簡化傳動系統,提高自動化程度的效果,又可使調整操作更靈活簡便。為方便討論,以下以筆者研究設計的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的模塊化設計方案加以論述。對于自動化的包裝設備,多點位動作的相互協調配合非常重要,通過剛性化的機械傳動實現多點位動作協調的傳統技術已略顯過時。電子電腦技術的飛速發(fā)展為機械設計提供了全新的理念,我們完全可以把一臺復雜的設備加以分解,省略中間所有傳動機構,提取各點位的執(zhí)行機構作為模塊,賦予其獨立的動力源,然后通過神經中樞———微電腦系統控制各模塊實現協調動作。這正是所謂的柔性化設計。模塊化組合的設備,其優(yōu)點顯而易見,靈活的模塊化結構使機器的功能和適應性得以擴展,即在同一設備的母體上,可以配備或更換不同的模塊來實現功能的轉換。同時,模塊化的組合,可使設備實現自我診斷,快速確定故障點,維修調整更容易,而且具有明確針對性,不牽涉和影響正常模塊。采用模塊化設計的DDP-360包裝機,以等切對合成型技術生產美觀的四邊封袋型。整機通過微電腦編程系統控制,按需配備可調量杯式容積計量模塊或組合式電子秤模塊,實現屏顯操作,只需輸入數字就可設定袋長、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組成。整機為靈活的模塊式組合結構,其中送膜、分切、縱封、橫封、卸料、裝填均采用獨立的微電機驅動,各為整體,相互間完全沒有復雜的機械傳動,通過微電腦處理系統編程控制,使各個獨立的裝置協調動作。包裝采用單筒卷膜,如圖示,由供紙電機5驅動供紙輥3松卷,薄膜經系列導輥后送入缺口導板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,分別經左右導輥9、11轉向導引后,形成對合狀態(tài)。然后,薄膜在入料筒12和成型器13的聯合導引下形成對合筒型,受縱封滾輪14的連續(xù)牽引并實現縱縫封合?？v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。已知的傳統的控制方式是非常復雜的,而且不準確。在DDP-360機型中,采用了微電腦編程控制系統控制步進電機來完成這一工作,可達到圓滿的效果,不但靈活方便,而且精確可靠。以下重點討論橫封和縱封協調動作的控制方案。采用微電腦編程控制的設計方案如下:縱封牽引由微電機驅動,變頻調整轉速。以縱封牽引速度為基準,由旋轉編碼器準確測速,然后根據袋長等要求,綜合色標檢測信號,通過微電腦控制步進電機調整橫封周期的運行速度。橫封和縱封協調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編碼器的檢測,而微電腦系統隨時接收信號,再綜合封切起點信號、封切位置信號和色標檢測信號,經處理器運算后,通過驅動裝置控制步進電機運轉。具體設計運算和控制過程如下:首先設定縱封線速為v,制袋長度為l,橫封輥直徑為Dh,橫封輥轉一圈封切一次。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,橫封輥轉動角度為α(°),相應其圓周行程為(πDhα)/360。設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。根據包裝工藝要求,在任何情況下應使vt=v。而vx可分以下兩種情況求得:(1)封切時,色標正確到位,即橫封輥旋轉一周的時間等于縱封牽引送入一個標準袋長的時間,則有代入vt=v,則可求得(2)色標檢測信號與封切點位置(T點)信號出現偏差時,即在封切點出現色標超前或滯后現象,因此要求下一個送入的袋長相應作出補償行程,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,由M點到N點,步進電機運行總步數為(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,步進電機運行步數為(αi)/(2θb)。設kb為α范圍內步進電機運行的任一步,即設kS為色標檢測信號與封切T點位置信號出現偏差時,其偏差值對應步進電機的步數,則有出現偏差時,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)式可得橫封輥旋轉一周的時間應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,從而實現具有雙向補償色標偏差的運動,精確控制分切點落在色標位置。反映到機器的操作控制中:在啟動機器前,首先設定袋長l值以及縱封速度v值,兩值均可在適用范圍內任意無級調整。機器運行時,微處理器通過傳感器采集縱封速度的數據,同步行程起始點M和終點N的位置信號,綜合色標檢測信號和封切點T的位置信號,可以辨別色標位置超前或滯后,并確定其量值,通過運算,對控制脈沖頻率進行修正,驅動步進電機在封切周期內作雙速運動,除了確保在同步行程vt=v外,在非同步行程控制vx作相應的增速或減速,使得封切位置準確定位在色標上,同時保證一個封切周期滿足一個袋長的要求。4自動調整和靈活調整的特點綜上所述,采用模塊化及微電腦編程控制設計的連續(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,完全實現自動調整。(2)縱封速度在一定范圍內無級可調,作為基準值輸入微電腦系統,橫封速度據此作出相應變化,因此袋長的選擇在理論上是無級任意的。無需如傳統機型般,改變袋長