摘要：包裝行業(yè)中自動(dòng)化操作正在改變著包裝過程的動(dòng)作方式和工作效率，本文在闡述自動(dòng)包裝機(jī)氣動(dòng)控制的工作原理和氣動(dòng)邏輯元件在自動(dòng)包裝機(jī)中的應(yīng)用的基礎(chǔ)上，分析了氣動(dòng)制技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等與制造技術(shù)相結(jié)合的氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，并指出了氣動(dòng)控制在自動(dòng)包裝機(jī)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)控制;自動(dòng)包裝機(jī);應(yīng)用

1.引言

自動(dòng)包裝機(jī)一般分為半自動(dòng)包裝機(jī)和全自動(dòng)包機(jī)兩種。由人工供給包裝材料(容器)和內(nèi)裝物，但能自動(dòng)完成其他包裝工序的機(jī)器稱為半自動(dòng)包裝機(jī);自動(dòng)完成主要包裝工序和其他輔助包裝工序的機(jī)器，稱為全自動(dòng)包裝機(jī)。隨著自動(dòng)化程度的提高，包裝機(jī)的操作、維護(hù)和日常保養(yǎng)更加方便簡(jiǎn)單，降低了對(duì)操作人員的專業(yè)技能要求，但產(chǎn)品包裝質(zhì)量的好壞與溫度系統(tǒng)、主機(jī)轉(zhuǎn)速精度、追蹤系統(tǒng)的穩(wěn)定性能等息息相關(guān)，同時(shí)對(duì)自動(dòng)包裝機(jī)所用傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能較快的動(dòng)態(tài)跟隨性能和高穩(wěn)速精度。氣動(dòng)控制的動(dòng)力介質(zhì)來自于自然界取之不盡的空氣，環(huán)境污染小，工程實(shí)現(xiàn)容易，所以氣動(dòng)控制是一種易于推廣普及的工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)[1]。在此背景下，開展氣動(dòng)控制技術(shù)在自動(dòng)包裝機(jī)中的應(yīng)用研究，對(duì)提高包裝業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

2.自動(dòng)包裝機(jī)的主要組成與控制要求

包裝機(jī)械行業(yè)中自動(dòng)化操作正在改變著包裝過程的動(dòng)作方式和包裝容器及材料的加工方法。一臺(tái)完整自動(dòng)包裝機(jī)由很多部件組成，其中，臂端操作工具、材料運(yùn)送裝置和識(shí)別而及驗(yàn)證系統(tǒng)是主要組成部分。各部分工作原理如下：

臂端操作工具，即端部操作器，是用來抓取產(chǎn)品、定向移動(dòng)和感受性能參數(shù)的一個(gè)部件。它們的結(jié)構(gòu)方案可以從單一型的真空套到系列型真空套或夾緊爪的排列式結(jié)構(gòu)等，在包裝應(yīng)用中，端部操作器通常設(shè)計(jì)成能直接使用的真空套、夾緊爪或兩者結(jié)合的型式。其中包括動(dòng)力傳送帶、單軌吊車、自動(dòng)導(dǎo)向車和機(jī)械手等。在包裝過程中，材料的運(yùn)送處理需要考慮的以下因素：產(chǎn)品形狀、重量及材料性質(zhì);在運(yùn)輸、包裹及裝載期間產(chǎn)品的運(yùn)速、距離和方向;與其他裝置進(jìn)行聯(lián)接時(shí)所需控制水平以及如果需要時(shí)允許重新形成構(gòu)件的機(jī)動(dòng)靈活性。一種典型的可視條碼檢測(cè)能力可以確認(rèn)每個(gè)條碼對(duì)應(yīng)于每種產(chǎn)品，因此條碼掃描儀和視頻識(shí)別系統(tǒng)記錄并驗(yàn)證產(chǎn)品標(biāo)貼以確保識(shí)別的完整性。

從自動(dòng)包裝機(jī)的主要組成和各部分的工作原理可以看出，自動(dòng)包裝生產(chǎn)線是將自動(dòng)包裝機(jī)、輔助設(shè)備以及輸送裝置根據(jù)產(chǎn)品包裝工藝，按一定的順序組合起來，再配以相應(yīng)的檢測(cè)、控制、自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償裝置等而組成。包裝物品由一端不斷送入，包裝材料在相應(yīng)的工位加入，物品按工藝流程順序經(jīng)過各工序，產(chǎn)品從另一端輸出，使物品在無需人工直接參與操作的情況下自動(dòng)完成輸送、包裝的全過程。根據(jù)工藝流程要求，控制系統(tǒng)必須具備一下功能：1)從包裝物品輸入到包裝產(chǎn)品輸出的所有工序動(dòng)作的順序控制;2)對(duì)稱量重量的模擬量控制;3)為了監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行情況、方便的輸入工作參數(shù)、簡(jiǎn)化操作面板，應(yīng)具有友好的人機(jī)界面;4、具有完善的故障檢測(cè)和報(bào)警功能。

3.氣動(dòng)控制系統(tǒng)

氣動(dòng)系統(tǒng)主要由氣源處理器、電磁閥、單向節(jié)流閥、氣缸及各種氣動(dòng)接頭和管路組成，氣缸速度由單向節(jié)流閥調(diào)整，出輪氣缸設(shè)有磁性開關(guān)，其他大缸徑氣缸因沒有安裝磁性開關(guān)，所以，各機(jī)構(gòu)起始位置均設(shè)有接近開關(guān)，可發(fā)出信號(hào)通過程序指令下一動(dòng)作，自動(dòng)完成整機(jī)動(dòng)作的全過程，氣動(dòng)系統(tǒng)主要控制元件、執(zhí)行元件功能與對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 氣動(dòng)控制系統(tǒng)中主要控制元件和執(zhí)行元件的功能及對(duì)應(yīng)關(guān)系

 

控制元件	1	2	3	4	5	6	7
執(zhí)行元件	橫封器	打印器推桿	中閘門	大閘門	小閘門	卸料閘門	電熱板撤離
工作任務(wù)	封口并切斷包裝袋	打印批號(hào)、日期等	打開盛料倉(cāng)中閘門	打開盛料倉(cāng)大閘門	打開盛料倉(cāng)小閘門	打開稱料斗閘門	分開兩片電熱板
所屬裝置	成形封口機(jī)	打印機(jī)	動(dòng)態(tài)稱量機(jī)	動(dòng)態(tài)稱量機(jī)	動(dòng)態(tài)稱量機(jī)	動(dòng)態(tài)稱量機(jī)	成形封口機(jī)

 

在氣動(dòng)控制系統(tǒng)中，氣動(dòng)發(fā)生裝置一般為空氣壓縮機(jī)，它將原動(dòng)機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能;氣動(dòng)執(zhí)行元件則將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，完成規(guī)定動(dòng)作;在這兩部分之間，根據(jù)機(jī)械或設(shè)備工作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的需求、按一定順序?qū)⒏鞣N控制元件(壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥和邏輯元件)、傳感元件和氣動(dòng)輔件連接起來[2]。圖1為自動(dòng)包裝機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖，主要由7個(gè)二位五通電磁換向閥、7個(gè)單作用氣缸、1個(gè)減壓閥配合壓力表、空氣過濾器和空氣壓縮機(jī)組成。生產(chǎn)線為了實(shí)現(xiàn)高精度動(dòng)態(tài)稱量，盛料倉(cāng)設(shè)計(jì)了三料口下料裝置，稱重機(jī)的盛料倉(cāng)底部安裝有大中小3個(gè)閘門，分別由3個(gè)電磁閥控制3個(gè)氣缸完成大、中、小3個(gè)閘門的開閉。其他氣缸分別控制稱量料斗倉(cāng)門的開閉以及打印機(jī)的打印、橫封器封口的切斷、電熱板的撤離等。

圖1 自動(dòng)包裝機(jī)的氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖

4.自動(dòng)包裝機(jī)中氣動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

自動(dòng)包裝機(jī)中氣源處理要供給氣動(dòng)裝置的壓縮空氣，除了保證其壓力和流量外還必須除去其中的含油污水和灰塵等，以減少氣動(dòng)元件的磨損避免其零件的銹蝕，否則將引起系統(tǒng)工作效率降低，并常產(chǎn)生誤動(dòng)作而發(fā)生事故。必要時(shí)應(yīng)裝有壓力繼電器和主機(jī)電器部分互鎖。其次對(duì)自動(dòng)包裝機(jī)的控制箱也有一定的要求，為滿足一定操作要求，常將各種控制元件集中在控制箱內(nèi)，對(duì)控制箱設(shè)計(jì)時(shí)的注意點(diǎn)有：保證線路正常工作，阻力損失小，布置合理;面板及結(jié)構(gòu)安排要考慮操作方便等。此外，在對(duì)自動(dòng)包裝機(jī)的氣動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)使還需考慮特殊情況處理，應(yīng)考慮系統(tǒng)在停電、發(fā)生事故需要緊急停車以及重新開車而必須連鎖保護(hù)元件。

5. 氣動(dòng)控制技術(shù)在自動(dòng)包裝機(jī)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

如今越來越多的包裝機(jī)械采用氣動(dòng)元件及氣動(dòng)系統(tǒng)，其原因在于氣動(dòng)技術(shù)在包裝機(jī)技術(shù)中具有其他動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。包裝機(jī)械行業(yè)中氣動(dòng)控制正在改變著包裝過程的動(dòng)作方式，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)控制的包裝系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，顯著降低包裝工序中系統(tǒng)誤動(dòng)作造成的誤差，有效減輕職工的勞動(dòng)強(qiáng)度并降低能源和資源的消耗，具有革命意義的氣動(dòng)控制技術(shù)改變著包裝機(jī)械行業(yè)的制造方法及其產(chǎn)品的傳輸方式[3]。設(shè)計(jì)、安裝的自動(dòng)控制包裝系統(tǒng)，無論從提高包裝機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面，還是從消除加工誤差和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面，都表現(xiàn)出十分明顯的作用，并具有如下優(yōu)勢(shì)：。

1、氣動(dòng)執(zhí)行元件主要用于完成選擇、匯集、裝入、夾緊和卸放等動(dòng)作，設(shè)計(jì)制造復(fù)雜包裝系統(tǒng)，采用氣動(dòng)技術(shù)，可使整個(gè)機(jī)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。2、工作介質(zhì)是空氣，氣動(dòng)裝置是一種清潔動(dòng)力源，對(duì)污染等限制嚴(yán)格的場(chǎng)合，優(yōu)先選用氣動(dòng)系統(tǒng)。3、在包裝工藝中常需要多個(gè)動(dòng)作協(xié)調(diào)，氣動(dòng)元件容易調(diào)節(jié)。4、由于氣動(dòng)系統(tǒng)具有防火、防爆、耐潮的特點(diǎn)，因此在一些易燃易爆產(chǎn)品的包裝過程中大量使用氣動(dòng)技術(shù)。5、可短時(shí)間釋放能量以獲得間歇運(yùn)動(dòng)的高速響應(yīng);對(duì)沖擊負(fù)載和過負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。6、氣動(dòng)技術(shù)低成本，易于被采用。

6結(jié)束語

氣動(dòng)控制技術(shù)為自動(dòng)包裝機(jī)械生產(chǎn)裝備的控制方式提供了一種新穎、先進(jìn)的思路，在包裝業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中進(jìn)行典型應(yīng)用，極大的提高了設(shè)備的本質(zhì)安全性和自動(dòng)化程度，自動(dòng)包裝機(jī)的產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量也因此得到大大的提高，有很好的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸鑫勝,周洪.氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海:上�？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2000.

[2] 鄭洪生.氣動(dòng)傳動(dòng)及控制[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社.

[3] 關(guān)鄭球.輕工業(yè)包裝機(jī)與生產(chǎn)線[M].北京:輕工業(yè)出版社,2004

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