基于步進(jìn)電機(jī)與凸輪聯(lián)合控制技術(shù)在盒外透明紙包裝中的應(yīng)用

拓宏偉

【摘 要】YB55型包裝機(jī)在煙包外透明紙包裝過程中，由于包裝機(jī)速度不同，機(jī)器啟動(dòng)階段和加速階段會(huì)造成加熱時(shí)間不同，導(dǎo)致煙包透明紙包裝質(zhì)量不穩(wěn)定。經(jīng)過實(shí)踐利用機(jī)械凸輪與步進(jìn)電機(jī)聯(lián)合控制的方法來解決這一問題，包裝機(jī)在勻速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，利用機(jī)械凸輪控制煙包透明紙長(zhǎng)邊加熱器的封口動(dòng)作和加熱時(shí)間，在啟動(dòng)和加速階段，則利用步進(jìn)電機(jī)輔助控制加熱器動(dòng)作及加熱時(shí)間，使加熱器在機(jī)器速度不同時(shí)對(duì)煙包透明紙封口加熱時(shí)間保持基本一致，以保證煙包透明紙包裝質(zhì)量的穩(wěn)定可靠。

【關(guān)鍵詞】步進(jìn)電機(jī) 凸輪聯(lián)合控制技術(shù) 盒外透明紙

1 機(jī)械凸輪控制過程

YB55盒外透明紙包裝機(jī)設(shè)計(jì)原理是主電機(jī)通過齒輪帶動(dòng)機(jī)械凸輪，利用機(jī)械凸輪-馬耳他輪來控制加熱器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)盒外透明紙的包裝，在包裝過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)散包、褶皺、燙壞等產(chǎn)品質(zhì)量問題。

盒外透明紙封口質(zhì)量取決于加熱器的烙封壓力、溫度和停留時(shí)間。加熱器烙封壓力可以通過加熱器的聯(lián)接組件方便調(diào)整，溫度則是通過MICRO II微機(jī)進(jìn)行設(shè)置和控制，停留時(shí)間卻由機(jī)器速度決定，由于機(jī)械凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)變化，速度越快，加熱器在透明紙封口處的停頓時(shí)間就越短，加熱時(shí)間越短，就很容易出現(xiàn)松包等質(zhì)量缺陷。反之機(jī)器速度越慢，停頓時(shí)間越長(zhǎng)，則會(huì)出現(xiàn)煙包褶皺、燙壞等現(xiàn)象。在相同的溫度下，不同的加熱時(shí)間直接影響到煙包盒外透明紙的封口質(zhì)量。

包裝成形輪內(nèi)的煙包盒外透明紙加熱過程是由固定的機(jī)械凸輪帶動(dòng)透明紙長(zhǎng)邊封口加熱器（其工作原理如圖1所示），實(shí)現(xiàn)靠近煙包→烙封煙包外透明紙→離開煙包的過程，加熱器完全由機(jī)械凸輪帶動(dòng)，機(jī)械凸輪通過連桿驅(qū)動(dòng)加熱器做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)煙包進(jìn)行加熱。煙包成型輪作順時(shí)針方向間歇運(yùn)動(dòng)，在煙包成型輪停止時(shí)加熱器對(duì)煙包進(jìn)行烙封，從而完成煙包盒外透明紙的包裝。

在任何速度下，由于機(jī)械凸輪的運(yùn)動(dòng)軌跡不變，所以在不同的速度下，加熱器對(duì)煙包的烙封停留時(shí)間不同，在啟動(dòng)和加速階段由于機(jī)器速度由慢到快，會(huì)導(dǎo)致加熱器在烙封煙包外透明紙時(shí)停留時(shí)間不一致，從而造成煙包透明紙包裝質(zhì)量問題。機(jī)械凸輪控制加熱器在固定相位下降，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙包盒外透明紙的烙封，并在固定的相位提升加熱器使其遠(yuǎn)離煙包，從而停止對(duì)煙包盒外透明紙的烙封。

2 步進(jìn)電機(jī)和機(jī)械凸輪聯(lián)合控制過程

為了解決在啟動(dòng)和加速階段，由于機(jī)器運(yùn)行速度造成加熱器烙封停留時(shí)間不均勻?qū)е碌陌b質(zhì)量問題，在凸輪與加熱器之間介入步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)。步進(jìn)電機(jī)通過連桿控制加熱器先于凸輪控制的相位離開煙包，從而減少加熱器對(duì)煙包盒外透明紙的停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)在不同速度下，加熱器對(duì)煙包盒外透明紙的停留時(shí)間保持恒定不變。

當(dāng)YB55盒外透明紙包裝機(jī)低于300包/分時(shí)，說明機(jī)器處于啟動(dòng)或即將停止階段，這時(shí)煙包加熱器的下降動(dòng)作依然由機(jī)械凸輪控制著，而加熱器的提升動(dòng)作則通過激活步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的預(yù)先提升，將步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)9°，將預(yù)先提升機(jī)械凸輪控制的加熱器，利用步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作改變位置 A和位置B之間的距離，使煙包盒外透明紙加熱器提前離開煙包，從而改變加熱器對(duì)煙包盒外透明紙的烙封停留時(shí)間（如圖2所示）。由于步進(jìn)電機(jī)使加熱器提前離開煙包，而此時(shí)機(jī)械凸輪依然按原定軌跡運(yùn)行，這樣就會(huì)出現(xiàn)下一個(gè)煙包錯(cuò)位的情況。

為了保證下一個(gè)循環(huán)煙包正常運(yùn)行，需要使步進(jìn)電機(jī)回到初始位置，當(dāng)機(jī)械凸輪旋轉(zhuǎn)到加熱器脫離相位時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始反向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿復(fù)位到HOME傳感器的位置，在機(jī)械凸輪和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)共同運(yùn)動(dòng)的作用下，連桿位置從虛線A′運(yùn)動(dòng)到位置A。

通過對(duì)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度的監(jiān)測(cè)，可以控制步進(jìn)電機(jī)何時(shí)參與機(jī)械烙封過程，從而控制烙封停留時(shí)間穩(wěn)定，改善煙包透明紙包裝質(zhì)量。當(dāng)YB55盒外透明紙包裝機(jī)高于300包/分時(shí)，說明機(jī)器處于穩(wěn)定運(yùn)行階段，此時(shí)煙包加熱器的往復(fù)動(dòng)作完全由機(jī)械凸輪控制運(yùn)行，烙封質(zhì)量穩(wěn)定。

3 結(jié)語

通過機(jī)械凸輪和步進(jìn)電機(jī)輔助在傳動(dòng)連桿上，使二個(gè)加熱器的烙封相位規(guī)律運(yùn)行，保證煙包烙封停頓時(shí)間一致，杜絕散包、褶皺、燙壞煙包等質(zhì)量缺陷的發(fā)生。