基于超薄膜的高速精準(zhǔn)自動(dòng)拉膜成型裝置設(shè)計(jì)*

張秋容，陳勝利，唐 善，呂和軍

(1.河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 河源 517000；2.歐華包裝設(shè)備(河源)有限公司，廣東 河源 517000)

0 引言

目前日常生活中各種塑料袋包裝產(chǎn)品越來越多，使得自動(dòng)化包裝機(jī)的需求量也越來越大。當(dāng)前采用包裝膜的自動(dòng)包裝工藝流程主要分為拉膜成型、縱封、橫封切、成品自檢等4個(gè)方面，其中拉膜成型工藝在當(dāng)前的自動(dòng)包裝設(shè)備中大多采用供膜和拉膜雙動(dòng)力實(shí)現(xiàn)拉膜，存在著拉膜時(shí)包裝膜容易跑偏且容易打滑、拉膜成型效率低等不足，故本文主要針對(duì)能實(shí)現(xiàn)厚度為8 μm～100 μm包裝膜的高速精準(zhǔn)自動(dòng)拉膜成型裝置展開機(jī)械結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)研究。

1 自動(dòng)拉膜成型裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

本自動(dòng)拉膜成型裝置主要包括包裝膜的供膜機(jī)構(gòu)、導(dǎo)模機(jī)構(gòu)、筒狀成型及糾膜機(jī)構(gòu)、拉膜機(jī)構(gòu)等4個(gè)部分，裝置總體結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。先根據(jù)穿膜順序?qū)⒐┠C(jī)構(gòu)氣脹軸上的包裝膜引入筒狀成型機(jī)構(gòu)的成型器完成包裝膜安裝；然后在拉膜機(jī)構(gòu)電機(jī)的動(dòng)力下，包裝膜經(jīng)導(dǎo)膜機(jī)構(gòu)、糾膜機(jī)構(gòu)到達(dá)筒狀成型機(jī)構(gòu)，片狀的包裝膜經(jīng)成型機(jī)構(gòu)變?yōu)橥矤睿俳?jīng)縱封機(jī)構(gòu)將筒狀膜進(jìn)行熱粘封邊，在拉膜機(jī)構(gòu)的拉動(dòng)下進(jìn)入下一個(gè)橫封及切片工序。

圖1 自動(dòng)拉膜成型裝置整體機(jī)械結(jié)構(gòu)方案

1.1 供膜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

供膜機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由氣脹軸、氣動(dòng)剎車盤、緩沖滾筒組、扭力彈簧等組成。滾筒狀的微米級(jí)包裝膜原料安裝在氣脹軸上，并依靠氣脹軸膨脹使得包裝膜相對(duì)于氣脹軸無旋轉(zhuǎn)位移，從而當(dāng)拉膜機(jī)構(gòu)拉膜時(shí)由氣脹軸與包裝膜同步旋轉(zhuǎn)完成供膜。相比于普通立式包裝機(jī)靠O型帶摩擦剎車，帶剎車盤的氣動(dòng)剎車機(jī)構(gòu)更精準(zhǔn)可靠。帶扭力彈簧的緩沖滾筒組可以根據(jù)不同需求調(diào)節(jié)張力進(jìn)而實(shí)現(xiàn)緩沖包裝膜的目的，不僅可以配合拉膜機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連續(xù)式高速拉膜，還使得供膜機(jī)構(gòu)具備了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便實(shí)用、降低成本等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 供膜機(jī)構(gòu)

1.2 包裝膜成型及糾膜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

包裝膜成型及糾膜機(jī)構(gòu)如圖3所示。包裝膜經(jīng)供膜機(jī)構(gòu)、導(dǎo)膜機(jī)構(gòu)，再由導(dǎo)膜機(jī)構(gòu)后端的導(dǎo)膜滾筒1和導(dǎo)膜滾筒2送入成型器，由于片狀包裝膜從供膜處到成型器的過程中容易發(fā)生位置偏移，故設(shè)計(jì)了一種糾膜機(jī)構(gòu)，由糾偏電眼、糾偏電機(jī)及絲杠等組成。當(dāng)糾偏電眼檢測(cè)到包裝膜的位置發(fā)生偏移則發(fā)出信號(hào)控制糾偏電機(jī)帶動(dòng)絲杠控制導(dǎo)膜滾筒1實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的偏移，達(dá)到糾偏的目的。相比較現(xiàn)有包裝機(jī)靠電機(jī)推動(dòng)整個(gè)導(dǎo)紙部分移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)糾偏，本糾膜機(jī)構(gòu)糾偏更簡(jiǎn)潔，更節(jié)省成本。

圖3 包裝膜成型及糾膜機(jī)構(gòu)

1.3 拉膜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

拉膜機(jī)構(gòu)如圖4所示，主要由雙伺服電機(jī)、行星減速器、同步帶輪、真空拉膜皮帶、真空吸盤、帶輪組運(yùn)動(dòng)氣缸等組成。當(dāng)裝置中的縱封機(jī)構(gòu)位置調(diào)整好后，雙向帶輪組運(yùn)動(dòng)氣缸推動(dòng)拉膜皮帶組器件在精密導(dǎo)軌導(dǎo)向下實(shí)現(xiàn)對(duì)中靠近，當(dāng)雙拉膜真空帶組快速且精準(zhǔn)到達(dá)拉膜工作位置時(shí)，雙伺服電機(jī)配上行星減速器通過同步帶輪帶動(dòng)真空拉膜皮帶實(shí)現(xiàn)高速拉膜，拉膜速度可達(dá)1 m/s。拉膜皮帶采用真空同步帶，在拉膜過程中通過真空吸盤吸住膜卷，避免拉膜過程中出現(xiàn)膜卷打滑，從而提高了制袋的精準(zhǔn)度。

圖4 拉膜機(jī)構(gòu)

2 自動(dòng)拉膜裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)拉膜裝置運(yùn)行時(shí)，伺服電機(jī)、糾偏電機(jī)、運(yùn)動(dòng)氣缸等按照預(yù)設(shè)的程序先后順序動(dòng)作，具有運(yùn)行效率高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。其氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖和電氣控制系統(tǒng)原理圖分別如圖5和圖6所示。

圖5 氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖

圖6 電氣控制系統(tǒng)原理圖

2.1 氣動(dòng)控制系統(tǒng)

氣動(dòng)系統(tǒng)中電磁閥線圈的通斷由PLC程序控制，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)由每個(gè)氣缸所帶的工作機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。而真空吸盤則是利用真空發(fā)生器將正壓轉(zhuǎn)為負(fù)壓來吸住包裝膜，使得包裝膜隨著真空帶的垂直移動(dòng)而向下拉伸。

2.2 電氣控制系統(tǒng)

本裝置的電氣控制系統(tǒng)主要由主電路和控制電路兩部分組成。主電路主要包含拉膜機(jī)構(gòu)的雙伺服電機(jī)、糾膜電機(jī)、真空泵電機(jī)等電機(jī)的電路以及控制電路的直流24 V電源供給。控制電路采用PLC控制，雙伺服驅(qū)動(dòng)器采用速度控制模式，其I/O分配表如表1所示，控制流程如圖7所示。

圖7 電氣控制系統(tǒng)控制流程

表1 控制系統(tǒng)I/O分配表

3 自動(dòng)拉膜成型裝置實(shí)測(cè)結(jié)果

自動(dòng)拉膜成型裝置實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 自動(dòng)拉膜成型裝置實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

針對(duì)市場(chǎng)需求以及當(dāng)前自動(dòng)包裝設(shè)備在拉膜工序存在的不足，本文從優(yōu)化拉膜裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了研究分析，并實(shí)施了自動(dòng)拉膜成型裝置的性能測(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明，本裝置可以實(shí)現(xiàn)聚丙烯、紙、鋁等材質(zhì)包裝膜的高精度及高速拉膜成型，效果良好。