智能化磁懸浮制瓶機關鍵技術探究

張田

摘 要 本文以智能化磁懸浮制瓶機關鍵技術為研究對象，首先對研究智能化磁懸浮制瓶機的必要性進行了分析，隨后探討了傳統制瓶機存在的技術問題，最后結合實際情況，對智能化磁懸浮制瓶機關鍵技術以及技術創新點進行了分析研究，希望能夠為相關研究提供一定參考。

關鍵詞 智能化 磁懸浮制瓶機 直分度式分度方法

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）02-0034-03

瓶罐玻璃制品是食品、醫藥等行業的重要包裝載體，應用范圍廣，使用量大，其成本低廉，能夠可回收重復使用，因此成為了不可缺少的包裝容器。隨著各行各業對瓶罐玻璃制品需求量增加，對制瓶生產也提出了更高要求。但傳統制瓶機受技術限制，難以滿足當前生產需要，因此本文通過加強對智能化磁懸浮制瓶機關鍵技術的分析，彌補傳統技術存在的缺陷，希望能更好地推動制瓶產業實現穩定發展。

1 研究智能化磁懸浮制瓶機的必要性

伴隨著市場食品、藥品等產業經濟的發展，針對瓶罐玻璃制品需求量也在不斷增加，玻璃制瓶行業迎來了全新的發展機遇。國內制瓶機廠家也因此抓住機遇，加強相關技術研究，并相繼成功開發了磁場控制系統、電子定時控制、同步傳動等的技術新成果，推動了制瓶產業的發展。但當前依然存在企業規模小、裝備水平低問題，同時在生產方面，整體效率比較低下，產品品質無法得到有效提升，產品質量仍有很大提升空間。并且受技術限制的影響，制瓶精度難以得到有效保障，制瓶裝備技術依然較為傳統落后，無法實現自動化、大批量、高精度、高質量生產，最終導致玻璃瓶罐供不應求，難以實現更進一步的發展[1]。而在制瓶機未來發展過程中，實現大規模自動化生產是一項非常關鍵的目標，如何實現制瓶機驅動技術的更新，提高制瓶機驅動控制的精度，已經是當前制瓶行業亟待解決的問題。基于此，必須要加強對現代智能技術的應用，通過加強對智能化磁懸浮制瓶機關鍵技術的研究分析，借助相應的關鍵技術，針對制瓶機夾頭盤，加強其驅動裝置的改進，研發出一種基于磁懸浮技術的驅動裝置，這對推動制瓶行業實現可持續發展有著重要的意義。

2 傳統制瓶機存在的技術問題

通過上文敘述可知，當前制約制瓶機發展的一項重大因素為制瓶機驅動。而針對制瓶機驅動，夾頭盤驅動裝置以及對夾頭盤分度方法具體如下。

首先，在夾頭盤中，驅動裝置組成較為復雜，除了由伺服電機作為主要動力源以外，還包括齒輪變速器、主軸套等零部件裝置。伺服電機在實際輸出時，主要依靠次輪變速器、分度盤等裝置，直接與主軸套進行連接。在這種結構條件下，針對夾頭羅盤的驅動相對較為復雜。

一般情況下，伺服電機會先通過運轉，為電機內部的減速機提供相應的驅動動力。在此基礎上，隨著電機內部的減速機轉動，會給予齒輪變速器轉動的動力。而伴隨著齒輪變速器轉動，則會帶動齒輪分度盤轉動。而對齒輪分度盤而言，由于其直接與制瓶機的主軸套連接，因此會通過主軸套，完成動力傳遞，此時夾頭盤便會受到驅動，完成玻璃制瓶的生產。

而這種驅動模式下的夾頭盤在實際運動過程中，一方面通過控制伺服電機，另一方面，則是通過裝換齒輪變速器的機械裝置，完成夾頭盤的分度操作。在上述整個過程中，由于傳統的制瓶機夾頭盤在實際進行運行時，主要依賴伺服電機進行分度控制，且驅動裝置與分度方法依然存在以下幾點問題。

1.伺服電機在實際運行時，本身已經有了一個減速裝置，為了更好地驅動夾頭盤運轉，還需要與齒輪變速器進行相連，做好后續的動力傳遞。而對整個齒輪分度盤而言，在該裝置實際運行時，需要經過多級機械傳動，才能夠為夾頭盤提供相應的驅動力。在上述整個過程中，不僅涉及到的驅動結構非常復雜，還很容易加重零部件之間的磨損，且不同裝置零件之間需要長期不斷地進行磨合，在長期受力的作用下，將會導致傳遞零件部分受到一定的損傷，最終對夾頭盤精準度造成嚴重的影響。

2.齒輪變速器本身在運轉時會受到較大的磨力，同時還會產生較大振動，振動不僅會加重零件的磨損，同時受上述兩種因素的影響，在該機器運轉時，還會產生非常大的噪音。尤其是該裝置需要在車間內運行，因此噪音帶來的影響會更大，不利于工人在車間內長期工作，很容易形成嚴重的噪聲污染，影響工人的生產狀態。

3.通過上述對傳統制瓶機驅動過程的分析可知，夾頭盤在實際運行時，需要經歷非常復雜的驅動，這種復雜性還表現在動能傳遞上，同時由于傳遞零件眾多，傳遞過程也比較復雜，一般動能需要經過多級傳遞。在上述整個過程中，必然會導致很多動能能量的損失。不僅不利于整體運行效率提升，而且在實際生產過程中，還會消耗大量的電能，很容易增加制瓶機的生產與維護成本，不利于制瓶機整體生產效益提升。

4.在生產車間內，由于制瓶機設備通常會長時間持續運轉，受本身驅動、傳動復雜等因素的影響，制瓶機的各種驅動零件自身磨損會逐漸加重，而這些零件通常都是精密性零件，最終會對自身的精度造成嚴重的影響。而零件精度地丟失，最終會影響制瓶機的生產質量。[2]因此為保障后續的生產質量，必然需要投入大量的人力物力進行檢查、維護，從而導致運轉費用顯著增加。并且由于傳動裝置磨損嚴重，還需要經常性地進行零部件的更換，才能保障生產精度，這顯然會增大企業維護成本。

3 智能化磁懸浮制瓶機關鍵技術

通過上文敘述，我們已經能夠對傳統制瓶機存在的技術問題缺陷有了一個詳細的了解與認知。為有效實現上述問題解決，在提高制瓶機生產效率與質量的同時，有效降低了制瓶機的生產成本，還需要加強對智能化磁懸浮制瓶機關鍵技術的研究。尤其是在當前各種先進的信息技術、智能技術、自動化技術迅猛發展的當下，再加上市場對高質量的瓶罐需求日益提升，因此為了推動制瓶廠為了可持續發展，應注重引入智能化技術，加強對制瓶技術的研究分析。

在本文研究中，主要研究內容為制瓶機夾頭盤驅動裝置，研究目的是改進這一驅動裝置，彌補其缺陷問題。通過研發智能化磁懸浮制瓶機直分度式的驅動裝置，該裝置由主軸套、直聯式驅動電機等組成。其中直聯式驅動電機選用基于磁懸浮技術的電機，該電機包括定子和轉子，在主軸上端，一般固定有夾頭盤。以下是具體分析。

3.1 智能化磁懸浮制瓶機直分度式分度方法

針對智能化磁懸浮制瓶機，主要采用的是直分度式分度方法，針對該項方法的研究，包括了以下幾個關鍵步驟。

1.設置初始參數。需要在配置在制瓶機中的PLC中，輸入單工位運行角度，該角度需要結合實際工位的數量而定，在具體計算方面，可以參考以下公式：360°/實際工位數。

2.基準點定位。首先，將直連式驅動電機的轉子定位到基準點位置，然后再進行制瓶機零點定位。最后，還需要注重做好轉子的控制，一般情況下，轉子由定子完成分度的控制。

3.轉子被定子進行分度控制。該控制步驟較為系統復雜，因此需要詳細分析。首先，在PLC單片機啟動后，會對驅動器加以控制，并結合實際生產需求，發送針對性指令。此時驅動器在接收到相應指令后，會執行分度控制操作，即先輸出正向的電流，使定子產生旋轉磁場。而轉子在轉動時，則會對定子產生的磁場起到一定的切割作用。受此影響，將會形成一個正向的力矩，該力矩能夠為夾頭盤提供驅動力。使其能夠處于加速轉動的狀態。然后，在PLC的控制下，驅動器會再次輸出電流，且本次的電流方向與第一次電流輸出方向相反。如此一來，定子也會產生旋轉磁場，但此時由于轉子切割方向不變，因此產生的力矩也會變成反方向力矩，那么夾頭盤的驅動力方向也會發生變化，在實際運動時，將會做減速運動的方式。與此同時，PLC還可以結合實際需求，以向驅動器輸出相應的指令，由驅動器輸出電流，促使驅動電機能夠帶動夾頭盤進行轉動，便于夾頭盤在下一個工位進行生產操作。

4.維持制瓶時間。制瓶機在實際生產操作時，需要一定的生產時間，在這一時間段內，夾頭分度不得發生變化，基于此，此時在PLC的控制下，驅動器輸出穩態的電流，不會產生磁場，那么轉子也不會形成磁場切割，夾頭盤失去了驅動力，自然會停在工位上，由此能夠有效地維持制瓶的時間。

5.后續在完成制瓶生產后，便可以從步驟2開始，重新賦予夾頭盤相應的驅動力，完成夾頭分度的操作，進行下一批瓶子的生產，從而更好地維護了整體制瓶生產的穩定運行。

3.2 智能化磁懸浮制瓶機關鍵技術

在智能化磁懸浮制瓶機中，主要包括以下幾點關鍵技術。

1.夾頭盤直驅技術。直聯式驅動電機的輸出軸套直接與固定連接夾頭盤的主軸套連接。因此在直連式驅動電機啟動時，能夠帶動主軸套轉動，進而帶動夾頭盤轉動。該驅動技術無需進行減速機、齒輪等部件連接，因此實際運行時，能量的損耗更低。

2.固定技術。在主軸套與機身之間，固定連接有支撐套。通過主軸套間接支撐夾頭盤，能夠有序增強夾頭盤的穩定性。直聯式驅動電機通過在支撐座的幫助下，固定在機身的下方，能夠有效提高整體驅動裝置的穩定性。

3.磁場分度技術。PLC向驅動器輸出正反不同方向的電流，通過電流的方向，形成不同方向的力矩，帶動夾頭盤做減速或者加速運動，實現精準分度。

在上述關鍵技術中，主要包括以下幾點技術指標：

（1）制頸等分盤在每站自轉時，徑向跳動要求控制在0.10mm以內。

（2）制底等分盤在每站自轉時，徑向跳動要求控制在0.10mm以內。

（3）制頸等分盤鋁盤夾頭過站時，要求夾頭與夾頭之間的等分位置偏差在0.04mm以內。

（4）制底等分盤運轉時，各站中心線對夾頭座中心線位置相對偏差在0.02mm以內。

3.3 智能化磁懸浮制瓶機關鍵技術創新點

本次針對智能化磁懸浮制瓶機關鍵技術的研究，主要有以下幾點創新點。

1.本驅動裝置在完成改進后，能夠顯著降低機械摩擦帶來的磨損影響，從而促使自身的定位精度得到有效提升。除此之外，在實際定位的過程中，還可以結合實際的情況，在短時間內，完成多次的精準化定位，確保夾頭盤能夠始終在最佳的工作位置。除此之外，還能夠避免因長期嚴重磨損導致的零部件損傷，降低生產維護成本。

2.本驅動裝置在完成改進后，由于整個機械磨傳動結構得到了有效的優化，且驅動力控制也更加精準。由此在裝置實際運行時，產生的振動也大大降低。從而在實際運行的過程中產生噪音也比較小，解決了噪聲污染問題，因此更加適合在車間中進行生產應用，這對整體制瓶生產效率提升也有著較為積極的影響意義。

3.本驅動裝置在動能傳遞方面更加簡潔高效，無需多級傳動，因此動能利用效率更高，由此可以降低電能的消耗量，降低企業生產成本。除此之外，還能夠減少直聯式驅動結構之間的磨損，因此整體的故障發生概率大大降低，不再需要日常頻繁的維護，有著良好的穩定性與可靠性，更有利于成本的降低與生產效益的提升。

4.本裝置搭載有PLC裝置，能夠實現生產裝置的自動化控制，比如能夠通過PLC，結合實際生產需求發出相應的控制信號，實現整個過程的精準化控制。同時在這種精準控制的幫助下，能夠對零部件的磨損降至最低。因此相應的零部件可以長時間地使用。通常而言，只有零部件因為自身原因發生了老化，才需要更換，不再因為長期嚴重磨損而頻繁更換零件，因此整體制瓶設備運行成本更低。

5.本智能化磁懸浮制瓶機在實際運行時，驅動裝置由PLC自動化控制，無需人工干預，因此整個生產過程會更加地精準。能夠始終保證正常分度運轉，降低故障的發生概率，提高生產穩定性與精準性，且無需大量勞動力。

6.本智能化磁懸浮制瓶機由傳統的機械傳動分度改進為磁場分度，分度準確度高，沒有傳統機械式分度方式組合裝配主機后的累積誤差[3]。本磁場分度方式不需要日常潤滑，因此更加節能環保，同時沒有觸合點及摩擦點，使用壽命更長。

4 總結

總而言之，通過在分析傳統制瓶機存在的技術缺陷基礎上，探討了智能化磁懸浮制瓶機的直分度式分度方法與相關的關鍵技術。其中驅動裝置直接驅動制瓶機的夾頭盤，能夠避免因多級機械傳動造成的能量損耗，并且對驅動裝置的控制進行分析，實現制瓶機夾頭盤的精準定位，提高了夾頭盤的精度，解決了現有齒輪間接傳動磨損嚴重、夾頭盤定位精度差等技術問題，因此適合大面積推廣應用。

參考文獻：

[1] 胡偉，楊家軍，鄧家輝，等.回轉式數控自動制瓶機的智能制造[J].湖北工業大學學報，2015（04）：92-95.

[2] 同[1].

[3] 鄭黎.制瓶機中永磁同步電機的控制研究[D].武漢：武漢理工大學，2017.