關(guān)于智能化磁懸浮制瓶機(jī)的實(shí)現(xiàn)探討

劉新璽

（河北陸源科技有限公司，河北 石家莊 050200）

在食品、日化、醫(yī)藥和飲料等行業(yè)部門中，瓶罐玻璃制品得到了廣泛應(yīng)用，將瓶罐玻璃制品作為配套用包裝瓶能降低成本，且能實(shí)現(xiàn)重復(fù)回收利用。當(dāng)前，瓶罐玻璃制品的需求量與日俱增，對此，玻璃制瓶行業(yè)需要加快發(fā)展。制瓶機(jī)廠家相繼研發(fā)了磁場控制系統(tǒng)、電子定時控制、同步傳動等新技術(shù)，并推出了8組單滴行列機(jī)和8 組雙滴行列機(jī)等產(chǎn)品，大幅度提高了生產(chǎn)水平。多數(shù)制瓶機(jī)已能實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制，但受技術(shù)限制，難以保障產(chǎn)品精度穩(wěn)定性，無法實(shí)現(xiàn)更高要求，對此，有必要加強(qiáng)對智能化磁懸浮制瓶機(jī)的實(shí)現(xiàn)探討。

1 智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目及其研發(fā)公司概述

智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目，是通過創(chuàng)新制瓶機(jī)夾頭盤的驅(qū)動裝置，研發(fā)以磁懸浮技術(shù)為基礎(chǔ)的驅(qū)動裝置，實(shí)現(xiàn)對夾頭盤的直接驅(qū)動，既能防止多級機(jī)械傳動引發(fā)的能量損耗，還能分析驅(qū)動裝置控制，精準(zhǔn)定位夾頭盤，實(shí)現(xiàn)對夾頭盤精度的大幅度提高，并避免齒輪間接傳動產(chǎn)生嚴(yán)重磨損[1]。智能化磁懸浮制瓶機(jī)的研發(fā)單位為河北陸源科技有限公司，該公司于2007 年11 月成立，宗旨是“以質(zhì)量求生存，以創(chuàng)新求發(fā)展”。公司高度重視深入研發(fā)產(chǎn)品，并強(qiáng)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新，技術(shù)產(chǎn)品均處于行業(yè)領(lǐng)先水平。近年來，公司在加工制作、裝配工藝以及檢測手段等方面實(shí)施了科技創(chuàng)新，有效保障了產(chǎn)品質(zhì)量的大幅度提高。在目前國內(nèi)的制瓶機(jī)行業(yè)中，河北陸源科技有限公司占據(jù)著龍頭地位，最近三年先后承擔(dān)了石家莊市科技計劃“32 夾頭數(shù)控制瓶機(jī)”、“制瓶機(jī)精準(zhǔn)插管設(shè)備研究”等項目，還承擔(dān)建設(shè)了“石家莊市制瓶機(jī)裝備工程技術(shù)中心”。公司的科研技術(shù)實(shí)力雄厚，技術(shù)儲備豐富，現(xiàn)已完成對智能化磁懸浮制瓶機(jī)研發(fā)項目的可行性分析，下一步即是對關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。

2 智能化磁懸浮制瓶機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

制瓶機(jī)夾頭盤驅(qū)動裝置主要包括伺服電機(jī)、主軸套、齒輪分度盤以及齒輪變速器，伺服電機(jī)的輸出軸通過齒輪變速器和齒輪分度盤實(shí)現(xiàn)與主軸套的連接。通過該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動驅(qū)動夾頭盤時，伺服電機(jī)先轉(zhuǎn)動內(nèi)部減速機(jī)，帶動齒輪變速器，從而帶動齒輪分度盤實(shí)現(xiàn)嚙合傳動，再通過齒輪分度盤經(jīng)由主軸套向夾頭盤傳遞動力[2]。通過控制伺服電機(jī)，并通過齒輪變速器機(jī)械裝換方式實(shí)現(xiàn)夾頭盤分度。

此類驅(qū)動裝置以及分度方法的缺陷如下：一是伺服電機(jī)中包含減速機(jī)，且伺服電機(jī)與齒輪變速器相連接，齒輪分度盤經(jīng)過多級機(jī)械傳動才能驅(qū)動夾頭盤使之轉(zhuǎn)動，不僅具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且磨合點(diǎn)保持長期運(yùn)轉(zhuǎn)受力，會損傷局部部件，還會對夾頭盤轉(zhuǎn)動位置的實(shí)際精準(zhǔn)度造成不良影響。二是在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，齒輪變速器的受力磨合較大，產(chǎn)生的噪音較大，會在車間內(nèi)形成噪音污染。三是未能將伺服電機(jī)動能直接轉(zhuǎn)化為驅(qū)動夾頭盤轉(zhuǎn)動的動能，在多級傳動下，會形成能量損耗，消耗的電能較多，還會產(chǎn)生較多維護(hù)費(fèi)用，導(dǎo)致企業(yè)實(shí)際運(yùn)營成本增加。四是車間設(shè)備經(jīng)常保持24h 不停運(yùn)轉(zhuǎn)，在長時間運(yùn)轉(zhuǎn)下，齒輪變速器以及減速機(jī)產(chǎn)生較大的磨損，對設(shè)備精度造成不良影響。需經(jīng)常對設(shè)備實(shí)施檢查維護(hù)，并定期對齒輪間隙和齒輪精度進(jìn)行調(diào)整，這就導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用增加；在使用過程中，齒輪變速器、齒輪分度盤以及零部件出現(xiàn)嚴(yán)重磨損后，將影響夾頭盤分度精度，因此必須對磨損零部件進(jìn)行更換，這就導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用增加[3]。

2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

國外制瓶機(jī)驅(qū)動裝置采用機(jī)械式驅(qū)動，由減速機(jī)實(shí)現(xiàn)夾頭盤分度，對減速機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)分度功能。當(dāng)前，各行業(yè)對高質(zhì)量玻璃瓶罐的需求量日益增多，促進(jìn)了玻璃制瓶行業(yè)的智能化發(fā)展。

3 智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目實(shí)施內(nèi)容

3.1 智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目實(shí)施方案

智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目，以夾頭盤驅(qū)動裝置和夾頭盤分度方法為主要研究內(nèi)容：智能化磁懸浮制瓶機(jī)分度式驅(qū)動裝置主要包括直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)和主軸套。直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，主軸套頂端與夾頭盤固定連接，且穿過轉(zhuǎn)子輸出軸套并與之相緊固，主軸套穿過轉(zhuǎn)子輸出軸套，并通過其下端鎖母與主軸套相緊固，夾頭盤固定在主軸套上端。

智能化磁懸浮制瓶機(jī)直分度式分度方法，主要步驟如下。

3.1.1 設(shè)置初始參數(shù)

將單工位運(yùn)行角度輸入PLC 中，單工位運(yùn)行角度β=（360°/工位數(shù)）。

3.1.2 基準(zhǔn)點(diǎn)定位

將直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)子定位到基準(zhǔn)點(diǎn)位置，制瓶機(jī)零點(diǎn)定位。

3.1.3 轉(zhuǎn)子被定子分度控制

首先進(jìn)行啟動，PLC 將指令輸出至驅(qū)動器，驅(qū)動器將正向電流輸出，使定子形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子對旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行切割，產(chǎn)生正向力矩，由此帶動夾頭盤實(shí)現(xiàn)加速轉(zhuǎn)動。停止步驟如下：PLC 將指令輸出至驅(qū)動器，驅(qū)動器將反向電流輸出，使定子形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子對旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行切割，產(chǎn)生反向力矩，由此帶動夾頭盤實(shí)現(xiàn)減速轉(zhuǎn)動。PLC 將指令輸出至驅(qū)動器，驅(qū)動器將電流輸出，使直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)帶動夾頭盤轉(zhuǎn)動至下一工位或者多個工位。

3.1.4 維持制瓶時間

驅(qū)動器輸出使夾頭盤停留在該工位的穩(wěn)態(tài)電流至直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)。

3.1.5 重復(fù)步驟3.1.3 與步驟3.1.4

展開市場調(diào)研，以國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的制瓶機(jī)夾頭盤相應(yīng)的驅(qū)動裝置作為參考，深入了解并科學(xué)分析現(xiàn)有制瓶機(jī)夾頭盤的驅(qū)動裝置及分度方法，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析，探究現(xiàn)行分度方法的問題，初步制定解決方案。

構(gòu)建智能化磁懸浮制瓶機(jī)夾頭盤驅(qū)動裝置及分度方法的整體設(shè)計方案，對方案進(jìn)行論證，對驅(qū)動裝置及分度方法的整體方案進(jìn)行最終確定，完成驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計，分度方法硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

完成智能化磁懸浮制瓶機(jī)夾頭盤的驅(qū)動裝置后，實(shí)施樣機(jī)試制，對驅(qū)動裝置具備的驅(qū)動能力進(jìn)行測試，將其存在的缺陷、問題進(jìn)行分析，并提出解決問題的具體方案，對方案加以完善。完成制瓶機(jī)夾頭盤的分度方法后，開展在線測試，對夾頭盤的分度定位精度進(jìn)行測試，對其存在的缺陷、問題進(jìn)行分析，并提出解決問題的具體方案，對方案加以完善。

對項目產(chǎn)品實(shí)施總結(jié)驗收，對產(chǎn)片實(shí)施批量化生產(chǎn)，并在市場中加以推廣。

3.2 智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目實(shí)施內(nèi)容

3.2.1 創(chuàng)新點(diǎn)

本驅(qū)動裝置能避免機(jī)械摩擦導(dǎo)致磨損而對定位精度產(chǎn)生不良影響，且重復(fù)定位具有較高精度，能多次實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，將夾頭盤精準(zhǔn)定位在制瓶時工作位置，能確保產(chǎn)品保持一致規(guī)格。

本驅(qū)動裝置能大幅度減少工作噪音，向夾頭盤直接傳遞動力，帶動夾頭盤轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電能損耗少，能大幅度減少生產(chǎn)成本，有效避免直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)發(fā)生磨損，并延長其使用壽命，穩(wěn)定性和可靠性較強(qiáng)。

智能化磁懸浮制瓶機(jī)將控制信號發(fā)出，由直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)定子對信號進(jìn)行接收，在定子與轉(zhuǎn)子間形成磁場，使轉(zhuǎn)子與主軸套實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)分度，分度運(yùn)轉(zhuǎn)保持一致。轉(zhuǎn)子、定子等電子控制元件使用多年發(fā)生老化后，對之進(jìn)行更換即可。

智能化磁懸浮制瓶機(jī)夾頭盤僅靠數(shù)據(jù)指令即能轉(zhuǎn)動，不受外部環(huán)境因素影響，無需定期實(shí)施人工維護(hù)，即能長期保持正常分度運(yùn)轉(zhuǎn)，能促進(jìn)生產(chǎn)效率實(shí)現(xiàn)大幅度提高，并減少勞動力。

智能化磁懸浮制瓶機(jī)對機(jī)械傳動分度進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)磁場分度，提高了分度準(zhǔn)確度，且不會產(chǎn)生積累誤差，無需日常潤滑，能有效減少污染，且不存在摩擦點(diǎn)和觸合點(diǎn)，延長使用壽命。

3.2.2 關(guān)鍵技術(shù)

智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)主要包括如下內(nèi)容：一是夾頭盤直驅(qū)技術(shù)。直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)輸出軸套與固定連接夾頭盤的主軸套直接連接，電機(jī)啟動后，能驅(qū)動主軸套發(fā)生轉(zhuǎn)動，并帶動夾頭盤發(fā)生轉(zhuǎn)動，此類驅(qū)動方式無需減速機(jī)、齒輪等部件相連接，可使能量損耗減少。二是固定技術(shù)。支撐套固定連接在主軸套和機(jī)身之間，利用主軸套對夾頭盤進(jìn)行間接支撐，能促進(jìn)夾頭盤增強(qiáng)穩(wěn)定性；直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)借助支撐座在機(jī)身下方固定，能從整體上增強(qiáng)驅(qū)動裝置穩(wěn)定性。三是磁場分度技術(shù)。PLC 向驅(qū)動器輸出指令，驅(qū)動器將正向電流輸出，使電子形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子對旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行切割，產(chǎn)生正向力矩，驅(qū)動夾頭盤使之形成加速轉(zhuǎn)動，對流向電子電流的方向大小進(jìn)行控制，并對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，對夾頭盤進(jìn)行分度。

3.2.3 主要考核指標(biāo)

1.技術(shù)指標(biāo)。制頸等分盤每站自轉(zhuǎn)時徑向跳動不超過0.10mm；制底等分盤每站自轉(zhuǎn)時徑向跳動不超過0.10mm；制頸等分盤鋁盤夾頭過站時，夾頭與夾頭之間的等分位置偏差不超過0.04mm；制底等分盤運(yùn)轉(zhuǎn)時，各站中心線對夾頭座中心線位置相對偏差不超過0.20mm。A 部夾頭中心與B 部夾頭中心位相對偏差[冷狀態(tài)]0.55mm～0.65mm。制頸等分盤各站中心對鉗子擴(kuò)口套中心距離與徑向位置偏差，[冷狀態(tài)]時擴(kuò)口中心位置與等分盤的中心向外偏差0.4mm～0.6mm，[熱狀態(tài)]時擴(kuò)口中心位置與等分盤中心位置相對應(yīng)。

2.經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。完成本項目產(chǎn)品后，預(yù)計年產(chǎn)量為50 臺，年銷售收入為3250 萬元，年凈利潤為400 萬元，年交稅金為320 萬元。

3.社會效益指標(biāo)。通過本項目，公司新增20 位就業(yè)人員，實(shí)施該項目能提高制瓶機(jī)定位精度，具有較高的傳動效率，且損耗的電能較少，具有廣泛的適用范圍和較長的使用壽命。

4.成果指標(biāo)。申請6 項知識產(chǎn)權(quán)，發(fā)表3 篇論文，建立2 項企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成1 項新產(chǎn)品，解決現(xiàn)有技術(shù)中驅(qū)動裝置動力損耗的問題。

4 智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目實(shí)施機(jī)制和保障措施

4.1 智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目實(shí)施機(jī)制

由研發(fā)部構(gòu)建管理制度，并配套設(shè)置操作流程，形成清晰的崗位職責(zé)劃分，構(gòu)建技術(shù)檔案和項目管理方法，設(shè)立績效考核機(jī)制，并輔之以必要的激勵措施，形成對員工的有效激勵，保障項目研發(fā)工作的高效開展和規(guī)范運(yùn)轉(zhuǎn)。利用多種方式強(qiáng)化內(nèi)外部合作機(jī)制建設(shè)，組建技術(shù)團(tuán)隊，組織技術(shù)人員參與各種研發(fā)交流和技術(shù)合作。

4.2 智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目保障措施

公司高度重視技術(shù)團(tuán)隊建設(shè)和設(shè)備更新，將技術(shù)改造、技術(shù)創(chuàng)新、資金投入、銷售收入等作為重要的考核指標(biāo)，不斷促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，為項目研發(fā)提供技術(shù)保障；建設(shè)研發(fā)技術(shù)中心，推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)，并對研發(fā)技術(shù)中心實(shí)施規(guī)范管理；加快設(shè)備更新，加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)測試，提高產(chǎn)品加工水平；與高校加強(qiáng)戰(zhàn)略創(chuàng)新合作，針對技術(shù)創(chuàng)新組建項目研發(fā)小組，利用外部優(yōu)質(zhì)技術(shù)資源推動技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品創(chuàng)新周期的有效縮短，加快新產(chǎn)品研發(fā)，對產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行拓展延伸，增強(qiáng)企業(yè)科研實(shí)力。

5 智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目實(shí)施風(fēng)險和應(yīng)對措施

5.1 智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目實(shí)施風(fēng)險

5.1.1 資金風(fēng)險

智能化磁懸浮制瓶機(jī)研發(fā)項目具有較大的資金投入量，前期投入資金較多，并且研發(fā)過程需要對資金進(jìn)行持續(xù)投入，可能產(chǎn)生資金短缺風(fēng)險。

5.1.2 技術(shù)風(fēng)險

智能化磁懸浮制瓶機(jī)研發(fā)需要解決包括夾頭盤直接驅(qū)動、磁場分度以及夾頭盤控制等技術(shù)在內(nèi)的多項核心技術(shù)難題，難度較高，在研發(fā)過程中極易產(chǎn)生技術(shù)風(fēng)險。

5.1.3 市場、政策風(fēng)險

智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目屬于高端機(jī)械設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，面臨市場接受度風(fēng)險。另外，國家對制瓶機(jī)制造企業(yè)提出較高的安全和準(zhǔn)確度要求，企業(yè)對研發(fā)新技術(shù)持審慎態(tài)度。

5.2 智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目風(fēng)險應(yīng)對措施

5.2.1 資金風(fēng)險應(yīng)對措施

加強(qiáng)制度管理，對研發(fā)資金管理辦法進(jìn)行嚴(yán)格執(zhí)行，從制度層面上保障對研發(fā)資金進(jìn)行專款專用。公司為項目研發(fā)準(zhǔn)備充足資金，避免出現(xiàn)資金短缺。

5.2.2 技術(shù)風(fēng)險應(yīng)對措施

由專家負(fù)責(zé)項目設(shè)計和研發(fā)，并與高校全面開展產(chǎn)學(xué)研合作，組織多樣化的技術(shù)交流和培訓(xùn)，增強(qiáng)公司技術(shù)研發(fā)能力，有效解決項目研發(fā)涉及的技術(shù)難題。

5.2.3 市場、政策風(fēng)險應(yīng)對措施

研發(fā)公司與其他企業(yè)構(gòu)建合作關(guān)系，開創(chuàng)示范工程模式，在小范圍內(nèi)開展試驗驗證，再向大范圍推廣，有效消除目標(biāo)客戶對新型技術(shù)存在的顧慮。

6 結(jié)語

綜上所述，研發(fā)智能化磁懸浮制瓶機(jī)技術(shù)，應(yīng)基于對智能化磁懸浮制瓶機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的分析，科學(xué)制定智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目實(shí)施方案，并明確智能化磁懸浮制瓶機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目的高效實(shí)施機(jī)制，并輔之以必要的保障措施。另外，要針對智能化磁懸浮制瓶機(jī)項目實(shí)施過程中存在的資金風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險以及市場、政策風(fēng)險，采取行之有效的應(yīng)對措施。