智能化磁懸浮制瓶機的研發與技術實現

王海峰

（河北陸源科技有限公司，河北 石家莊 050200）

瓶罐玻璃制品需求的不斷提升，間接刺激了制瓶機行業的蓬勃發展，但是因與國外在技術、資源、規模等方面的巨大差距，使得很多小型的制瓶機工廠難以快速完成設備與技術的更新換代，在日益激烈的競爭中處于劣勢地位。針對該種情況，本文探討了一種新型的智能化磁懸浮制瓶機，重點對制瓶機夾頭盤驅動裝置實施革新，基于磁懸浮技術探索更為有效的驅動裝置，以此來直接驅動制瓶機夾頭盤，以防止制瓶時因多級機械傳動而出現能量損耗，并實現對驅動裝置的有效控制與分析，準確定位制瓶機夾頭盤位置，增加夾頭盤精度，解決以往齒輪間傳動磨損嚴重以及夾頭盤定位差的問題。

1 智能化磁懸浮制瓶機研發現狀

當前階段，用于制瓶機夾頭盤的驅動裝置以及對夾頭盤的分度方式包括以下兩種。

其一，夾頭盤驅動裝置核心結構包括：伺服電機、齒輪分度盤、齒輪變速器與主軸套。其中伺服電機在輸出時借助齒輪分度盤、齒輪變速器來連接主軸套。在以該結構組織來驅動夾頭盤轉動時，可先通過伺服電機帶動其內部裝置的減速器轉動，其后再通過減速機來帶動齒輪變速器一同運動，齒輪變速器在運動后帶動分度盤齒合傳動，最后通過齒輪分度盤將動力經主軸套傳遞到夾頭盤[1]。

其二，夾頭盤分度方式：對伺服電機控制與齒輪變速器機械轉換實現。該種分度方式在一定程度上會優化制瓶機的生產流程，但是卻存在以下缺陷，阻礙了其進一步發展：（1）因伺服電機中已經設置有減速機，若是伺服電機再連接齒輪變速器，會使得齒輪分度盤經過多級機械傳動來驅動夾頭盤進行轉動，結構復雜，也會讓磨合點處于不停運轉受力的現狀，造成局部部件磨損，進而影響頭盤轉動位置準確度；（2）齒輪變速器在長時間運轉進程中，會持續受力磨合。出現大量噪音，對車間內的工作人員造成較大的傷害；（3）未通過一定的方式將伺服電機動能轉化為能夠直接使用的動能，在經過多級傳動之后造成大量的能量損耗，無端提升了維護與電能費用，不利于企業的長遠發展；（4）車間內各項設備皆處于持續不停地運轉狀態，伺服電機與齒輪變速器中的減速器會在運轉時間不斷增長之后出現磨損，設備精度難以保證，并需對其進行定期的檢查與維護，每隔一段時間就需調整齒輪精度與間隙，運行維護成本增加。此外在使用中產生嚴重磨損后，造成夾頭盤分度精度下降，必須更換齒輪分度盤、齒輪分度器與相應的零部件，使用壽命的降低將導致成本的增加[2]。

2 智能化磁懸浮制瓶機技術研發與實現

智能化磁懸浮制瓶機技術研發與實現，需夾頭盤直驅技術、固定技術、磁場分度技術等關鍵技術來支撐。本文從以下數點討論分析智能化磁懸浮制瓶機研發過程。

2.1 技術研發途徑

探討一種針對磁懸浮制瓶機夾頭盤分度方法與驅動裝置的革新方式，該制瓶機主要包括直聯式驅動電機與主軸套，其中電機包括轉子與電子，主軸套頂端與夾頭盤連接，且會穿過并緊固轉子輸出軸套，主軸套在穿過直聯式驅動電機轉子輸出軸套并與其下端鎖母緊密連接，且在主軸套上端固定夾頭盤。智能化磁懸浮制瓶機直分度式方法按照以下步驟進行。

其一，設置初始參數。在PLC 中輸入單工位運行角度β，其值為360°/工位數；其二，進行基準點定位。首先需將直聯式驅動電機轉子定位到基準點位置，其后再進行制瓶機零點定位；其三，定子分度控制轉子。首先是啟動工作。通過PLC 向驅動器發送指令，驅動器按照指令要求輸出正向電流，定子形成旋轉磁場，轉子不斷切割旋轉磁場，構成正向力矩，夾頭盤在力矩作用下加速轉動。其次是停止操作。PLC 向驅動器發送指令，驅動器在作用下輸出反向電流，定子形成旋轉磁場，轉子持續切割旋轉磁場，產生反向力矩，夾頭盤此時會進行減速轉動。最后PLC 向驅動器發送指令，驅動器輸出電流使直聯式驅動電機帶動夾頭盤轉到下一個或者多個工位；其四，維持制瓶時間。驅動器輸出，保持夾頭盤持續維持穩態電流，并到達直聯式驅動電機；其五，重復以上定子分度控制轉子與維持制瓶時間操作[3]。

2.2 智能化磁懸浮制瓶機工藝技術路線

智能化磁懸浮制瓶機工藝技術路線需分四個步驟：其一，需設計出產品結構總體方案與分度方法總體方案；其二，需進行夾頭盤驅動方式設計、直聯式驅動電機選型、驅動裝置結構設計、分度方法硬件設計、分度方法軟件設計、分度方法元件選型；其三，進行樣機試制；其四，進行整機測試[4]。在完成整機測試之后進行小范圍推廣，再收集市場反饋，根據反饋來進行該種制瓶技術的調整與優化，使其能夠更好地滿足市場所需。

2.3 智能化磁懸浮制瓶機技術實現途徑

其一，需進行市場調研。綜合考察當前國內外智能化制瓶機夾頭盤應用的驅動裝置，了解并把握當前階段制瓶機夾頭盤的分度方法與驅動裝置，探究現有結構以及選擇分度方法時的現存問題，以問題為導向制定并實施針對性的解決方案；其二，首先綜合企業各方面的人力資源優勢，設計智能化磁懸浮制瓶機夾頭盤的分度方法與驅動裝置方案，對方案進行多方位論證，明確分度方法與驅動裝置的整體方案，完成整體的方案設計后，再進行驅動裝置結構、分度方法硬件與軟件的設計，并保持其與整體設計方案的和諧性；其三，在智能化磁懸浮制瓶機夾頭盤驅動裝置完成之后，實施樣機試制，以此來測試與調控驅動裝置整體的驅動能力，分析其與一般驅動裝置間的差異性，剖析其中存在的問題，以問題為導向制定針對性的解決方案，以便對其加以完整與優化。在夾頭盤分度方法確定并完成后，也需進行多方位測試，明確夾頭盤的真實分度定位精度，明確其中存在的缺陷問題，以便對其進行針對性地解決，保證其使用效果；其四，對設計出的項目產品進行最后階段的總結驗收，確保其滿足市場標準之后再進行量產[5]。

2.4 智能化磁懸浮制瓶機技術創新點

當前市場上所有的智能化磁懸浮制瓶機大多是行列式制瓶機，其工藝流程為：行列式制瓶機吹-吹法成型工藝過程。吹-吹法多用于小口徑玻璃瓶罐的制造，其工藝過程為：裝料→撲氣→倒吹氣初型吹脹→雛形翻轉→正吹氣與瓶罐固化冷卻→鉗瓶→冷卻輸送；行列式制瓶擠壓-吹法成型工藝過程。壓-吹法多用于大口徑玻璃瓶罐的制造，其工藝過程為：裝料→沖壓制取雛形→雛形吹脹→雛（初）型瓶翻送→正吹氣與固化冷卻→鉗瓶→冷卻輸送。從其工藝流程入手展開創新工作，具體創新點包括以下多種。

其一，該種制瓶機選擇的驅動裝置能夠克服以往制瓶過程中因機械摩擦而造成的定位精度受損，且能進行重復多次定位，精準度大大提升，可讓夾頭盤一直定位在比較精準的位置來進行制瓶工作，產品規格一致性得到保障，且該種制瓶方式能夠避免過多的人力物力投入，信息化程度高，能夠縮減企業的成本，利于企業創造更高的經濟收益；其二，應用該種驅動裝置能夠降低以往生產過程中的噪音問題，有效保護了工人的健康，符合國家環保發展的根本要求，利于制造企業的健康發展；其三，一方面該種驅動裝置可直接將動力傳遞給夾頭盤以驅使其轉動，降低了電能損耗，并減少了成本投入。另一方面也減少了直聯式驅動電機在持續工作中的磨損，降低了維護頻率，增加了其使用壽命，可靠性、穩定性得以提升；其四，智能化磁懸浮制瓶機以傳輸的控制信號，讓直聯式驅動電機定子接收到指定信號，轉子與定子間會形成磁場，讓主軸套與轉子旋轉分度，該種分度會持續進行一致性運轉，只因定子、轉子等電子控制元件在老化不能使用之后才會更換；其五，該種磁懸浮制瓶機只依靠數據指令即可直接驅動夾頭盤轉動，不受外部環境影響，亦不需較多的人工維護，能夠保持分度一直處于正常狀態運轉，生產效率與質量提升的同時，降低勞動力支出；其六，智能化磁懸浮制瓶機，將傳統形式的機械分度改為磁場分度，其整體的分度精準度得到大幅度提升，避免了以往機械分度下的誤差，且不需進行各種潤滑操作，不存在摩擦點與觸合點，壽命得以提升。

2.5 風險管理

要實現智能化磁懸浮制瓶機的研發與技術進步，必須明確其中存在的各項風險，并切實推進各項風險管理工作，以下進行細致分析。

其一，資金風險。智能化磁懸浮制瓶機的研發項目存在先期投入大、見效慢的風險。企業在較長的一段時間內無新技術服務上市，需要持續地資金投入，因此有可能會面臨資金短缺的風險。針對該種情況，需采取如下措施：首先強化制度管理，嚴格執行研發資金管理辦法，從制度中確定研發資金專款專用，不得擠占挪用。其次該項目作為公司發展重要的戰略技術儲備，公司需要安排充足的資金，保證項目各項研發工作的順利開展。

其二，技術風險。該項目需要解決夾頭盤直接驅動技術、磁場分度技術、夾頭盤控制技術等多項核心技術，難度和技術風險較高，有可能面臨研發失敗。針對該種情況，需采取如下措施：需明確項目經理責任，使其能夠探索更加全面、專業的智能化磁懸浮制瓶機制造技術，并與高校建立全面的產學研合作，經常進行交流和技術培訓活動，極大地提升公司技術研發實力，完全有能力解決該項目研發所面臨的技術難題。

其三，市場、政策風險。該項目屬于專用高端機械設計技術領域，其主要面臨的市場風險為市場的接受度，且由于國家對制瓶機制造企業的準確度和安全要求，需企業對新技術的嘗試保持謹慎的態度。針對該種情況，需采取如下措施：首先應構建示范工程模式，在小范圍進行試驗驗證，確保其有效性與受歡迎程度之后再進行大范圍的推廣，以此來解決目標客戶對新技術的顧慮。

其四，構建并完善各方面的管理制度及操作流程，明確崗位職責，建立技術檔案管理和項目管理方法，同時建立績效考核等激勵制度，有效地激勵員工高效工作，規范運轉。通過多種手段加強內外部合作機制的建設，建立技術團隊，并互派技術人員進行交流、研發、合作，有效保證各項科研項目的順利開展，并以各項完善的制度來規范員工的行為與各項操作，使其以更大的激情與積極性來投入到對應的研發工作中。

其五，抓技術團隊、抓投入、抓設備更新，并把握以下數點：（1）把創新、技術改造、項目投入、資金與銷售收入等納入考核指標，做到生產、銷售、技改創新三同步，確保公司技術進步保持強勁后力；（2）興建研發技術中心，公司投資建起了以新產品新技術創新開發為主的研發技術中心，科學規范管理；（3）加速設備更新進程，提高產品研發測試加工水平；（4）與高校進行創新戰略合作，成立技術創新項目研發小組，依托外部優質技術資源強化技術創新，縮短產品創新周期，加速新產品開發進程，延伸產業鏈，保證企業科研實力始終走在行業前端。

3 結語

綜上所述，文章就智能化磁懸浮制瓶機的研發與技術實現進行了論述與分析，探討了該種制瓶機的發展現狀并對比普通制瓶機的優勢，要求給予其足夠的重視，從制瓶機驅動裝置與夾頭盤分度方法入手，對其進行革新，使其能夠發揮出最大的價值，以此來推動該種智能化制瓶機的研發與技術實現，為企業創造更大的經濟效益。