热收缩薄膜包装机自动控制系统的研究
发布时间：2021-12-12 06:20
随着中国制造2025战略的推进以及我国制造业的不断升级,电气设备的自动化程度提升十分重要,包装设备企业需要对热收缩薄膜包装机进行升级和改造。本文通过对实际热收缩薄膜包装机控制系统的研究,根据河北某机械设备公司的热收缩薄膜包装机实际项目,设计和研发设备的分瓶控制与送切膜控制,进行控制系统软硬件方案的设计,实现热收缩薄膜包装机的自动化升级改造,提高设备的实用性。传统热收缩薄膜包装机采用气缸实现分瓶控制,采用离合器绑定切刀进行切膜,结构简单但运行速度慢。本文采用伺服驱动器控制永磁同步电机的电气控制来实现,设备自动将输送的瓶子分成规定规格,输送并切断定长薄膜,包围瓶组一周,经烘箱热收缩,输出包装成品。整个包装过程自动化程度高,包装效果稳定,速度快,包装参数可以通过人机交互界面进行设置修改,由控制器配合伺服系统进行多轴同步控制。本文对热收缩薄膜包装机分瓶控制和送切膜控制的过程进行了深入的分析,详细分析了分瓶和切膜过程的运行规律。针对常规膜包机分瓶精度不高和调整性差的现状,设计了分瓶电子凸轮曲线,提出了分瓶曲线自动计算方法。根据分瓶过程的特点采用了五次多项式结合三次样条插值曲线来实现分瓶电子凸轮曲...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３机械凸轮式分瓶系统??
ｉｍ??挡板下降，进行下一次分瓶。该种方式分瓶机构简单，控制逻辑易于实现，制造??成本低，但挡板挡瓶的动作对瓶身冲击大，无法在高速运行下实现分瓶。??［Ｋ＇?２??／ＹＷＷＹ＾／Ｙ＾?ＡＭ?／??一?ＩＵ川Ｕ川?Ｉ丨「夕丨＇???１Ｋ?④??ｌ光电计时器?＇??２?．瓶子彳＿１＿??３．输瓶带?／?５??４．挡瓶板?￣?／??５？气缸?’?＇??图１－２气缸驱动式分瓶??第二种，机械凸轮式分瓶。如图１－３所示是机械凸轮式分瓶的执行过程图。??在机械凸轮上装有四组分瓶拨叉，相邻拨叉间的距离等于分瓶宽度，交流电机驱??动机械凸轮，分瓶拨叉随之运动。相邻的分瓶拨叉中，左侧的分瓶拨叉始终对后??面的瓶子进行阻挡，此时分瓶拨叉间的瓶子就能往前拉开与后面瓶子的距离，实??现分瓶的效果。该方式机械结构复杂，设备维护较为困难，能够实现在中等包装??速度下的分瓶。??＾ＹＹＹＹＹＹＹＹＹＹ＾?ａａａａ??进瓶?，２??３?２－??——３．分瓶拨叉??图１－３机械凸轮式分瓶系统??第三种，伺服驱动式分瓶。该方式两台同步电机分别带动链条，链条上装有??两组大小相同的分瓶拨叉，拨叉的位置在分瓶链条上相互对称。两台电机的运行??速度不同，带动分瓶拨叉以快慢切换的方式周期性运行。分瓶过程中，一组拨叉??速度较慢，完成挡瓶动作，另一组拨叉速度较快，释放之前挡住的瓶组，拉开瓶??组之间的距离至分瓶宽度。该方式机械结构简单，设备成本较高，实现过程方便，??运行精度更高，能够实现高速分瓶。??６??
山东大学硕士学位论文??分析以上三种分瓶方式的特点，再结合考虑本次控制系统设计的要求，本次??设计采用伺服驱动式分瓶方式。该方式电机运行速度快，控制方式可灵活调整，??符合提高设备包装速度以及增加灵活性的目的。??送切膜控制需要完成在高速送膜情况下的切膜动作，实现精准定长切膜，其??特点是在切刀轴旋转执行切膜动作的区域，切刀线速度需要大于等于送膜的线速??度，否则可能出现薄膜割坏、不能切断薄膜和切刀损坏等情况１２６］。??在切膜执行机构方面，目前主要有两种。第一种是在送膜电机轴上采用电磁??离合器吸合一个切刀绑定后旋转一圈，切膜一次；另外一种则是采用独立的伺服??电机作为切刀轴，与送膜电机保持同步，在补偿段切刀电机加速到一个大于等于??送膜线速度的速度，为同步段切膜做好准备，然后在同步段进行切膜［２７］，如图所??示１－４是伺服驱动切刀结构图。离合器切刀结构简单，成本低，适用于低速切膜??的情况，但调整能力较差；伺服切刀运行速度快，可用于高速状态下切膜，切膜??位置精度高，对于彩膜送切控制也有很好的帮助。??图１－４伺服驱动切刀结构图??１．３本文主要工作与章节安排??本次课题主要研究对象为热收缩薄膜包装机自动控制系统，实际项目为河北??邯郸某企业的热收缩薄膜包装机项目，通过控制电机实现整个包装从进瓶、分瓶、??送膜、切膜，到薄膜包围瓶组的工艺流程。在这过程中，要保证设备运行的稳定??性，提高设备的包装速度，并针对不同规格的包装瓶组和瓶子形状，使设备具有??７??
本文编号：3536161
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－３机械凸轮式分瓶系统??
ｉｍ??挡板下降，进行下一次分瓶。该种方式分瓶机构简单，控制逻辑易于实现，制造??成本低，但挡板挡瓶的动作对瓶身冲击大，无法在高速运行下实现分瓶。??［Ｋ＇?２??／ＹＷＷＹ＾／Ｙ＾?ＡＭ?／??一?ＩＵ川Ｕ川?Ｉ丨「夕丨＇???１Ｋ?④??ｌ光电计时器?＇??２?．瓶子彳＿１＿??３．输瓶带?／?５??４．挡瓶板?￣?／??５？气缸?’?＇??图１－２气缸驱动式分瓶??第二种，机械凸轮式分瓶。如图１－３所示是机械凸轮式分瓶的执行过程图。??在机械凸轮上装有四组分瓶拨叉，相邻拨叉间的距离等于分瓶宽度，交流电机驱??动机械凸轮，分瓶拨叉随之运动。相邻的分瓶拨叉中，左侧的分瓶拨叉始终对后??面的瓶子进行阻挡，此时分瓶拨叉间的瓶子就能往前拉开与后面瓶子的距离，实??现分瓶的效果。该方式机械结构复杂，设备维护较为困难，能够实现在中等包装??速度下的分瓶。??＾ＹＹＹＹＹＹＹＹＹＹ＾?ａａａａ??进瓶?，２??３?２－??——３．分瓶拨叉??图１－３机械凸轮式分瓶系统??第三种，伺服驱动式分瓶。该方式两台同步电机分别带动链条，链条上装有??两组大小相同的分瓶拨叉，拨叉的位置在分瓶链条上相互对称。两台电机的运行??速度不同，带动分瓶拨叉以快慢切换的方式周期性运行。分瓶过程中，一组拨叉??速度较慢，完成挡瓶动作，另一组拨叉速度较快，释放之前挡住的瓶组，拉开瓶??组之间的距离至分瓶宽度。该方式机械结构简单，设备成本较高，实现过程方便，??运行精度更高，能够实现高速分瓶。??６??
山东大学硕士学位论文??分析以上三种分瓶方式的特点，再结合考虑本次控制系统设计的要求，本次??设计采用伺服驱动式分瓶方式。该方式电机运行速度快，控制方式可灵活调整，??符合提高设备包装速度以及增加灵活性的目的。??送切膜控制需要完成在高速送膜情况下的切膜动作，实现精准定长切膜，其??特点是在切刀轴旋转执行切膜动作的区域，切刀线速度需要大于等于送膜的线速??度，否则可能出现薄膜割坏、不能切断薄膜和切刀损坏等情况１２６］。??在切膜执行机构方面，目前主要有两种。第一种是在送膜电机轴上采用电磁??离合器吸合一个切刀绑定后旋转一圈，切膜一次；另外一种则是采用独立的伺服??电机作为切刀轴，与送膜电机保持同步，在补偿段切刀电机加速到一个大于等于??送膜线速度的速度，为同步段切膜做好准备，然后在同步段进行切膜［２７］，如图所??示１－４是伺服驱动切刀结构图。离合器切刀结构简单，成本低，适用于低速切膜??的情况，但调整能力较差；伺服切刀运行速度快，可用于高速状态下切膜，切膜??位置精度高，对于彩膜送切控制也有很好的帮助。??图１－４伺服驱动切刀结构图??１．３本文主要工作与章节安排??本次课题主要研究对象为热收缩薄膜包装机自动控制系统，实际项目为河北??邯郸某企业的热收缩薄膜包装机项目，通过控制电机实现整个包装从进瓶、分瓶、??送膜、切膜，到薄膜包围瓶组的工艺流程。在这过程中，要保证设备运行的稳定??性，提高设备的包装速度，并针对不同规格的包装瓶组和瓶子形状，使设备具有??７??
本文编号：3536161
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