劉 暉

(華南理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東 廣州 510640)

0 引言

對(duì)于醫(yī)藥(皮炎平、紅霉素軟膏、防凍霜、婦科用藥等)、日化 (牙膏 、鞋油 、潤(rùn)膚霜 、口紅等 )、食品 (芝麻醬、甜面醬、番茄醬、奶油等)、化工(玻璃膠、密封膠、白乳膠等)、潤(rùn)滑油及特殊行業(yè)的膏體灌裝，膏體灌裝機(jī)是膏體生產(chǎn)廠家的必備設(shè)備，其性能的好壞直接影響膏體包裝的定量、質(zhì)量與美觀[1]。為此，我們探討設(shè)計(jì)一種膏體氣動(dòng)灌裝機(jī)，在動(dòng)力、控制及一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了創(chuàng)新。

1 工作原理及結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)課題的工作對(duì)象為膏體，由于膏體的自主流動(dòng)性差，強(qiáng)迫流動(dòng)的阻力不大，我們采用圖 1所示的計(jì)量與連續(xù)充填裝置。

如圖 1所示，料倉(cāng) 2中的物料須由攪拌推進(jìn)漿 3施加推進(jìn)力，由配流閥 4進(jìn)行強(qiáng)制配流。配流閥處于圖示狀態(tài)時(shí)，計(jì)量缸 5與料倉(cāng)連通，計(jì)量缸驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)計(jì)量缸右行抽吸，將膏體物料吸入計(jì)量缸內(nèi)。配流閥 4逆時(shí)針轉(zhuǎn) 90度，使計(jì)量缸與排料充裝口 8連通，計(jì)量驅(qū)動(dòng)氣缸帶動(dòng)計(jì)量缸左行排料(充裝)。針對(duì)不同的包裝容量要求，可設(shè)置不同容積的計(jì)量缸，或者調(diào)節(jié)計(jì)量缸驅(qū)動(dòng)氣缸的行程，以滿足不同容量的要求，灌裝容量范圍可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)一機(jī)灌裝不同容量的包裝筒，使用十分靈活。要求特別純凈的產(chǎn)品，計(jì)量缸可以采用不銹鋼制作。如果產(chǎn)品具有一定的腐蝕性，就灌裝機(jī)自身來(lái)講，可以考慮將缸體、調(diào)節(jié)桿、滑動(dòng)活塞、上下端蓋采用聚四氟塑料或其他耐特定產(chǎn)品腐蝕的材料制作。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)圖

2 氣動(dòng)系統(tǒng)

氣動(dòng)系統(tǒng)因具有自潔性好、對(duì)環(huán)境要求不高、操作使用方便等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中[2]。但由于氣體固有的可壓縮性、氣缸摩擦力的影響和氣動(dòng)系統(tǒng)的低阻尼特性等原因，導(dǎo)致氣動(dòng)系統(tǒng)剛度低、定位精度差，在活塞運(yùn)動(dòng)接近行程末端時(shí)，如不采取措施，易產(chǎn)生很大的沖擊、振動(dòng)、噪聲或機(jī)件損壞。這不僅關(guān)系到工作環(huán)境和氣動(dòng)元件的工作性能，而且給計(jì)量缸的壽命等帶來(lái)很大的影響。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，我們已經(jīng)在連桿末端觸頭安裝了橡皮墊來(lái)實(shí)現(xiàn)減震和緩沖。此外，很重要的緩沖途徑來(lái)自于氣缸本身的緩沖功能和系統(tǒng)的緩沖。我們采用排氣節(jié)流，如圖 2所示。在安裝調(diào)試時(shí)，分別調(diào)節(jié)兩個(gè)節(jié)流閥的開口大小，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞桿雙向運(yùn)動(dòng)速度的控制。

圖2 氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖

3 系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制

氣動(dòng)伺服控制采用閉環(huán)式 PWM控制氣動(dòng)高速開關(guān)閥系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)如圖 3所示)，因?yàn)槠渚哂幸韵绿攸c(diǎn)：1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高;2)對(duì)工作介質(zhì)的污染不敏感，對(duì)環(huán)境要求不高;3)抗干擾能力強(qiáng)，故障少，維護(hù)方便;4)易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制;5)閥的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單[3]。

圖3 氣動(dòng)高速開關(guān)閥系統(tǒng)

氣動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行氣缸必須相互協(xié)調(diào)一致，執(zhí)行氣缸工作狀態(tài)和電磁閥通電狀態(tài)工況如表 1所示。

表1 執(zhí)行氣缸工作狀態(tài)和電磁閥通電狀態(tài)

實(shí)現(xiàn)連續(xù)充裝的循環(huán)工序?yàn)椋号淞鏖y驅(qū)動(dòng)氣缸電磁閥狀態(tài) 1DT(+)，使計(jì)量缸與料倉(cāng)相連→計(jì)量缸驅(qū)動(dòng)氣缸電磁閥狀態(tài) 2DT(-)，從料倉(cāng)抽取設(shè)定容量的物料至計(jì)量缸→配流閥驅(qū)動(dòng)氣缸電磁閥狀態(tài) 1DT(-)，使計(jì)量缸與包裝袋(筒)相連→計(jì)量缸驅(qū)動(dòng)氣缸電磁閥狀態(tài) 2DT(+)，計(jì)量缸向包裝袋(筒)充填產(chǎn)品。結(jié)合反饋測(cè)量元件(電磁限位開關(guān)、壓力傳感器等)實(shí)現(xiàn)每步工序之間協(xié)調(diào)一致，實(shí)現(xiàn)對(duì)膏狀產(chǎn)品的連續(xù)分裝。

4 結(jié)論

本灌裝機(jī)設(shè)計(jì)基于膏體產(chǎn)品灌裝的需求，制造加工較容易，灌裝容量范圍可調(diào)，改變主要零部件的材質(zhì)，可以適用于不同性質(zhì)的膏狀產(chǎn)品灌裝，是一種簡(jiǎn)易、適用、高效的膏體產(chǎn)品灌裝(分裝)裝置。

[1] 鄧明，鐘梅飛.膏體物料氣動(dòng)灌裝機(jī)的研制[J].包裝工程，2002，(2)：20-22.

[2] 彭秀英，陳亞，胡園.基于PLC控制的氣動(dòng)模擬測(cè)量系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng)，2010，(2)：16-18.

[3] 李磊.一種自動(dòng)計(jì)量與連續(xù)充填包裝機(jī)械手的研究[D].北京：北京建筑工程學(xué)院，2006.