摘要：介紹一種新型的包裝機(jī)械包材張力控制機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)利用氣動執(zhí)行元件的柔性特性，使包裝機(jī)既能實現(xiàn)高速開卷，又保證使包材的張力小而恒定，從而滿足現(xiàn)代高速包裝機(jī)構(gòu)對其包材開卷的要求。

前言：近年來，氣動技術(shù)在包裝機(jī)械行業(yè)得到了廣泛地應(yīng)用，使包裝機(jī)械行業(yè)有了長足的發(fā)展。由于氣動和度算機(jī)控制等先進(jìn)技術(shù)的大量介入，使現(xiàn)代包裝機(jī)械的機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡化、降低了設(shè)備造價，同時也提高了包裝速度和產(chǎn)品外觀技師沒備的自動比程度和可靠性都得到了大幅度提高。

氣動機(jī)構(gòu)動作輕快，不污染環(huán)境，能夠很好地滿足包裝機(jī)械對速度和環(huán)境的要求。現(xiàn)代包裝機(jī)械一般采用氣缸做執(zhí)行元件，主要是利用氣缸具有直線輸出和速度可調(diào)等特點，這樣就摒充了傳統(tǒng)的由旋轉(zhuǎn)運動到直線運動的減速和轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，有效地簡化了包裝機(jī)械的傳動機(jī)構(gòu)，降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期。另外，采用氣缸做執(zhí)行元件，通過調(diào)整控制軟件就可以解決整個執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作的時序要求。這一點與傳統(tǒng)的凸輪控制機(jī)構(gòu)相比，可以節(jié)省大量的安裝調(diào)試工作，這也是氣動技術(shù)在包裝機(jī)械行業(yè)得到普及的一個重要原因。氣動執(zhí)行元件具有很好的柔性，或者說氣缸活塞的運動速度和行程可受其它機(jī)構(gòu)的約束。利用氣動執(zhí)行元件的這一特性，可以設(shè)計成氣動和機(jī)械組合的復(fù)合機(jī)構(gòu)，來實現(xiàn)準(zhǔn)確的動行協(xié)調(diào)和同步，也可設(shè)汁成柔性的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用這種柔性機(jī)構(gòu)可以完成一些特定工作。包括機(jī)氣動張力控制機(jī)構(gòu)就是利用氣缸柔性進(jìn)行工作的一個實例。

1、包裝機(jī)氣動卷材張力控制機(jī)構(gòu)簡介

包裝機(jī)氣動卷材張力控制分為二個時段：

1)開膜時段：如圖1所示，伺服電機(jī)不運行，真空吸盤吸住包材，同時供膜輥制動氣缸松開供膜輥制動盤，供膜輥處于自由狀態(tài)，在擺動桿和拉膜浮動氣缸向下拉力的共同作用下，擺動桿向下擺動，通過包材牽引供膜輥轉(zhuǎn)動，進(jìn)行開膜。當(dāng)擺動桿向下運行到接近開關(guān)的作用位置時，傳感器發(fā)出信號，PLC控制制動氣缸對供膜輥制動，同時控制拉膜浮動氣缸向下擺動的電磁閥關(guān)斷，擺動桿在重力作用下自然下垂。

2)拉膜時段：首先真空吸盤解除真空放開包材，同時控制拉膜浮動氣缸向上運行的兩位三通電磁閥得電，使氣缸產(chǎn)生向上運行的推力。通過調(diào)節(jié)減壓閥(圖2)使氣缸向上的推力比擺動桿重力作用到氣缸桿上的合力小(一般相差1.5-2Kg)，這時拉膜浮動氣缸的活塞桿并不運動，拉膜浮動氣缸此時的作用只是減輕擺動桿的重量，同時使包材有具有一定的張力，隨后伺服電機(jī)開始拉膜。伺服電機(jī)拉膜運動是間歇的，每次拉膜的長度由包材上的定位色標(biāo)確定。包材上的色標(biāo)為等間距，當(dāng)顏色傳感器檢測到包材定位色標(biāo)，發(fā)出信號給PLC，PLC確定定位膜塊控制伺服電機(jī)快速停止，實現(xiàn)快速定長拉膜。同時控制電磁閥使真空吸盤吸住包材，減小包材前沖，并且同時關(guān)斷控制浮動氣缸向上運動的電磁閥，使擺動桿自然下垂，否則包材前沖大時，雖然浮動氣缸向上產(chǎn)生的推力比擺動桿的自重小，但由于浮動氣缸的下腔已有壓縮空氣，擺動桿靠自重有時不能完全回落拉緊包桿，因此需要將浮動氣缸的下腔壓縮空氣暫時放掉，等擺動桿完全回落后再打開控制浮動氣缸向上運動的電磁閥，為下次拉膜做好準(zhǔn)備。這種機(jī)構(gòu)可使包材具有很小的恒定張力，同時又有足夠的開膜張力，提高了包裝速度。這種機(jī)構(gòu)利用氣動執(zhí)行元件的柔性工作，既可以使擺動桿強(qiáng)制向下擺動開膜，又具有浮動的特點。該機(jī)構(gòu)應(yīng)用于400g全自動充氮奶粉包裝機(jī)，使用效果很好。

2、包裝機(jī)氣動卷材張力控制機(jī)構(gòu)動力學(xué)參數(shù)計算

2、1開卷張力計算

包材卷膜轉(zhuǎn)動慣量由兩部分組成，一是卷膜膨脹軸本身的轉(zhuǎn)動慣量，一是包材卷自身的轉(zhuǎn)動慣量。膨脹軸的轉(zhuǎn)動慣量可按圓柱體計算，其公式為：
J1==1/2m·R12(1)
式中；J1——膨脹軸的轉(zhuǎn)動慣量，Aem2；
m1——膨脹軸的質(zhì)量，Kg；
R1——膨脹軸的半徑，m。

卷膜本身的轉(zhuǎn)動慣量可以按圓筒體轉(zhuǎn)動慣量計算，其公式為：
J2==1/2m2(R22+r2)(2)
式中J2——卷膜的轉(zhuǎn)動慣量，Kgm2；
m2－－卷膜的質(zhì)量，Kg；
R2——卷膜的外徑，m；
r－一卷膜的內(nèi)徑，m。

應(yīng)當(dāng)注意的是卷膜的質(zhì)量和外徑在工作過程中是逐漸減小的，在包裝機(jī)工作過程中卷膜輥的轉(zhuǎn)動慣量是變化的，同時包材張力作用半徑也是變化的。為了求出開卷最大張力，應(yīng)在二種極限狀態(tài)下分別計算。取其最大值作為選擇系統(tǒng)參數(shù)的依據(jù)。根據(jù)包裝機(jī)的動作要求，開卷時間t≤0.4S；包材開卷長度L≥0.2m，計算開卷所需的張力F。