1. 前言

食盐包装过程中,缝包出来的编织袋前端尾线过长(约20cm),后尾端缝包线长度只有7cm左右。过长的尾线不仅影响包装袋美观,而且有缠绕输送辊道的隐患,同时也造成缝包线资源的浪费。分析原因,发现在塑料编织袋走过缝包机缝包结束后,电机电源虽然切断,但由于缝包机电机惯性,电机还要带动缝包机转动几圈后才能自然停下来,造成缝包机在没有编织袋的情况下空走浪费缝包线^[1]。文章中,设计的出发点就是找到制动的最佳点,在切刀切线动作完成,缝包机电机立即制动,也就是在切刀伸出去的过程中,同步产生一个点动刹车动作,抱刹缝包机皮带轮,使缝包机电动机转子立即停止转动。通过这个设计可以解决缝包线过长的问题,为企业节省财力物力。

2. 国内外缝包机刹车装置现状

GK35-6型缝包机是国内目前应用较为广泛的缝包机,零件耐磨,维修方便。缝包机自身不具备网站公布的缝包机工作视频上看,此缝包机有文中所述的线头长短问题。

日本NEWLONGDS-9C缝包机是速度最快的单机针袋口缝合机,但缝包机本身不具备制动功能,实现制动需配置缝包机离合器CB-50S。

美国FISCHBEIN(菲士宾)缝包机201型,具备高速2600RPM,平稳、强大。满足高速生产线的要求,自带机油泵封闭式润滑,机针冷却,使用寿命长久,维修成本低。这款缝包机也未专门设计制动装置,缝制出来的线头仍然有一端长一端短现象,不是很美观(如图1),解决这一问题仍需要进一步改进。

3. 设计的主要内容

设计主要是基于盐化工产品包装生产线,针对自动缝包机设计的一款简便实用的自动刹车装置,旨在解决目前普遍存在的食盐生产企业缝包机无刹车装置的问题。主要研究内容为刹车装置机械设计安装和电路控制。

图1FISCHBEIN缝包机缝包后尾线长度

3.1 刹车、切刀控制系统的研究

在缝包机刹车装置设计上,可以从两方面入手,一是电机刹车,二是缝包机刹车。

3.1.1 电机刹车

电机刹车在很多领域都有应用,比如常见的系列电动执行器上使用的单相伺服电动机,电

机断电时是处于刹车状态的,只有通电时其内部的电磁感应机械动作,分离刹车片,电机才能正常运转,停电立即刹车,消除电机惯性旋转给控制精度带来的影响;现在国内市场上有一种针对缝包机设计的电磁失电制动电机,如YEJ801-4,YEJ系列电磁制动电机是在Y(ip44)系列电动机的后端盖与风扇之间附加一直流电磁制动器所组成的派生系统产品,制动方式为断电制动^[2]。

此设计想通过另外一种简单的装置抱刹缝包机皮带轮,达到缝包机电机断电后缝包机立即制动的目的。缝包机切刀的动作是靠双作用气缸快速往复一个来回,带动切刀切断缝包线。利用切刀气缸电磁阀推进切刀的那路气管,加上一个三通调节阀,在切刀伸出去的过程中,产生一个类似的点动刹车动作,抱刹缝包机皮带轮,消除电动机转子惯性。

3.1.2缝包机刹车系统的设计

3.1.2.1刹车装置设计

如图2,准备一个弧形不锈钢板,弧度大致和缝包机皮带轮直径相近或略大,宽度和皮带轮宽度相当。摩擦用帆布皮带一块,宽度和长度和刹车板匹配,上面钻有若干个沉头孔,用M5沉头螺栓固定在不锈钢板的骨架上。

关节轴承选用SI10-1T/K,螺纹为右旋M10×

,以便和MAL25×25气缸匹配。

气缸尾端固定轴设计,是利用MAL25×25尾端的固定孔万来方实数现据固定的,设计一个轴,用定位销形式

对气缸进行固定,既可保证气缸工作时的小幅度转动,又可以防止脱落,既经济又可靠。采用和缝包机皮带轮同一水平面、同一固定底座焊接办法进行安装,简洁实用,工作可靠。

图2刹车装置组装连接方式图

3.1.2.2 运动轨迹及刹车可靠性分析

图3为组装后的运动轨迹图。从图3中我们可以看出,MAL25×25气缸在初始状态气缸推杆长度为30mm,刹车到位状态时,气缸推杆伸出长度为

50mm,小于气缸有效行程25mm,仍然有5mm的余量,气缸的动作量足以达到刹车行程需求;设计指导思想是刹车装置完全到位后,刹车弧片刚好可以把皮带轮最大限度的包裹,产生足够的摩擦力,达到可靠刹车的目的。

图3刹车装置运动轨迹示意图

Fig.3Brakedevicerunninglocusdiagram

图5为缝包机刹车装置控制逻辑图。从图5可平担力作用下,和皮带轮一直处于同一水平面上,确保刹车过程动作有效工作可靠。

3.2 缝包机刹车装置电路研究

系统关键器件是光电接近开关,选用发射接收一体式漫反射型光电传感器,型号为GLV18-8-450/115/120,工作电压10VDC~30VDC,作用距50mm~450mm可调,400mm处光斑直径30mm,利用发射出去在一定范围内又折射回来的640nm调制可见LED红光,形成开关信号送到系统完成相应系列动作。这种光电传感器防护等级IP67非常适用于食盐缝包生产线

图4所示是缝包电动机控制电路^[3],B1、B2为光电开关,内置光电传感器来把光信号转为电信号。KC9为

中间继电器,光电开关输出的信号来控制KC9。KC9-2为常闭触点,KC8受KC9的控制。KT4为欧姆龙时间继电器,延时时间大约为0.5s,KT4-2为上电延时断开常闭触点,YV1为切刀气缸电磁阀。每当盐包经过遮挡住B1,KC9动作,KC8失电,KC8-1断开,KT4失电复位;盐包运动到B2,由于B1、B2之间的距离远小于一个编织袋的宽度,B1、B2会同时保持工作状态,即使盐包离开了B1,但由于B2的持续作用,KC9任然处于吸合状态,直到盐包离开B2,此时KC9失去B2的控制信号断开,KC9复位,KC8得电,KC8-1闭合,KT4得电,YV1得电,切刀就会伸出,KT4得电即开始延时,延时时间到,KT4-2断开,切刀复位收回,等待下一次盐包到来后的循环。刹车与切刀动作同步。

以看出,只要有一个启动缝包机信号产生,缝包机就会启动;停止时,必须同时具备4个缝包机停止信号条件缝包机才会停止,只有缝包机停止后,才会有切刀及刹车动作产生。另外,每次上电,缝包机切刀及刹车装置都有一次动作。

图5缝包机刹车控制逻辑图

3.3 缝包机刹车装置的力学分析

为了保证能够有效的刹车,刹车片的摩擦力必须要远大于电机断电后转子的惯性力。从GK35缝包机参数中,可以知道电机的功率370W、转速2000r/min(即33r/s)、皮带轮直径114mm等。从而计算出周长C=2πr=πD=0.114π。线速度v=33.3×π×0.114=11.9m/P=F×V,缝包机停机瞬间扭力F_扭力370/11.9=31N=P/V=MAL25×25气缸的单向作用力为225N,由于气缸推动刹车片做近似直线运动,摩擦帆布的动摩擦因数μ=0.6,F_摩擦力=0.6×225=135NF摩擦力≫F_扭力图4缝包电动机控制电路由此证明,可以实行有效的刹车。刹车时间计算。从加速度公式F=ma可以知道缝包机转子停下时的加速度a=F/m,这里缝包机电机转子的质量为3kg,a=F/m=45m/s2,V=V₀-at,t=V/a=0.265s,在有刹车情况下,缝包机制动时间远小于缝包机在自由阻力作用下的停止时间,实现缩短缝包线尾线目的。