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      天然橡膠標準膠包裝線自動稱重補料系統的設計

      放大字體  縮小字體 發布日期:2020-02-25 13:07:37    瀏覽次數:8    評論:0
      導讀

      我國天然橡膠有標準膠、濃縮膠乳、煙膠片三大產品,其中以標準膠為主。天然橡膠在海南省大規模種植,經過五十多年的發展,天然橡膠產業成為海南省熱帶農業的重要組成部分和特色優勢產業,是海南省的經濟支柱產業之一[1]。標準膠生產過程中的打包環節完全靠人工完成,是生產線中勞動力最密集、勞動強度最大的環節,

      0 引言

      我國天然橡膠有標準膠、濃縮膠乳、煙膠片三大產品,其中以標準膠為主。天然橡膠在海南省大規模種植,經過五十多年的發展,天然橡膠產業成為海南省熱帶農業的重要組成部分和特色優勢產業,是海南省的經濟支柱產業之一[1]。標準膠生產過程中的打包環節完全靠人工完成,是生產線中勞動力最密集、勞動強度最大的環節,亟需開發自動化設備與技術,緩減用人壓力、改善勞動環境[2]。但目前天然橡膠的自動打包技術還未成熟,國內外關于標準膠自動化打包設備與技術的研發與應用鮮有報道。

      自動稱重補料是實現標準膠打包自動化的最大瓶頸,需根據稱重后的2塊干燥膠塊重量進行計算并自動配重、補料以滿足標準化膠塊的重量要求(33.33±0.025 kg)。該環節程序復雜、勞動強度大、自動化難度高。在自動稱重補料行業,目前國內外主要有螺旋補料、振動補料、料門補料三種方式。螺旋式補料系統適用于分散顆粒狀和粉末狀的物料[3],振動補料系統適用于塊狀、顆粒狀以及粉狀的物料[4],料門補料系統適用于粉狀的物料[5],對于天然橡膠這樣的粘性物質還未有具體的補料方法。本文擬設計一套自動稱重補料系統,以有效解決稱重補料自動化的技術難題,推動標準膠打包環節的自動化進程。

      1 補料原理及方案

      1.1 天然橡膠自動稱重補料工作原理

      補料原理。從干燥房出來的單塊膠塊質量md一般為8 kg左右,通過稱重使2塊干燥膠塊與補料膠塊的總質量與標準膠質量m相等,即控制在33.33±0.025 kg的范圍內,然后投入打包機中實現標準膠的質量和體積要求。標準膠塊外形近似為長方體,質量均勻,因此本文提出采用形狀、質量均勻的標準膠塊取代形狀、質量各異的原始干燥膠塊作為配重原料,利用長度調節取代質量調節,有效解決均勻切割和自動補料配重計量的技術難題。

      假設標準膠的長度為l、寬度為b,厚度為δ,質量為m。若將標準膠塊沿寬度方向均勻切割成n塊長度為l、寬度為b/n,厚度為δ的子膠塊,則每個子膠塊沿長度方向的線密度為ρl=m/(nl)。采用子膠塊為稱重補料,則補料所需的子膠塊的長度lb可由式(1)計算得到:

      鑒于上述稱重工藝的要求,自動稱重補料過程設計為4個階段,補料流程如圖1所示。根據2塊干燥膠塊的稱重結果與標準膠重量要求,計算補料重量;選取打包完成的標準膠塊,按要求均勻預切割,獲得后續配料切割的子膠塊;根據補料重量和子膠塊的線密度計算補料膠塊長度,并據此數據對子膠塊進行切割,獲得補料膠塊;將補料膠塊輸送至打包口,與已稱重的2塊干燥膠塊一起在打包機中打包。

      圖1 天然橡膠自動稱重補料系統補料流程圖

      1.2 天然橡膠自動稱重補料系統組成

      圖2所示為天然橡膠自動稱重補料系統構成圖,補料系統主要由4個模塊組成:一次切膠模塊、輸送模塊、二次切膠模塊和投料模塊。

      圖2 天然橡膠自動稱重補料系統構成圖

      1-1號傳送帶 2-1號推板3-一維雙軌龍門式同步電動滑臺 4-1號牛眼輸送線5-1號液壓切膠機 6-動力傳送帶 7-2號推板8-一維單軌電動滑臺 9-2號牛眼輸送線10-補膠進給裝置 11-2號液壓切膠機12-工位1落膠軌道 13-工位選擇裝置14-工位2落膠軌道

      1.2.1 一次切膠模塊

      一次切膠模塊主要由1號傳送帶、1號推板、一維雙軌同步電動滑臺、1號牛眼輸送線、1號液壓切膠機組成。1號傳送帶將標準膠塊從上一工序運送到自動稱重補料系統,電動滑臺上的傳感器檢測到有標準膠塊后,在控制下將標準膠塊推至液壓切膠機刀具的下方,并根據子膠塊數目n以及標準膠寬度確定的膠塊單次進給量b /(n-1)進給膠塊。為減少橡膠塊與平臺的摩擦,在平臺上安裝有牛眼輸送線,1號液壓切膠機開始間歇動作切割膠塊,并與電動滑臺的間歇進給動作配合,最后獲得所需n塊子膠塊,并依次推至輸送模塊的傳送帶上。

      1.2.2 輸送模塊

      輸送模塊主要由動力傳送帶、一維單軌電動滑臺、2號推板、2號牛眼輸送線組成,其功能是將切好的子膠塊運送至二次切膠模塊。工作時,動力傳送帶承接來自一次切膠模塊切好的子膠塊,并將橡膠塊運送至二次推膠處,膠塊達到2號牛眼輸送線制定工位后,傳送帶停止,2號推板在一維單軌電動滑臺的帶動下將子膠塊推至二次切膠模塊切膠刀正下方。

      1.2.3 二次切膠模塊

      二次切膠模塊主要由補膠進給裝置和2號液壓切膠機組成,其功能是根據控制系統計算所得的補料子膠塊長度lb進給子膠塊并定量切割。補膠進給裝置設計為圓柱輥,表面設置2~5cm的尖頭凸起以防止圓柱輥與膠塊表面產生相對滑動,其軸與電機軸連接。需要補料時,以圓柱輥與膠塊表面相切的圓周s作為計算基準,根據lb計算出圓周輥旋轉的相應周數(lb / s),啟動電機,圓周輥在電機的驅動下轉動(lb / s)周,使子膠塊進給lb長度,然后2號液壓切膠機動作,實現所需補料的定量切割。

      1.2.4 投料模塊

      投料模塊由落膠軌道和工位選擇選擇裝置組成。打包機有2個工位,因此落膠軌道也有2支,軌道的交匯處安裝有工位選擇裝置,使切好的補料膠塊每次沿設定的軌道落入指定工位的打包機中,即實現2個打包機工位補料的切換。

      2 天然橡膠自動稱重補料系統驅動部件設計

      2.1 推膠驅動部件

      通過計算,推膠所需最小推力即需克服的最小推膠阻力為166.7N,推膠的驅動可以選擇電動推桿或電動滑臺。

      對比電動推桿以及電動滑臺的性能參數表,電動推桿的推力明顯大于電動滑臺所提供的推力,二者都能做到本設計所需要的量程。但電動推桿試驗發現,當量程過大時推桿的剛性很差,若要提高電動推桿的剛性,還需加裝提高剛性的部件,安裝復雜。電動滑臺為龍門式結構,具有雙軌,剛性比單軸的電動推桿有極大的提高并且運行平穩,沒有出現類似電動推桿運行時出現的明顯震動。同時,電動滑臺提供的推力完全能夠滿足本設計需要,故選擇電動滑臺作為推膠的驅動元件。

      2.2 切膠驅動部件

      選用文獻[7]所涉及的液壓式割膠刀,并采用表1的設計參數計算標準膠切割過程的切膠力FN、切膠阻力F1和F2。計算得出切膠力FN=1.7 kN,切膠阻力F1=F2=8.55kN。由于電動推桿最大推力僅為1.3kN,不能滿足要求,因此本設計仍然采用液壓驅動切膠刀,利用油泵提供壓力,將活塞桿從活塞缸中頂出,從而使刀片經歷快進、工進和快退三個過程實現標準膠或子膠塊的切割。液壓切膠機主要由工作臺、底座、支架和底座等部分組成,刀具兩側安裝行程開關以調節刀具行程。

      表1 切膠力、切膠阻力計算參數

      2.3 補料進給驅動部件

      補料進給驅動部件如圖3所示,主要由軸承座,軸承,齒輥,聯軸器,步進電動機組成。

      齒輥軸通過聯軸器與步進電機相連,在電動機的帶動下齒輥壓入并撥動膠塊向前移動lb,電機需轉動的n圈,n=lb / cg,(cg為齒輥外表面的圓周長度)。齒輥撥膠力應大于子膠塊的運動摩擦力,經計算子膠塊為1/3標準膠塊時,撥膠力為55.55N,根據齒輥的半徑計算得出電機的最小扭矩為2.77N·m,選用能提供扭矩為3.8N·m的步進電機進行補膠進給驅動。

      圖3 補料進給裝置原理圖

      1-步進電機 2-聯軸器 3-齒輥 4-齒輥軸5-軸承座 6-橡膠塊

      3 天然橡膠自動補料系統PLC控制系統設計

      3.1 硬件組成

      采用PLC系統實現天然橡膠自動補料系統的自動運行。根據該系統工作要求,選擇步進電機作為動力源,并根據負載確定電機型號;選用接近傳感器進行定位[8-9],表2所示為該系統的傳感器布置及功能;把行程開關安裝在適當的位置,當相應的機械執行元件觸碰行程開關時,行程開關觸點閉合/斷開,實現對機械裝置的控制[10];通過中間繼電器將電壓轉化為24V,以滿足PLC輸入端接入的電源電壓要求;使用脈沖信號控制步進電機轉動的步數,采用計數器對脈沖信號計數。

      表2 傳感器布置及功能

      3.2 PLC控制過程

      PLC共需要18個輸入端子、17個輸出端子,選用日本三菱公司FX系列FX2N-48MR-001型PLC即可滿足要求。PLC接線原理如圖4所示,控制流程如圖5所示。

      圖4 PLC接線原理圖

      圖5 控制流程圖

      PLC控制過程如下(以n=2為例):當SQ0感應到標準膠塊落下時,M1正轉;當SQ1感應到電動滑臺滑塊到達時,M1停車、液壓切膠機Q1的切膠刀下降;當Q1的下行程開關常閉觸點斷開時,Q1上升,完成第一次切割;當Q1上行程開關常閉觸點斷開時,M1繼續正轉;當SQ2檢測到電動滑臺滑塊到達該位置時,M1反轉;當SQ3檢測到一維雙軌同步電動滑臺滑塊時,M1停車;SQ4感應到第一次切割得到的1/2膠塊時,M2啟動;當SQ5檢測到膠塊時,M2停車;當SQ6檢測到膠塊時,M3正轉;當SQ7檢測到一維單支電動滑臺滑塊到達時,M3反轉;當SQ8檢測到滑塊時,M3停車、M2啟動;當電子秤將非標準膠包的質量信號通過中間繼電器輸入PLC控制器時,PLC控制器數據處理模塊對輸入的數據信號進行處理,得到所需脈沖信號個數,儲存在數據寄存器的D06單元內,脈沖信號開始施加到M4上,M4啟動,計數器C0開始計數;當C0計數達到D06單元儲存的數據時,M4停車,C0置零,液壓切膠機Q2的切膠刀下降;Q2下行程開關的常閉觸點斷開時,Q2的切膠刀上升;設定M5帶動的擋板初始位置為工位2,打包機初始工位為工位1,當SQ9檢測到打包機到工位1時,M5反轉,計數器C1開始計數,當C1計數到設定值K10時,M5停車,完成一次補膠過程;當SQ10檢測到打包機到工位2時,M5正轉,C1開始計數;當C1計數到設定值K10時,M5停車,完成一次補膠過程。

      4 結束語

      設計了一套自動稱重補料系統,采用形狀、質量均勻的標準膠塊取代形狀、質量各異的原始干燥膠塊作為配重原料,通過膠塊長度計量配重質量,可有效解決均勻切割和自動稱重補料配重計量的技術難題,為實現標準膠打包過程的完全自動化打下了良好的基礎。

      參考文獻:

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      關鍵詞: 稱重系統 天然橡膠
      (文/小編)
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