CN100408435C - 控制包装机纵横封辊封合运动速度的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种控制包装机纵横封辊封合运动的方法，使包装机在制袋的过程中不仅横封辊是以变化的速度运动，纵封辊也是以变化的速度运动。横封辊的变速运动是依靠链轮传动副中的具有固定偏心量Δ的主动链轮(4)或被动链轮(5)产生的。在已知包装机制袋长度范围、横封辊(13、14)的直径、横封辊上的封道宽度和数量、主动链轮(4)或被动链轮(5)的直径后，确定链轮传动副中可选择替换的偏心链轮的数量和每个替换偏心链轮的偏心量Δ数值在已知制袋袋长L、横封辊(13、14)的运动周期T和依据袋长L选定的偏心链轮的偏心量Δ后，计算纵封辊(20、21)的速度曲线VV1与VV2。还涉及使用该方法的控制设备。
Description
技术领域
本发明涉及技术领域在以横封辊和纵封辊啮合方式制袋的包装机中控制纵横封辊封合运动速度的方法和设备。
背景技术
当前在国内外使用以横封辊和纵封辊啮合方式制袋的包装机的技术特点是横封辊以变化的速度运动；纵封辊以恒定的速度运动。横封辊和纵封辊的速度关系是依靠机械传动链建立起来的。横封辊每转一定的角度(转动的角度由横封辊上的封道数量决定。如有2个封道，转动的角度就是180°)就完成了一个制袋的周期过程。在横封辊每个制袋周期运转的角度内纵封辊驱动包装膜走的距离就是制袋的长度。也就是在单位时间内，纵封辊的运转速度决定了制袋的长度。横封辊和纵封辊在每一制袋周期运动内，必须保证在横封辊横封啮合的一段时间内横封辊运动的线速度VH要与纵封辊运动的线速度VV保持一致。否则将会出现拉断包装膜或影响封口质量的现象。为了保证线速度的一致性，目前包装机采用的技术是在袋长和包装速度(制袋速度)确定的条件下纵封辊的速度VV是固定不变的，横封辊的速度VH是变化的。横封辊的速度变化是利用一个可调整偏心量的链轮实现的。其制袋过程是在包装袋长确定后，建立横封辊和纵封辊的运动关系。首先确定在设定袋长下驱动横封辊运动的偏心链轮的偏心量(该偏心链轮是无级可调的)。在偏心量确定后利用调速塔轮调整纵封辊的速度，以保证纵封辊的线速度与横封辊的线速度在啮合的时间内两者保持一致，其运动关系原理图如附图1所示。由于横封辊和纵封辊的运动关系是依靠机械传动链建立起来的，在实际操作中往往需要多次反复的调整才能达到准确的制袋长度。所以这种方法存在着这样的技术缺陷：1、袋长调整麻烦，操作复杂；2、由于机械的磨损，包装机在工作一段时间后会影响袋长的精度，需要经常的调整；3、机械结构复杂。
针对上述包装机存在的技术缺陷，本方法提出的是一种全新的横封辊和纵封辊运动关系理念。本方法的核心是纵封辊在每一制袋周期内其速度也是变化的。
发明内容
针对上述包装机存在的技术缺陷，本发明提出了一种在制袋的过程中不仅横封辊是以变化的速度运动，纵封辊也是以变化的速度运动，从而实现一种新的封合运动方式。在实现该方法的设备中，本发明横封辊运动系统中应用了具有固定偏心量的链轮传动副以产生横封辊的变化运动；应用步进电机驱动纵封辊的变速运动。
发明内容包括：根据包装机的设计参数(制袋袋长的范围、横封辊的直径、横封辊上封道的宽度和数量、偏心链轮的直径)计算链轮传动副中所选用的偏心链轮的偏心量范围，根据偏心量的范围计算偏心连轮的数量，并对每个偏心链轮编注特征识别号；根据制袋的长度L、制袋的工作周期T和选用偏心链轮的偏心量Δ计算纵封辊20、21在每一制袋周期T内运动时的两段线速度VV1和VV2。其中VV1是纵封辊在啮合时间T1时的线速度，VV2是纵封辊在非啮合时间T2时的线速度；以链轮的特征识别号的方式通过键盘传送给单片机使其调出该特征识别号代表的选用偏心链轮(主动链轮4或被动链轮5)的信息数据；单片机根据位置传感器件(霍尔器件8)检测到的横封辊13、14的运动周期信号，计算出横封辊13、14的工作周期T，并通过已知的制袋长度L、偏心链轮(主动链轮4或被动链轮5)的偏心量Δ和制袋周期T计算出控制纵封辊20、21运动的速度指令；利用步进电机技术控制纵封辊20、21以VV1和VV2，变化的速度运动。
本发明的纵横封辊封合关系方法和控制系统与现有的技术相比具有袋长调整方便，机器操作简单，降低设备成本的优势。
下面结合附图和实施方案对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是现在包装机横封辊和纵封辊机械运动的示意图；
图2是本发明横封辊和纵封辊封合运动控制系统的示意图；
图3是本发明以被动链轮5作为偏心链轮的横封辊运动系统的示意图；
图4是本发明纵封辊运动系统的示意图。
具体实施方式
由图1可见，横封辊和纵封辊都是依靠同一个电机驱动的，相互之间的运动关系是依靠机械传动链进行调整。
本发明的具体实施过程如下：
1、参数设计
A、在机器设计方案时，确定链轮传动副中需要替换使用的偏心链轮(主动链轮4或被动链轮5)的数量和每个偏心链轮的偏心量Δ。
在横封辊13和14的直径、横封辊13和14上封道的宽度和数量、偏心链轮(主动链轮4或被动链轮5)的直径确定后，以偏心链轮(主动链轮4或被动链轮5)的偏心量Δ和制袋的袋长L作为变量参数，计算纵封辊20和21在此参数下的线速度VV1和VV2之间速度误差的分布情况。因为纵封辊的误差直接影响着包装袋纵封封口的质量，所以通过数学统计和数据整理归类发现：速度误差要求越小及制袋长度范围越大，机器需要配备的偏心链轮(主动链轮4或被动链轮5)的划分的就要求的越细，需要配备的偏心链轮的数量就越多。因此，需要根据包装机的实际情况确定需要配备的具有不同偏心量Δ的偏心链轮(主动链轮4或被动链轮5)的数量。
B、根据已知的袋长L、工作周期T和选定的偏心链轮(主动链轮4或被动链轮5)的偏心量Δ推算出横封辊13、14在横封啮合时间T1内的线速度VH；横封辊13、14的啮合线速度VH就是纵封辊20、21的在啮合时间T1内的线速度VV1，既VV1＝VH。为了保证设定的制袋长度纵封辊20、21的速度并不是在整个周期T内保持啮合时的线速度VV1。根据上述参数可以计算出非啮合时间T2(T＝T1+T2)内纵封辊20、21的线速度VV2。上面的计算方法就是单片机的运算过程。
2、控制设备
图2所示发明控制设备的组成：向单片机输入参数的键盘；横封运动的传动系统包括：电机、调速皮带轮传动副、减速机、偏心链轮传动副、齿轮传动副、横封辊；纵封运动传动系统包括：步进电机(含步进电机驱动电源)、齿轮传动副和纵封辊；用于检测横封辊位置的霍尔器件；控制单元单片机。
从图2中可以看出横封系统和纵封系统是相互独立的运动体系，他们是通过控制单元单片机保持彼此的运动关系；通过键盘将设定的袋长L和选用的偏心链轮的特征识别号输入给单片机；霍尔器件用于在横封系统工作时检测横封辊的周期位置，并将检测到的位置信号传送给单片机，由单片机计算出横封辊的运动周期；单片机依据键入的偏心链轮的特征号获得偏心链轮的偏心量Δ参数，结合制袋长度L和计算出的制袋周期T运算出纵封辊的运动速度曲线，并对纵封系统发送控制命令。
图3中所示以被动链轮5作为偏心链轮的横封运动系统的组成和工作过程：电机1通过调速皮带轮传动副2和减速机3进行速度调整并带动主动链轮4和具有偏心量Δ的被动链轮5组成的链轮传动副，被动链轮5带动轴6作变速运动，轴6通过安装其上的齿轮7驱动齿轮10及同轴的齿轮11，齿轮11带动齿轮12，最终驱动横封辊13和14同步作变速运动。霍尔器件8通过支架9安装在箱体上，并从轴6的侧面测取横封辊的13、14的位置信号；具有不同特征识别号的偏心链轮组安装在轴6上，根据制袋长度选择合适的偏心链轮作为被动链轮5，再沿轴向移动主动链轮4到对应的被动链轮5的位置，完成了在特定袋长下的链轮传动副的调整。
图4中所示纵封运动系统的组成和工作过程；步进电机15按照从单片机得到的工作指令通过步进电机15输出轴上的齿轮16带动齿轮17及同轴上的齿轮19，齿轮19带动齿轮18，最终驱动纵封辊20、21同步运动。
Claims (8)
1. 控制包装机纵横封辊封合运动的方法，其特征是包装机在制袋的过程中不仅横封辊是以变化的速度运动，纵封辊也是以变化的速度运动，横封辊的变化速度是依靠链轮传动副中的具有固定偏心量Δ的主动链轮(4)或被动链轮(5)产生的；在包装机制袋长度范围，横封辊(13、14)的直径、横封辊(13、14)上的封道宽度和数量、具有偏心量Δ的主动链轮(4)或被动链轮(5)的直径确定后，以偏心量Δ和制袋长度范围L作为变量参数计算纵封辊(20、21)在此变量参数啮合时间T1时的线速度VV1和非啮合时间T2时的线速度VV2之间速度误差的分布情况，作为确定链轮传动副中可选择替换的偏心链轮的数量和偏心量Δ数值的依据；在已知制袋袋长L、横封辊(13、14)的运动周期T和依据袋长L选定的具有偏心量的主动链轮(4)或被动链轮(5)的偏心量Δ后，计算纵封辊(20、21)的线速度曲线VV1和VV2，其中，横封辊(13、14)的啮合线速度VH就是纵封辊(20、21)在啮合时间T1内的线速度VV1，即VV1＝VH，VV2为非啮合时间T2(T＝T1+T2)内纵封辊(20、21)的线速度VV2，的过程。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征是为包装机配备多个具有不同偏心量Δ的主动链轮(4)或被动链轮(5)以备替换。
3. 包装机纵横封辊封合运动的控制设备，其特征是：电机(1)通过调速皮带轮传动副(2)和减速机(3)进行速度调整并带动主动链轮(4)和从偏心链轮组中选取的被动链轮(5)组成的链轮传动副，被动链轮(5)带动轴(6)作变速运动，轴(6)通过安装其上的齿轮(7)驱动齿轮(10)和同轴安装的齿轮(11)、齿轮(11)带动(12)，最终带动横封辊(13、14)作变速运动；步进电机(15)按照从单片机得到的工作指令通过步进电机(15)输出轴上的齿轮(16)带动齿轮(17)及同轴上的齿轮(19)，齿轮(19)带动齿轮(18)，最终驱动纵封辊(20、21)同步运动；键盘用于向单片机输入制袋袋长和选取的被动链轮(5)的特征识别号；霍尔器件(8)通过支架(9)安装在箱体上，并从轴(6)的侧面测取横封辊(13、14)的位置信号；利用单片机对采集到的数据和信号进行处理和运算并向步进电机(15)发送指令使纵封辊(20、21)以变化的速度运动。
4. 根据权利要求3所述的设备，其特征是为包装机配备的偏心链轮组中的每个偏心链轮编制特征识别号，将选作被动链轮(5)的偏心链轮的特征识别号通过键盘输入到计算机控制单元单片机。
5. 根据权利要求3所述的设备，其特征是霍尔器件(8)从轴(6)上拾取横封辊(13、14)的位置信号。
6. 根据权利要求3所述的设备，其特征是利用步进电机(15)通过齿轮(16、17、18、19)驱动纵封辊(20、21)，以保证纵封辊的线速度VV1与横封辊的线速度VH一致和保证制袋长度的线速度VV2。
7. 根据权利要求3所述的设备，其特征是利用步进电机(15)带动安装其输出轴上的齿轮(16)，齿轮(16)驱动与纵封辊(20)同轴上的齿轮(17)。
8. 根据权利要求3所述的设备，其特征是被动链轮(5)的所有作为选择替换的偏心链轮安装在同一根轴(6)上。
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