| ----導(dǎo)螺桿為裝箱機(jī)的翻新提供了低成本解決方案 |
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通過改進(jìn)控制來解決生產(chǎn)瓶頸可以大大提高生產(chǎn)效率。對(duì)大型紙業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，如果能去掉老裝箱機(jī)上的氣缸，把這個(gè)流程整合到嚴(yán)格控制的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，可把裝箱速度提高160%。
“20年前，氣缸實(shí)際上控制裝箱機(jī)的所有軸，”位于加拿大Quebec 的RPT Motion公司總裁Peter Ratcliffe稱。“而現(xiàn)在新型裝箱機(jī)通常完全由伺服控制器來控制。我們?cè)谂f裝箱機(jī)中增加雙軸推進(jìn)器和伺服控制器，這樣可顯著提高速度。”
一種獨(dú)特的導(dǎo)螺桿設(shè)計(jì)幫助裝箱機(jī)實(shí)現(xiàn)樣式革新所需的高速度和小尺寸。
用伺服控制器代替老裝箱機(jī)上的氣缸，可以把裝箱速度提高160%。
雙軸推進(jìn)器通過在兩條形成載荷的線路上垂直移動(dòng)為裝箱機(jī)的革新提供了解決方案。
機(jī)會(huì)來了
革新從本質(zhì)上說是一種機(jī)會(huì)主義的事情。在這種情況下，RPT Motion公司升級(jí)了部分上游生產(chǎn)線，因此現(xiàn)在它可以包裝更多的產(chǎn)品。公司的另外一家工廠也退役了一臺(tái)同類型的裝箱機(jī)。那家工廠把舊裝箱機(jī)免費(fèi)送給了這家工廠。但是這家工廠需要一個(gè)系統(tǒng)來把產(chǎn)品分配到這兩個(gè)裝箱機(jī)。
新設(shè)計(jì)的核心是把由一個(gè)氣缸推動(dòng)的雙位路線改變器替換
掉，因?yàn)闅飧撞荒芴峁┧奈宦肪€改變或者保持兩臺(tái)機(jī)器所需要的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)四位變換，設(shè)計(jì)上需要40英寸的沖程并且需要最多每隔10秒鐘進(jìn)行路線變換，以盡可能多的時(shí)間提供產(chǎn)品流。
“我們不能期望把滾珠絲杠和螺帽安裝到現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中來滿足更高的速度要求，”Ratcliffe稱。“它會(huì)達(dá)到極限從而限制我們獲取所需的高速度，我們本來可以找一種導(dǎo)程速度足夠快的滾珠絲杠，但是它很難安裝到目前的裝配線，這迫使我們重新設(shè)計(jì)整個(gè)傳送系統(tǒng)以便采用更大更重的絲杠。”
為個(gè)解決這個(gè)設(shè)計(jì)難題，RPT和Kerk Motion兩家公司共同研究一個(gè)可為四條線路（兩個(gè)裝箱機(jī)，每臺(tái)有兩個(gè)線路）裝料的系統(tǒng)。工程師們選擇了一種VHD系列導(dǎo)螺桿，這種導(dǎo)螺桿同樣的規(guī)格可提供不同的導(dǎo)程。為了滿足線路轉(zhuǎn)換器所需的高速度，RPT公司選擇了一種旋轉(zhuǎn)一圈可以推進(jìn)2.400英寸的導(dǎo)螺桿，它的標(biāo)稱直徑為3/4英寸，效率和球狀螺母差不多。
設(shè)計(jì)難題
采用導(dǎo)螺桿的一個(gè)難點(diǎn)在于導(dǎo)螺桿效率相對(duì)要低一些同時(shí)最大速度也有限。但是通過把設(shè)備需要的直線速度和更長(zhǎng)螺桿的旋轉(zhuǎn)速度相匹配，工程師們可以設(shè)計(jì)出導(dǎo)速更高的產(chǎn)品。如果他們今天設(shè)計(jì)這套系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的速度還要快40％，因?yàn)槟壳耙呀?jīng)有一種4英寸導(dǎo)程的導(dǎo)螺桿了。
“Kerk VHD導(dǎo)螺桿對(duì)直線運(yùn)動(dòng)應(yīng)用設(shè)備來說是一種方便之選，”Ratcliffe稱。“我們注意到它在效率和最高速度方面的局限，所以我們優(yōu)化它的應(yīng)用以滿足要求。通過管理最高電機(jī)扭矩和加速度，我們能夠設(shè)計(jì)出一種高壽命的出色和超前的系統(tǒng)，它實(shí)際上不需任何維護(hù)。”
據(jù)Ratcliffe講，這個(gè)線路轉(zhuǎn)換器三年內(nèi)沒有發(fā)生過故障或出現(xiàn)明顯的側(cè)隙——這在直線運(yùn)動(dòng)設(shè)備中是聞所未聞的。自潤(rùn)滑的Kerk VHD系列品在工廠的惡劣環(huán)境中也運(yùn)行良好。
在紙箱成型和裝箱的地方幾乎所有的東西都蒙上了一層纖維灰塵。潤(rùn)油脂吸附這些灰塵形成了一種研磨劑。但是VHD螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不需要潤(rùn)滑油，并且產(chǎn)品沒有采用油脂性的球形回路，這種回路會(huì)被大量積聚黏附在滾珠絲杠上的灰塵破壞。
Ratcliffe稱，即使在這種環(huán)境下，導(dǎo)螺桿的壽命也比他們想象的長(zhǎng)4到5倍。工廠實(shí)際上在它還沒有出現(xiàn)任何破損跡象的時(shí)候就把它更換了，因?yàn)樗鼙阋耍馔馔Ｖ寡b配線的成本則很高。
“它是一種結(jié)實(shí)、運(yùn)轉(zhuǎn)良好的機(jī)械部件，”他補(bǔ)充說。“我們從中獲益良多，因?yàn)樵谕瑯拥囊?guī)格下它的最小傾斜度的精度高得令人難以置信，它每轉(zhuǎn)一圈可以從只前進(jìn)1/16英寸到最高差不多4英寸。因此在同一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)封裝內(nèi)，我們可以設(shè)計(jì)出速度、力和精度跨度很高的產(chǎn)品，同時(shí)又不用修改我們?cè)O(shè)計(jì)的任何部件。”
為了滿足線路轉(zhuǎn)換器對(duì)高速度的要求，RPT公司選擇了為一種規(guī)格為每旋轉(zhuǎn)1
圈前進(jìn)2.400英寸、標(biāo)稱直徑為3/4英寸的導(dǎo)螺桿，它的效率和球形螺母的差不多。
據(jù)Ratcliffe說，側(cè)隙在這類運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中也是一個(gè)大問題。“過去我們基本上都是把直線滑軌的一端栓在600磅的旋轉(zhuǎn)傳送機(jī)的一端，可迅速移動(dòng)10到40英寸，”他說。系統(tǒng)必須根據(jù)下游要求讓四條線路裝載產(chǎn)品。導(dǎo)螺桿的零側(cè)隙的特點(diǎn)可以幫助制造商制造出可靠精確并且不用進(jìn)行維護(hù)的系統(tǒng)。
“如果螺桿或螺母最終出現(xiàn)任何磨損，螺母可以進(jìn)行補(bǔ)償，這種螺母可自動(dòng)調(diào)節(jié)因此在相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命中能保持零側(cè)隙。”Ratcliffe稱。
運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)縱覽
RPT為設(shè)備提供總數(shù)為20個(gè)軸的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)——一個(gè)裝箱機(jī)每個(gè)有6個(gè)軸，在加上伺服控制器驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)線路轉(zhuǎn)換器。裝箱機(jī)和轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)軸采用了導(dǎo)螺桿。其他驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過同步齒形帶驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樽畲罅?00磅，超過了該型號(hào)的導(dǎo)螺桿的使用范圍，它的設(shè)計(jì)載荷為350磅。
在每個(gè)裝箱機(jī)上的兩個(gè)軸控制著以前為氣動(dòng)升降梯形成裝箱荷載的部件。由伺服控制器完全控制每個(gè)升降臺(tái)的加速、減速和速度，這大大增加了裝箱機(jī)在該環(huán)節(jié)的速度。裝箱機(jī)的其他四個(gè)軸是雙軸推動(dòng)器。
據(jù)Ratcliffe說，25年前設(shè)計(jì)的裝箱機(jī)通常形成一個(gè)箱體載荷后氣動(dòng)推動(dòng)器把箱體載荷推入箱體。但是難題是下一個(gè)箱體載荷只有在推動(dòng)器收回去之后才能形成下一個(gè)載荷，推動(dòng)器收回的時(shí)候經(jīng)過升降梯的兩個(gè)線路。與此不同，新式伺服器采用了高速同步齒形帶驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)來推動(dòng)箱體荷載。這樣每個(gè)推動(dòng)器倒著退出箱子，垂直移動(dòng)到它上方，回到已經(jīng)形成荷載的線路。
“通過在推動(dòng)器系統(tǒng)增加垂直軸，我們可以節(jié)省出大量的成載時(shí)間，”Ratcliffe稱。“這是樣式改進(jìn)的主要優(yōu)點(diǎn)，它把舊樣式的裝箱機(jī)進(jìn)行革新從而提高產(chǎn)量，同時(shí)改進(jìn)
線路轉(zhuǎn)換器使其智能化的分流上游下來的產(chǎn)品流。”
革新的主要成績(jī)是增加了裝卸箱的能力，通過使用伺服控制器使裝箱機(jī)的處理速度提高了60％。有了這兩個(gè)生產(chǎn)線，他們?cè)诎b時(shí)能更容易地協(xié)調(diào)產(chǎn)品包裝的變化。還有第三條生產(chǎn)線用于特殊用途，產(chǎn)能只是25％。
新型線路變換器可準(zhǔn)確分流產(chǎn)品并且智能地分配產(chǎn)品。這可以讓公司的原有的Allen-Bradley PLC接通第三臺(tái)裝箱機(jī)，可自由地給1臺(tái)、2臺(tái)或3臺(tái)裝箱機(jī)裝料從而協(xié)調(diào)生產(chǎn)。
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