智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)探究

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摘 要 本文以智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)為研究對(duì)象，首先對(duì)研究智能化磁懸浮制瓶機(jī)的必要性進(jìn)行了分析，隨后探討了傳統(tǒng)制瓶機(jī)存在的技術(shù)問題，最后結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)以及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了分析研究，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究提供一定參考。

關(guān)鍵詞 智能化 磁懸浮制瓶機(jī) 直分度式分度方法

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）02-0034-03

瓶罐玻璃制品是食品、醫(yī)藥等行業(yè)的重要包裝載體，應(yīng)用范圍廣，使用量大，其成本低廉，能夠可回收重復(fù)使用，因此成為了不可缺少的包裝容器。隨著各行各業(yè)對(duì)瓶罐玻璃制品需求量增加，對(duì)制瓶生產(chǎn)也提出了更高要求。但傳統(tǒng)制瓶機(jī)受技術(shù)限制，難以滿足當(dāng)前生產(chǎn)需要，因此本文通過加強(qiáng)對(duì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的分析，彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)存在的缺陷，希望能更好地推動(dòng)制瓶產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展。

1 研究智能化磁懸浮制瓶機(jī)的必要性

伴隨著市場(chǎng)食品、藥品等產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，針對(duì)瓶罐玻璃制品需求量也在不斷增加，玻璃制瓶行業(yè)迎來了全新的發(fā)展機(jī)遇。國內(nèi)制瓶機(jī)廠家也因此抓住機(jī)遇，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)研究，并相繼成功開發(fā)了磁場(chǎng)控制系統(tǒng)、電子定時(shí)控制、同步傳動(dòng)等的技術(shù)新成果，推動(dòng)了制瓶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但當(dāng)前依然存在企業(yè)規(guī)模小、裝備水平低問題，同時(shí)在生產(chǎn)方面，整體效率比較低下，產(chǎn)品品質(zhì)無法得到有效提升，產(chǎn)品質(zhì)量仍有很大提升空間。并且受技術(shù)限制的影響，制瓶精度難以得到有效保障，制瓶裝備技術(shù)依然較為傳統(tǒng)落后，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、大批量、高精度、高質(zhì)量生產(chǎn)，最終導(dǎo)致玻璃瓶罐供不應(yīng)求，難以實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的發(fā)展[1]。而在制瓶機(jī)未來發(fā)展過程中，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的目標(biāo)，如何實(shí)現(xiàn)制瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的更新，提高制瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的精度，已經(jīng)是當(dāng)前制瓶行業(yè)亟待解決的問題?；诖?，必須要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代智能技術(shù)的應(yīng)用，通過加強(qiáng)對(duì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究分析，借助相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)制瓶機(jī)夾頭盤，加強(qiáng)其驅(qū)動(dòng)裝置的改進(jìn)，研發(fā)出一種基于磁懸浮技術(shù)的驅(qū)動(dòng)裝置，這對(duì)推動(dòng)制瓶行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

2 傳統(tǒng)制瓶機(jī)存在的技術(shù)問題

通過上文敘述可知，當(dāng)前制約制瓶機(jī)發(fā)展的一項(xiàng)重大因素為制瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)。而針對(duì)制瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)，夾頭盤驅(qū)動(dòng)裝置以及對(duì)夾頭盤分度方法具體如下。

首先，在夾頭盤中，驅(qū)動(dòng)裝置組成較為復(fù)雜，除了由伺服電機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ匆酝猓€包括齒輪變速器、主軸套等零部件裝置。伺服電機(jī)在實(shí)際輸出時(shí)，主要依靠次輪變速器、分度盤等裝置，直接與主軸套進(jìn)行連接。在這種結(jié)構(gòu)條件下，針對(duì)夾頭羅盤的驅(qū)動(dòng)相對(duì)較為復(fù)雜。

一般情況下，伺服電機(jī)會(huì)先通過運(yùn)轉(zhuǎn)，為電機(jī)內(nèi)部的減速機(jī)提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。在此基礎(chǔ)上，隨著電機(jī)內(nèi)部的減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)給予齒輪變速器轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力。而伴隨著齒輪變速器轉(zhuǎn)動(dòng)，則會(huì)帶動(dòng)齒輪分度盤轉(zhuǎn)動(dòng)。而對(duì)齒輪分度盤而言，由于其直接與制瓶機(jī)的主軸套連接，因此會(huì)通過主軸套，完成動(dòng)力傳遞，此時(shí)夾頭盤便會(huì)受到驅(qū)動(dòng)，完成玻璃制瓶的生產(chǎn)。

而這種驅(qū)動(dòng)模式下的夾頭盤在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中，一方面通過控制伺服電機(jī)，另一方面，則是通過裝換齒輪變速器的機(jī)械裝置，完成夾頭盤的分度操作。在上述整個(gè)過程中，由于傳統(tǒng)的制瓶機(jī)夾頭盤在實(shí)際進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，主要依賴伺服電機(jī)進(jìn)行分度控制，且驅(qū)動(dòng)裝置與分度方法依然存在以下幾點(diǎn)問題。

1.伺服電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，本身已經(jīng)有了一個(gè)減速裝置，為了更好地驅(qū)動(dòng)夾頭盤運(yùn)轉(zhuǎn)，還需要與齒輪變速器進(jìn)行相連，做好后續(xù)的動(dòng)力傳遞。而對(duì)整個(gè)齒輪分度盤而言，在該裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需要經(jīng)過多級(jí)機(jī)械傳動(dòng)，才能夠?yàn)閵A頭盤提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力。在上述整個(gè)過程中，不僅涉及到的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，還很容易加重零部件之間的磨損，且不同裝置零件之間需要長(zhǎng)期不斷地進(jìn)行磨合，在長(zhǎng)期受力的作用下，將會(huì)導(dǎo)致傳遞零件部分受到一定的損傷，最終對(duì)夾頭盤精準(zhǔn)度造成嚴(yán)重的影響。

2.齒輪變速器本身在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)受到較大的磨力，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，振動(dòng)不僅會(huì)加重零件的磨損，同時(shí)受上述兩種因素的影響，在該機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生非常大的噪音。尤其是該裝置需要在車間內(nèi)運(yùn)行，因此噪音帶來的影響會(huì)更大，不利于工人在車間內(nèi)長(zhǎng)期工作，很容易形成嚴(yán)重的噪聲污染，影響工人的生產(chǎn)狀態(tài)。

3.通過上述對(duì)傳統(tǒng)制瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)過程的分析可知，夾頭盤在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需要經(jīng)歷非常復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)，這種復(fù)雜性還表現(xiàn)在動(dòng)能傳遞上，同時(shí)由于傳遞零件眾多，傳遞過程也比較復(fù)雜，一般動(dòng)能需要經(jīng)過多級(jí)傳遞。在上述整個(gè)過程中，必然會(huì)導(dǎo)致很多動(dòng)能能量的損失。不僅不利于整體運(yùn)行效率提升，而且在實(shí)際生產(chǎn)過程中，還會(huì)消耗大量的電能，很容易增加制瓶機(jī)的生產(chǎn)與維護(hù)成本，不利于制瓶機(jī)整體生產(chǎn)效益提升。

4.在生產(chǎn)車間內(nèi)，由于制瓶機(jī)設(shè)備通常會(huì)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，受本身驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)復(fù)雜等因素的影響，制瓶機(jī)的各種驅(qū)動(dòng)零件自身磨損會(huì)逐漸加重，而這些零件通常都是精密性零件，最終會(huì)對(duì)自身的精度造成嚴(yán)重的影響。而零件精度地丟失，最終會(huì)影響制瓶機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量。[2]因此為保障后續(xù)的生產(chǎn)質(zhì)量，必然需要投入大量的人力物力進(jìn)行檢查、維護(hù)，從而導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用顯著增加。并且由于傳動(dòng)裝置磨損嚴(yán)重，還需要經(jīng)常性地進(jìn)行零部件的更換，才能保障生產(chǎn)精度，這顯然會(huì)增大企業(yè)維護(hù)成本。

3 智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

通過上文敘述，我們已經(jīng)能夠?qū)鹘y(tǒng)制瓶機(jī)存在的技術(shù)問題缺陷有了一個(gè)詳細(xì)的了解與認(rèn)知。為有效實(shí)現(xiàn)上述問題解決，在提高制瓶機(jī)生產(chǎn)效率與質(zhì)量的同時(shí)，有效降低了制瓶機(jī)的生產(chǎn)成本，還需要加強(qiáng)對(duì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究。尤其是在當(dāng)前各種先進(jìn)的信息技術(shù)、智能技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)迅猛發(fā)展的當(dāng)下，再加上市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量的瓶罐需求日益提升，因此為了推動(dòng)制瓶廠為了可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)注重引入智能化技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)制瓶技術(shù)的研究分析。

在本文研究中，主要研究?jī)?nèi)容為制瓶機(jī)夾頭盤驅(qū)動(dòng)裝置，研究目的是改進(jìn)這一驅(qū)動(dòng)裝置，彌補(bǔ)其缺陷問題。通過研發(fā)智能化磁懸浮制瓶機(jī)直分度式的驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置由主軸套、直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)等組成。其中直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用基于磁懸浮技術(shù)的電機(jī)，該電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，在主軸上端，一般固定有夾頭盤。以下是具體分析。

3.1 智能化磁懸浮制瓶機(jī)直分度式分度方法

針對(duì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)，主要采用的是直分度式分度方法，針對(duì)該項(xiàng)方法的研究，包括了以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟。

1.設(shè)置初始參數(shù)。需要在配置在制瓶機(jī)中的PLC中，輸入單工位運(yùn)行角度，該角度需要結(jié)合實(shí)際工位的數(shù)量而定，在具體計(jì)算方面，可以參考以下公式：360°/實(shí)際工位數(shù)。

2.基準(zhǔn)點(diǎn)定位。首先，將直連式驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子定位到基準(zhǔn)點(diǎn)位置，然后再進(jìn)行制瓶機(jī)零點(diǎn)定位。最后，還需要注重做好轉(zhuǎn)子的控制，一般情況下，轉(zhuǎn)子由定子完成分度的控制。

3.轉(zhuǎn)子被定子進(jìn)行分度控制。該控制步驟較為系統(tǒng)復(fù)雜，因此需要詳細(xì)分析。首先，在PLC單片機(jī)啟動(dòng)后，會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)器加以控制，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，發(fā)送針對(duì)性指令。此時(shí)驅(qū)動(dòng)器在接收到相應(yīng)指令后，會(huì)執(zhí)行分度控制操作，即先輸出正向的電流，使定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。而轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則會(huì)對(duì)定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)起到一定的切割作用。受此影響，將會(huì)形成一個(gè)正向的力矩，該力矩能夠?yàn)閵A頭盤提供驅(qū)動(dòng)力。使其能夠處于加速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)。然后，在PLC的控制下，驅(qū)動(dòng)器會(huì)再次輸出電流，且本次的電流方向與第一次電流輸出方向相反。如此一來，定子也會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，但此時(shí)由于轉(zhuǎn)子切割方向不變，因此產(chǎn)生的力矩也會(huì)變成反方向力矩，那么夾頭盤的驅(qū)動(dòng)力方向也會(huì)發(fā)生變化，在實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)，將會(huì)做減速運(yùn)動(dòng)的方式。與此同時(shí)，PLC還可以結(jié)合實(shí)際需求，以向驅(qū)動(dòng)器輸出相應(yīng)的指令，由驅(qū)動(dòng)器輸出電流，促使驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠帶動(dòng)夾頭盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，便于夾頭盤在下一個(gè)工位進(jìn)行生產(chǎn)操作。

4.維持制瓶時(shí)間。制瓶機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)操作時(shí)，需要一定的生產(chǎn)時(shí)間，在這一時(shí)間段內(nèi)，夾頭分度不得發(fā)生變化，基于此，此時(shí)在PLC的控制下，驅(qū)動(dòng)器輸出穩(wěn)態(tài)的電流，不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么轉(zhuǎn)子也不會(huì)形成磁場(chǎng)切割，夾頭盤失去了驅(qū)動(dòng)力，自然會(huì)停在工位上，由此能夠有效地維持制瓶的時(shí)間。

5.后續(xù)在完成制瓶生產(chǎn)后，便可以從步驟2開始，重新賦予夾頭盤相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力，完成夾頭分度的操作，進(jìn)行下一批瓶子的生產(chǎn)，從而更好地維護(hù)了整體制瓶生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

在智能化磁懸浮制瓶機(jī)中，主要包括以下幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)。

1.夾頭盤直驅(qū)技術(shù)。直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸套直接與固定連接夾頭盤的主軸套連接。因此在直連式驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，能夠帶動(dòng)主軸套轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)夾頭盤轉(zhuǎn)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)技術(shù)無需進(jìn)行減速機(jī)、齒輪等部件連接，因此實(shí)際運(yùn)行時(shí)，能量的損耗更低。

2.固定技術(shù)。在主軸套與機(jī)身之間，固定連接有支撐套。通過主軸套間接支撐夾頭盤，能夠有序增強(qiáng)夾頭盤的穩(wěn)定性。直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過在支撐座的幫助下，固定在機(jī)身的下方，能夠有效提高整體驅(qū)動(dòng)裝置的穩(wěn)定性。

3.磁場(chǎng)分度技術(shù)。PLC向驅(qū)動(dòng)器輸出正反不同方向的電流，通過電流的方向，形成不同方向的力矩，帶動(dòng)夾頭盤做減速或者加速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分度。

在上述關(guān)鍵技術(shù)中，主要包括以下幾點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)：

（1）制頸等分盤在每站自轉(zhuǎn)時(shí)，徑向跳動(dòng)要求控制在0.10mm以內(nèi)。

（2）制底等分盤在每站自轉(zhuǎn)時(shí)，徑向跳動(dòng)要求控制在0.10mm以內(nèi)。

（3）制頸等分盤鋁盤夾頭過站時(shí)，要求夾頭與夾頭之間的等分位置偏差在0.04mm以內(nèi)。

（4）制底等分盤運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各站中心線對(duì)夾頭座中心線位置相對(duì)偏差在0.02mm以內(nèi)。

3.3 智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

本次針對(duì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究，主要有以下幾點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)。

1.本驅(qū)動(dòng)裝置在完成改進(jìn)后，能夠顯著降低機(jī)械摩擦帶來的磨損影響，從而促使自身的定位精度得到有效提升。除此之外，在實(shí)際定位的過程中，還可以結(jié)合實(shí)際的情況，在短時(shí)間內(nèi)，完成多次的精準(zhǔn)化定位，確保夾頭盤能夠始終在最佳的工作位置。除此之外，還能夠避免因長(zhǎng)期嚴(yán)重磨損導(dǎo)致的零部件損傷，降低生產(chǎn)維護(hù)成本。

2.本驅(qū)動(dòng)裝置在完成改進(jìn)后，由于整個(gè)機(jī)械磨傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了有效的優(yōu)化，且驅(qū)動(dòng)力控制也更加精準(zhǔn)。由此在裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)也大大降低。從而在實(shí)際運(yùn)行的過程中產(chǎn)生噪音也比較小，解決了噪聲污染問題，因此更加適合在車間中進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用，這對(duì)整體制瓶生產(chǎn)效率提升也有著較為積極的影響意義。

3.本驅(qū)動(dòng)裝置在動(dòng)能傳遞方面更加簡(jiǎn)潔高效，無需多級(jí)傳動(dòng)，因此動(dòng)能利用效率更高，由此可以降低電能的消耗量，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。除此之外，還能夠減少直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)之間的磨損，因此整體的故障發(fā)生概率大大降低，不再需要日常頻繁的維護(hù)，有著良好的穩(wěn)定性與可靠性，更有利于成本的降低與生產(chǎn)效益的提升。

4.本裝置搭載有PLC裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)裝置的自動(dòng)化控制，比如能夠通過PLC，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的精準(zhǔn)化控制。同時(shí)在這種精準(zhǔn)控制的幫助下，能夠?qū)α悴考哪p降至最低。因此相應(yīng)的零部件可以長(zhǎng)時(shí)間地使用。通常而言，只有零部件因?yàn)樽陨碓虬l(fā)生了老化，才需要更換，不再因?yàn)殚L(zhǎng)期嚴(yán)重磨損而頻繁更換零件，因此整體制瓶設(shè)備運(yùn)行成本更低。

5.本智能化磁懸浮制瓶機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置由PLC自動(dòng)化控制，無需人工干預(yù)，因此整個(gè)生產(chǎn)過程會(huì)更加地精準(zhǔn)。能夠始終保證正常分度運(yùn)轉(zhuǎn)，降低故障的發(fā)生概率，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性與精準(zhǔn)性，且無需大量勞動(dòng)力。

6.本智能化磁懸浮制瓶機(jī)由傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)分度改進(jìn)為磁場(chǎng)分度，分度準(zhǔn)確度高，沒有傳統(tǒng)機(jī)械式分度方式組合裝配主機(jī)后的累積誤差[3]。本磁場(chǎng)分度方式不需要日常潤(rùn)滑，因此更加節(jié)能環(huán)保，同時(shí)沒有觸合點(diǎn)及摩擦點(diǎn)，使用壽命更長(zhǎng)。

4 總結(jié)

總而言之，通過在分析傳統(tǒng)制瓶機(jī)存在的技術(shù)缺陷基礎(chǔ)上，探討了智能化磁懸浮制瓶機(jī)的直分度式分度方法與相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。其中驅(qū)動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)制瓶機(jī)的夾頭盤，能夠避免因多級(jí)機(jī)械傳動(dòng)造成的能量損耗，并且對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的控制進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)制瓶機(jī)夾頭盤的精準(zhǔn)定位，提高了夾頭盤的精度，解決了現(xiàn)有齒輪間接傳動(dòng)磨損嚴(yán)重、夾頭盤定位精度差等技術(shù)問題，因此適合大面積推廣應(yīng)用。

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