全自动高速接膜机的设计研发及应用.doc

全自动高速接膜机的设计研制及应用李智峰 长沙矿冶研究院湖南金能自动化设备有限公司 湖南长沙410012摘要：本文论述了一种新型全自动高速接膜机工作原理及实际应用，该高速接膜机自动化程度高、无固定岗位操作、可实现多品种生产、接膜速度高、操作方便、动作可靠、故障率低、适应性广填补了国内无自动接膜机空白，并且该技术已申请国家实用新型专利全自动高速接膜机可实现塑膜包装过程中两片膜的自动粘接及裁断的技术，该设备主要用于含水炸药的全自动灌装生产线，还可应用于食品包装灌装全自动生产线关键词：无固定岗位操作、大产能、高速接膜、全自动化生产引言：工业和信息化部制定了《民用爆炸物品行业“十二五”发展规划》该规划在总结“十一五”民用爆炸物品行业发展现状的基础上，提出了“十二五”的发展思路和发展目标，确定了8项重点任务，并从规划布局、加强监管等方面提出了保障措施规划的发布实施，将促进我国民用爆炸物品行业稳步发展《民用爆炸物品行业“十二五”发展规划》提出推广应用先进生产方式，鼓励企业采用自动化、信息化技术改造传统的生产方式和管理模式，支持引进和消化吸收国外先进技术，加快现有生产工艺、装备和产品的升级换代推广应用井下现场混装作业方式，工业炸药制品采用连续化、自动化生产方式；工业雷管产品组件生产向专业化、规模化、集约化、清洁化和本质安全化方向发展。

 我公司为了配合自动工业炸药塑膜多卡位灌装机研制了全自动高速接膜机，塑膜包装产品如火腿肠、速冻食品、装乳化炸药等,这些产品在连续高速灌装包装的生产情况下，当一卷膜用完时另一卷要能自动对接上，以保证生产的连续性，这样才能实现真正意义上的全自动化生产全自动高速接膜机能在设备不停机不减速正常高速走膜的情况下实现高速自动裁接膜全自动高速接膜机可应用于乳化炸药的全自动高速灌装机，还可用于其它需要高速自动裁接膜的场合1．全自动高速接膜机国内外发展技术现状及趋势1.1国内接膜机包装技术的生产状况 我国的包装行业发展还不够发达,以前对接膜机的要求不高,只要能手动粘接或手动热熔接合就行，所以没有全自动的接膜机，只有手动的如手压式脚踏式的接膜机，该接膜机结构简单,对使用的塑膜材质也没有什么要求； 包装行业由于竞争激烈，行业利润率也低，因此投入的科研经费更少，没有形成一个良性循环目前国产的手动接膜机能完成中小企业的一般生产需求，但在包装速度，精确度上和国外的还有很大的差距，以至于很多大型企业的生产线都选择国外设备，使得设备的购买，操作，日常维护费用大大增加1.2国外接膜机包装技术现状和发展趋势近年来，不少国外包装机械应用了现代化先进包装机械的高新技术，机械的特征趋于“三高” ----高速、高效、高质量。

这些发达国家一方面为满足现代商品包装多样化的需求，发展多品种、小批量的通用包装技术设备，同时更紧跟科技发展步伐，发展和开发应用高新技术和现代化的专用高速接膜机 德国的接膜机等包装机械在设计、制造、技术性等各方面居于领先地位中国是德国包装机械的重要出口国，尤其是食品加工及包装机械德国的包装机械制造商致力于研究高科技、高素质生产及可靠的服务美国是世界上接膜机等包装机械发展历史较大的国家，早已形成了独立完整的包装机械体系，其品种和产量均居世界之首日本的接膜机包装机械以中小型单机为主，具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点纵观世界包装机械制造业发展，以信息技术为代表的现代科学技术发展，对接膜机等包装机械制造业提出了更高、更新的要求，它已伴随着高新技术和新兴产业发展而共同进步，并充分体现出包装机械制造技术向智能化、柔性化、网络化、精密化、绿色化和全球化方向发展的总趋势和时代特征先进的制造技术，使国外机械制造商瞄准市场，积极推出了功能多样的包装机械，以适应包装厂商的需求总之，走向多功能和单一高速两极化，是世界包装机械制造技术的时代潮流1.3本设备概述：全自动高速接膜机是新一代的全自动工业炸药塑膜多卡位灌装机系统的关键设备之一，该设备的设计不仅充分考虑构件的强度、材料的选用、设备的操作及维护的方便，还考虑了产品的艺术造型以使外形美观和谐。

该设备在设计的过程中参照了德国、美国、日本等国的先进设备，关健件在全球范围内选用美国、日本等国一流厂家的先进产品本接膜研发的目的在于提供一种接膜技术在设备不停机不减速正常高速走膜的情况下实现高速自动裁接膜，设备性能稳定可靠，外形美观，控制面板采用TFT触摸式人机对话屏，操作人员可方便而快捷地输入所要求的工艺参数，并可在操作屏上方便的看到设备运行状况，足够大的编程自由度（加热时间、气缸动作时间及吹风时间均可大范围地调节），具有极高的灵活性，可适用客户的多种工艺要求运行过程TFT触摸屏实时显示全自动高速接膜机的研发成功使新一代的全自动工业炸药塑膜多卡位灌装机系统实现了自动化及智能化2、主要技术性能指标和技术方案的确定依照国家工业和信息化部的《民爆行业技术进步指导意见》精神，研究开发高效率、大产能、低成本、操作人员少的多卡位灌装机成为必要，为了加速推动民爆行业的这一技术进步进程，实现工业炸药生产全线连续化、全自动化这一科技发展的战略目标，我们公司根据国内的实际情况，为配合全自动工业炸药塑膜多卡位灌装机自主研究开发了国内新一代全自动高速接膜机该设备的研发目的是为适用于乳化炸药塑膜包装，通过送膜、供膜、接膜、切断全自动完成工业两卷膜的自动接合及裁断，也可应用于其它需要高速自动裁接膜的场合。

2.1、全自动高速接膜机主要技术指标2.1.1 操控人员：无固定岗位1名/班(不含其它工序人员)；2.1.2 设备稳定性：综合效率≥99%；2.1.3 包装用材料：塑料复合膜薄膜，2.1.4 塑料膜卷内径75；2.1.5 最大卷外径400；2.1.6 膜厚：t ≥60μm2.1.7 膜最大速度：98M/MIN2.1.8 设备占用区域面积：1.2m(W)×2m(L)；2.1.9 动力电源：AC 380V 3相 50Hz 〈1KW （含地，含零，不含空压站）；2.1.10 控制电压： DC 24V， AC 110V；2.1.11 高压空气： 0.01 m3/min，压力0.6MPa；2.2、总体技术方案设计的全自动高速接膜机使其能适应后端合膜机的技术要求，高速接膜机上的速度跟踪器自适应装置能感应后端合膜机的速度，当后端的合膜机用膜速度加快或接膜机供膜速度慢时，膜会拖动滑动板及滚筒组合向前移动，带动位置感应块向前移动，位置传感器发信号给电机使供膜速度加快，在张紧气缸恒定张紧力作用下，气缸驱动滑动板及滚筒组合复位运动，从而达到一个动态平衡及膜缓冲作用全自动高速接膜机与合膜机可直接对接，全自动高速接膜机在开机状态下可完全自适用于合膜机的启动运行与停车，在自动控制方面与后端合膜机实行联动，本设备只需1人巡视便可运行。

全自动高速接膜机要实现两卷膜自动对接、自动接膜、自动裁断，设备在高速状态下不间断连续运行，全自动高速接膜机的安全特性设计主要从以下方面考虑：Ø 零部件全采用不生锈的铝合金或不锈钢，增强防腐性能；Ø 驱动电机设计选用防爆型，或是防护等级在IP55以上；Ø 自动接膜合膜部分有切刀及电热合，采用全封闭结构；Ø 气动与电动执行机构部件采用国际知名公司的产品，并要求其产品的供应商在原有防腐性能的基础上再进一步进行改善，使其更适应民爆行业的耐腐蚀的要求，延长其使用寿命Ø 有高温的设计考虑保温材料隔热，有温度及压力传感器的要有防过温度及过压力通过高效、稳定的工业自动化控制及合理的工艺流程，最大限度的缓解、去除生产线上的人为不稳定因素，减少威胁人身安全可能性，提高生产效率，提高工厂本质安全性Ø 全自动高速接膜机的设计要以GB3836.1-2000《爆炸性气体环境用电气设备第1部分》、GB50089-98《民用爆破器材工厂设计安全规范》、GB4064《电气设备安全设计导则》、GB12158-90《防静电事故通用导则》、GB12801-91《生产过程安全卫生要求总则》、GB50058-92《爆炸和火灾环境电力装置设计规范》为基础，其动作流程步骤全部用AIE理论进行论证与分析，使其每步动作更具合理化。

2.3、全自动高速接膜机的结构原理及设计2.3.1、全自动高速接膜结构及组成全自动高速接膜机是全自动给多卡位灌装机供膜的专用设备本设备可自动接膜，当其中一卷膜用完时可自动切换到另一卷膜并自动接合本设备根据多卡位灌装机用膜速度的快慢自行调节供膜速度，可完全满足多卡位灌装机的高、中、低速装药本设备可适应大、中、小药卷用膜的各种尺寸规格（￠25-￠120），可挂膜最大宽度为400mm，总体外形及结构如上图所示设备工作时可高速完成两卷膜的自动接合及切断，使工作时不停机从将要用完的一卷膜切换到另一卷完整膜，其中移动滚筒部分由磁致伸缩位移传感器、气缸、滑块、导轴及滚筒组成，其中电机带膜部分由防爆电机、轴承座、旋转接头及气涨轴组成，工作时膜定位放置在气涨轴上，通高压空气时气涨轴涨紧固定膜，电机可驱动膜正转反转并且速度可调2.3.2、挂膜高速接膜机的动作原理：2.3.2.1、工常工作时，左右气胀轴上均有膜，假设左边的膜在工作（送膜，左电机旋转），右边放一卷备用膜后工序拖动膜运动，当后工序拖膜的速度加快时， 膜拖动气缸夹紧及膜缓冲装置中的滑动板及滚筒组合装置向左滑动，滑块带动感应块向左滑动，位置传感器发信号给电机，左边的电机驱动速度加快以加快供膜，供膜速度加快后，气缸张紧力使滑动板及滚筒组合装置向右滑动，滑动板及滚筒组合又回到平衡点。

后工序拖动膜运动，当后工序拖膜的速度减慢时，气缸张紧力使滑动板及滚筒组合装置向右滑动，滑块带动感应块向右滑动，位置传感器发信号给电机，左边的电机驱动速度降低以减少供膜，供膜速度降低后，膜拖动气缸夹紧及膜缓冲装置中的滑动板及滚筒组合装置向左滑动，滑动板及滚筒组合又回到平衡点2.3.2.2、切膜接膜工作时，左右气涨轴上均有膜，假设左边的膜在工作（送膜，左电机旋转），右边放一卷备用膜当左边的膜快用完了当光纤传感器感应左边的膜用完之后，双边双压紧气缸及镍铬带热合系统及双切刀组合工作，动作过程参考上图4所示，气缸压紧装置（两气缸伸出，两压块压紧膜使膜停止运动，然后两气缸推动左边的切断装置向右移动，同时气缸推动右边切断装置向左移动，使镍铬带与压条贴紧完成热合动作，两气缸推动左边的切断装置向右移动时，带动活动切刀移动，使活动切刀与固定切刀工作切断左边的膜，完成动作左切断膜右接膜然后所有气缸缩回，右边电机供膜在实现左切断膜右接膜的过程中，两压块压紧膜使膜停止运动，后工序供膜不停，膜拖动气缸夹紧及膜缓冲装置中的滑动板及滚筒组合装置向左滑动，滑块带动感应块向左滑动，必须在滑块到达左极限位置前完成左切断膜右接膜动作。

当完成动作左切断膜右接膜动作后，位置传感器发信号给电机，右边的电机驱动速度加快以加快供膜，供膜速度加快后，气缸张紧力使滑动板及滚筒组合装置向右滑动，滑动板及滚筒组合又回到平衡点2.3.3、挂膜气胀轴转速选型设计计算：一卷没使用过的膜的外径最大350mm，气胀轴选用75mm的，膜用完后的最小直径为85mm，设计产能4.2T/h（以ф32mm×200g计算），单支药卷膜的长度为260mm按设计产能可计算每分钟生产的药卷支数：4.2T/h ÷ 200g/支＝21000支/h=350支/分；每分钟走膜长度为：350支/分x280mm＝98000mm/分=98m/分；气胀轴最小转速：98m/分 ÷ 350mm ÷ 3.14 =89转/分；气胀轴最大转速：98m/分 ÷ 85mm ÷ 3.14 =368转/分；则气胀轴转速范围为：89转/分～368转/分，设计选型时以此参数为基准2.3.4、挂膜减速电机选型设计计算：气胀轴转速范围为：89转。