Изготовление больших сумок-из бумаги, пластика или нетканого материала-включает в себя ряд этапов: резку, запечатывание, складывание и отделку. Эти этапы превращают непрерывно раскатываемое сырье в готовый пакет для розничной торговли или использования на заводе. Добавление ручек и установка заплаток — самая сложная механическая задача на этих этапах. Производитель больших сумок должен перемещать полотно из нескольких материалов одновременно, с большой точностью наносить клей или термосваривать и поддерживать скорость более 150 пакетов в минуту. Чтобы понять, как эти машины автоматически выполняют вставку и исправления, нам нужно взглянуть на механические части, сенсорные системы и настройки управления, которые работают вместе.
Базовый уровень: формирование корпуса мешка
Сумки должны быть изготовлены до того, как будут добавлены ручки или нашивки. В стандартном устройстве для изготовления пластиковых пакетов пленка спадает с большого рулона, сворачивается в трубку и запечатывается внизу. Режущее лезвие разрезает трубу на отдельные карманы необходимой длины. Затем каждый мешок движется вперед по ленточному конвейеру или цепной системе, готовый к следующему этапу.
Выравнивание сумки, когда она достигает ручки или ремонтной станции, является ключом ко всей последующей работе. Если сумка упадет на 2 или 3 мм, обращение с ней или заплатка будут продолжаться неправильно, что приведет к повреждению сумки. Выравнивание достигается с помощью механических направляющих, фоторецепторов, считывающих отпечаток на пленке, и систем передачи с сервоприводом-, которые регулируют положение мешка при его движении. Эти требования к точности предусмотрены стандартом ISO 21848. Он устанавливает ограничения на размеры машин для гибкой упаковки..
Вставка ручки: подготовка и подача материала
Автоматическая вставка ручек начинается с отдельного запаса материалов: рулон плоского материала-например, бумажной ленты, пластиковой ленты или нарезанных полосок пленки- становится ручкой сумки. Материал ручки необходимо обрезать до определенной длины, а если нужна петлевая ручка, сложите ее и поместите в нужное место в сумке перед соединением.
В машине для изготовления круглых пакетов полоску ручки сначала обрезают до длины, подходящей для язычков для крепления петли ручки. Затем ленту сгибают в форме буквы U или D с помощью механического складного стола с направляющей пластиной и направляющей. Форма складок должна быть каждый раз одинаковой. Изменение сгиба меняет длину ручки, делая ее неровной. Системы складывания с серво-управлением заменили механические фальцовщики с кулачковым-приводом в новых машинах. Это связано с тем, что сервосистема позволяет изменять размеры складывания электронным способом без необходимости замены деталей.
Заплаточное усиление-размещение небольшого прямоугольника материала в точке крепления ручки, чтобы распределить нагрузку и предотвратить разрыв мембраны ручкой-развязывает отдельную сеть заплаточных материалов и разрезает их на отдельные заплатки. Заплатки обычно вырезаются с помощью вращающегося штампа, а для вырезания заплаты используется наковальня. Это позволяет производить заплатки одинакового размера с одинаковой скоростью. Затем пластырь перемещают в пакет с помощью вакуумных присосок или механического приспособления. При этом заплатка размещается точно над точкой крепления ручки.
Общество инженеров-технологов написало статью о серво-системах подачи материала в механических процессах. Они показывают, что при использовании сервопитателей для контроля натяжения сетки материала в реальном времени-точность выравнивания ± 0,5 мм может быть достигнута при скорости 200 кругов в минуту. Этот уровень точности является ключом к размещению патчей. Заплатка должна полностью покрывать место крепления ручки, чтобы обеспечить хорошее усиление.
Операция склеивания: клей, термосварка или ультразвуковая сварка.
После того, как ручка и нашивка на сумке будут на месте, их необходимо закрепить. В машинах для изготовления больших сумок используются три типа обычно используемых методов склеивания. В зависимости от упаковочного материала необходимо выбрать необходимую прочность сцепления, скорость производства и другие факторы.
Нанесение клея-расплава является наиболее гибким методом. Подходит для приклеивания ручек и заплаток к бумаге, флизелиновой ткани и некоторым пластиковым пакетам. Нагретый резервуар для клея прокачивает расплавленный клей через программируемое сопло. Эта насадка наносит рисунок клея на сумку или на этикетку ручки. Форма сопел-обычно прямоугольная, двух-проводная или пунктирная-управляется электромагнитным клапаном, который открывается и закрывается во время циркуляции машины. Температура и количество клея должны быть подходящими. Слишком мало клея, слишком слабый, может сломаться под тяжестью. Слишком много клея может привести к образованию пятен на машинах и поверхностях тканевых мешков.
Если сумка и ручка изготовлены из термопластической пленки одного типа, используйте термосварку. Нагрейте уплотнитель и прижмите ручку к сумке. Это расплавляет пластиковую точку контакта и образует сварной шов. Настройки запечатывания-температуры, давления и времени-должны быть установлены для конкретных пленок. ASTM F88 представляет собой стандартный метод испытаний для измерения прочности уплотнения гибких материалов. Производители машин используют эти тесты для проверки настроек уплотнений в контроллере машины.
Ультразвуковая сварка — относительно новый метод упаковки, особенно подходящий для нетканых мешков. Ультразвуковые динамики вибрируют с частотой от 20 до 40 кГц. Это создает тепло трения в точке контакта между биркой ручки и сумкой. Местный нагрев можно сваривать без дополнительного нагрева и клея. Преимущества ультразвуковой сварки заключаются в чистоте, безвкусности и отсутствии термического повреждения окружающих материалов. Это важно при использовании пакетов для пищевых продуктов-. NIST опубликовал работу по настройке параметров ультразвуковой сварки термопластичных нетканых материалов. Они обнаружили, что прочность сварного шва тесно связана с амплитудой вибрации и давлением зажима. Оптимальные настройки могут сильно различаться в зависимости от типа полимера.
Синхронизация: архитектура управления
Основная проблема с автоматической вставкой меток и обработкой патчей — это время. Мешки, материалы для ручек, материалы для накладок и механизм скрепления должны одновременно находиться в одном и том же положении, перемещаясь с высокой скоростью цикл за циклом, без возможности ошибок во времени. Это время осуществляется посредством многоуровневой настройки управления.
Наверху программируемый логический контроллер (ПЛК) или контроллер движения действует как основные часы машины. Контроллер сигнализирует об основном положении-обычно с помощью энкодера или виртуальной электронной катушки на валу главной трансмиссии-, чтобы определить угол контура машины. Каждый серводвигатель в машине следует этому основному положению и рассчитывает свое движение в соответствии с основным положением. Когда положение хоста указывает на то, что сумка достигла положения ручки, ручка, подаваемая в сервопривод, ускоряется, образуя ручку, заплатка разрезается и перемещается сервоприводом, чтобы создать заплатку, а система склеивания открывается-все за миллисекунды.
Общество промышленной электроники IEEE написало статью об эволюции технологии электронного линейного вала в преобразовательных машинах. Они отмечают, что современные распределенные сервосистемы могут контролировать время вращения объекта с точностью до ±0,1 градуса вращения главного вала. Это то же самое, что и время менее-миллисекунды при нормальной скорости машины. Именно такой уровень точности позволяет вставлять полностью автоматическую ручку с высокой производительностью. Старые механические системы, в которых использовались кулачки, шестерни и ремни ГРМ, могли сделать это только с большим количеством механических деталей и небольшим пространством для изменений.
Обратная связь с датчиками и обеспечение качества
Одного времени недостаточно. Машины также должны проверять правильность каждого шага и отказываться от обработки или исправления пакетов, которые не соответствуют действительности. Каждая станция оснащена набором датчиков для обратной связи-в режиме реального времени.
Когда фотоэлектрические датчики входят в складной стол, они проверяют, находится ли материал ручки на месте и в нужном месте. Если датчик показывает, что полоска ручки отсутствует или не выровнена, контроллер может вызвать неисправность и остановить машину до того, как образуется плохой мешок. Визуальные системы-небольшие камеры с программным обеспечением для анализа изображений-все чаще используются для проверки расположения заплат и формы клеевого рисунка. Визуальная система фотографирует каждую сумку, проходящую через контрольно-пропускной пункт, и сравнивает ее с эталонным изображением. Мешки, которые слишком сильно различаются, помечаются для последующего удаления шунта.
Система HACCP FDA, изначально разработанная для обеспечения безопасности пищевых продуктов, использовалась производителями оборудования в качестве модели для предотвращения дефектов. Включив этапы установки ручки и размещения ручек в качестве ключевых контрольных точек, а также добавив автоматическое обнаружение на каждом этапе, производители могут продемонстрировать, что их производители пакетов обеспечивают стабильный, безупречный результат, который можно проследить для настройки параметров процесса.
Варианты обработки заплаток: заплаты армирования и заплатки окон
Обработка заплаток в машине для изготовления больших сумок осуществляется двумя разными способами, с использованием одних и тех же механических частей, но разными способами. Как уже говорилось ранее, в месте крепления ручки находится армирующая накладка для распределения нагрузки. Заплатки для окон-прямоугольник прозрачной пленки, помещенный поверх отверстия в пакете для создания прозрачного окна-требует других настроек позиционирования, но использует одни и те же системы подачи, резки и приклеивания заплаток.
Возможность обработки обоих типов заплаток на одной машине является конструктивной особенностью гибкого портативного производителя пакетов. Рулон заплаточного материала можно заменить непрозрачной арматурной пленкой на прозрачную оконную пленку. Формы для резки также взаимозаменяемы, что позволяет изготавливать заплатки разных размеров. Элементы управления обновляются в соответствии с размером нового патча и настройками соединения. Такая гибкость позволяет на одной машине производить пакеты различных стилей без особых механических изменений:-кольцевые-пакеты с укрепляющими вставками, вырезанные-пакеты с окнами или пакеты-только с нашивками без них.
Исследование, проведенное Институтом упаковочного оборудования Мичиганского государственного университета, показало, насколько быстро многофункциональные упаковщики переходят от работы к работе. Они обнаружили, что машины с программируемыми системами обработки патчей с серво-приводом сокращают время переключения на 60–75%% по сравнению с системами с механическим регулированием. Такое сокращение времени переналадки напрямую улучшает использование машины и снижает отходы при переключении между партиями продукции.
Скорость, обслуживание и пределы автоматизации
Максимальная скорость сумкодержателя с автоматической вставкой ручки не задается каким-либо одним компонентом. Оно определяется общим временем, отведенным на все этапы цикла. При скорости 150 пакетов в минуту машина выполняет полный цикл каждые 400 миллисекунд. За это время пакет должен находиться на месте, разрезать и сложить ручку, разрезать и переместить заплатку, нанести клей, прижать и ослабить систему скрепления и отправить готовый пакет в зону сбора. На каждый шаг уходит часть бюджета в 400-миллисекунд. Остальное время-время между окончанием одного шага и началом следующего — это временная подушка для поглощения небольших изменений.
По мере увеличения скорости подушка синхронизации становится все меньше и меньше. При скорости 200 пакетов в минуту время цикла сокращается до 300 миллисекунд. Прокладки может оказаться недостаточно для нормальных изменений в подаче материала, высыхании клея или реакции датчика. Машины более чувствительны к качеству материала, комнатной температуре и износу машины. Необходимость технического обслуживания возникает чаще, а случайные дефекты более вероятны.
Стандарты OMAC для упаковочного оборудования, созданные в рамках IEEE, предоставляют систему контроля состояния оборудования и поиска неисправностей. Это помогает операторам быстро выявлять и решать проблемы синхронизации. Машины, соответствующие стандартам OMAC, отображают подробные диагностические данные -, включая измерения времени на каждом объекте и журналы, которые изменяются со временем. Это позволяет своевременно проводить техническое обслуживание и тонкую настройку процесса.
Заключение
Производитель больших сумок использует серво-сервопривод-подачу материала, прецизионную систему резки и складывания, программируемые блоки склеивания, многоуровневую синхронизацию, контроль синхронизации, датчик контроля качества, проверку качества, автоматическую вставку ручек и обработку заплаток. Машина перемещает несколько сетей материалов:-мешки, ручки, заплатки и клей-по тесному, синхронизированному циклу, повторяемому сотни раз в минуту. Переход от систем механического кулачкового привода к программируемым установкам с сервоуправлением-управлением превратил эти машины из одноразовых-инструментов в гибкие производственные платформы, способные обрабатывать пакеты разных стилей с минимальным временем переналадки. Следующий шаг не является механическим. Речь идет об интеллектуальном программном обеспечении, которое сокращает время, прогнозирует, когда следует проводить техническое обслуживание, и корректирует ситуацию при возникновении серьезных изменений. С развитием систем управления и сенсорных технологий следующим шагом станет движение вперед.
Ссылки
- Международная организация по стандартизации.ISO 21848 - Упаковка - Гибкий упаковочный пакет-Оборудование для изготовления - Допуски на размеры. Женева: ИСО, 2019.
- Общество инженеров-технологов. «Серво-системы подачи материала в перерабатывающем оборудовании: точность регистрации и контроль натяжения».Журнал производственной инженерии, том. 166, номер. 4, 2021.
- АСТМ Интернешнл.Стандартный метод испытаний ASTM F88 - на прочность уплотнения гибких барьерных материалов. Западный Коншохокен: ASTM, 2021.
- Национальный институт стандартов и технологий. «Оптимизация параметров ультразвуковой сварки термопластичных нетканых материалов в упаковке».Техническое примечание НИСТ 2195., 2020.
- Общество промышленной электроники IEEE. «Технология электронного линейного вала в преобразовательном оборудовании: точность синхронизации и распределенные сервоархитектуры».Транзакции IEEE по промышленной электронике, том. 68, номер. 7, 2021.
- Научно-исследовательский институт упаковочного оборудования, Университет штата Мичиган. «Эффективность переключения в многофункциональных-машинах для изготовления сумок-: серво-приводные и механические системы».Журнал упаковочных технологий и науки, том. 34, №. 2, 2022.
- Рабочая группа OMAC по упаковке, Институт инженеров по электротехнике и электронике.Рекомендации OMAC для упаковочного оборудования: управление состоянием и диагностика. Пискатауэй: IEEE, 2020.
