Žmonės dabar labiau rūpinasi aplinka. Vienkartinių indų rinka auga. Dėl šios priežasties automatinės popieriaus plokščių gamybos mašinos tapo būtina maisto paslaugų ir maisto perdirbimo pramonės dalimi. Šios mašinos automatiniais veiksmais paverčia popierių į standartines popieriaus plokštes. Tai sumažina darbo sąnaudas. Tai taip pat padidina, kiek darbo galima padaryti. Šiame dokumente kalbama apie pagrindinę darbo idėjąAutomatinė popieriaus plokščių gamybos mašina. Jame nagrinėjamos trys dalys: mechaninė struktūra, liejimo procesas ir valdymo sistema. Tai taip pat parodo, kaip mašina gali būti labai efektyvi ir labai tiksli.
I. Mechaninė konstrukcija: kelių{1}}stočių bendradarbiavimui
Mechaninė struktūraAutomatinė popieriaus plokščių gamybos mašinayra jos automatinių gamybos galimybių pagrindas. Paprastai jį sudaro penki pagrindiniai moduliai: tiekimo sistema, liejimo sistema, šildymo sistema, slėgio sistema ir išleidimo sistema. Šie moduliai tiksliai bendradarbiaujant užbaigia popieriaus plokščių gamybos procesą.
1.1 Maitinimo sistema: tikslaus padėties nustatymo pradžios taškas
padavimo sistema yra pirmasis popieriaus plokščių gamybos žingsnis. Ji yra atsakinga už ritinėlių ar popieriaus lapų siuntimą į formavimo stotį. Šiuolaikinėse mašinose paprastai naudojami servovarikliais{2}}varomi padavimo ritinėliai su kodavimo įrenginiais, kurie realiuoju laiku pateikia vietos grįžtamąjį ryšį, kad būtų užtikrintas popieriaus padavimo tikslumas ±0,1 mm. Kai kuriuose aukščiausios klasės{6}} modeliuose yra automatinis nuokrypio koregavimo įtaisas. Šis įrenginys naudoja fotoelektrinius jutiklius, kad nustatytų, kur yra popieriaus kraštas. Tada jis pats pakeičia padavimo velenėlio kampą. Tai ištaiso visus nesutapimus. Tai taip pat sumažina defektų dažnį, kurį sukelia medžiagos judėjimas iš vietos.
Apdorojant popierių, padavimo sistemoje paprastai yra integruotas drėgmės valdymo modulis. Purškimo įranga arba elektriniai šildymo džiovintuvai gali reguliuoti popieriaus drėgmę, kad popieriaus drėgnumas būtų optimalus 8–12% liejimo diapazone. Ši konstrukcija efektyviai išsprendžia įtrūkimų ir deformacijų problemas, kylančias dėl netolygios drėgmės popieriuje, ir suteikia stabilų medžiagos pagrindą tolesniems liejimo procesams.
1.2 Liejimo sistema: raktas į trijų-matmenų formavimą
Štampo presavimo sistema yra pagrindinė popieriaus plokščių gamybos dalis. Tai veikia kaip metalo štampavimas. Bet jis skirtas darbui su popieriumi. Tipiška liejimo sistema turi viršutinę formą, apatinę formą, hidraulinius cilindrus ir vairavimo įtaisus.
Viršutinė forma:Paprastai jis pagamintas iš aliuminio lydinio arba plieno. Ant jo yra kieta chromo danga. Dėl dangos paviršius tampa atsparesnis dilimui. Viršutinės formos darbiniame paviršiuje yra žiedo{3}} formos iškilimų ir griovelių. Šie iškilimai ir grioveliai yra pagrįsti popieriaus plokštės forma. Jie sudaro galutinę gaminio formą.
Apatinė forma:Sukurtas papildyti viršutinį štampą, jame yra vakuuminis adsorbcijos įtaisas. Liejimo metu vakuuminis siurblys sukuria neigiamą slėgį ir patikimai pritvirtina popierių prie formos paviršiaus, kad būtų išvengta dydžio nuokrypių dėl medžiagos atšokimo.
Hidraulinė sistema:užtikrina reguliuojamą slėgį nuo 50 tonų iki 200 tonų, kad būtų užtikrintas visiškas liejimas tarp popieriaus formų. Slėgio jutikliai nuolat stebi liejimo slėgį ir grąžina duomenis į valdymo sistemą, kad būtų galima valdyti uždarą -ciklą.
1.3 Šildymo sistema: medžiagų minkštinimo katalizatoriai
Kad popierius būtų lankstesnis, prieš formuodami jį turite pašildyti. Šildymo sistemose dažniausiai naudojami infraraudonųjų spindulių šildymo vamzdžiai arba karšto oro pūstuvai. Tai pakelia popieriaus paviršiaus temperatūrą iki 150–180 laipsnių. Šis temperatūros diapazonas iš dalies nutraukia celiuliozės molekulių grandinę popieriuje. Dėl to popierius tampa mažiau kietas. Tuo pačiu metu jis neleidžia popieriui per daug degti. Jei per daug sudeginsite, popierius susilpnėtų.
Kai kurios mašinos turi segmentinį šildymą. Tai reiškia, kad skirtingoms popieriaus plokštės dalims jie nustato skirtingą temperatūrą. Kraštai šiek tiek šiltesni, apie 185 laipsnių. Tai užtikrina, kad raukšlės bus pakankamai minkštos. Dugnas išlieka apie 160 laipsnių. Taip dugnas išlieka tvirtas. Šis skirtingų temperatūrų naudojimo būdas labai pagerina popierinių plokščių ištraukimo dažnumą.
1.4 Antspaudavimo sistema: formos sutvirtinimo užtikrinimas
Po to, kai popierinės plokštės yra suformuotos, jos yra presuojamos, kad pritvirtintų formą. Slėgio plokščių sistemą sudaro viršutinė ir apatinė slėgio plokštės ir hidraulinis įtaisas. Slėgio plokštė padengta silikoninėmis trinkelėmis, o slėgio pasiskirstymas yra vienodas. Smulkinimo procesas yra padalintas į du etapus:
Išankstinis-paspaudimo etapas:Naudokite mažesnį slėgį (apie 20 tonų) 2–3 sekundes, kad pašalintumėte popieriaus įtampą.
Pagrindinis slėgio etapas:Padidinkite slėgį iki projektinės vertės (80-120 tonų) ir palaikykite 5-8 sekundes, kad visiškai nustatytumėte popieriaus plokštės formą.
1.5 Išleidimo sistema: automatinės gamybos pabaiga
Pagamintas kartonas į surinkimo įrenginį pristatomas per automatinę ranką arba konvejerio juostą. Kai kuriuose aukščiausios klasės{1}} modeliuose yra regėjimo tikrinimo sistemos, kurios naudoja CCD kameras, kad realiuoju laiku aptiktų popieriaus plokštės dydį ir išvaizdą ir automatiškai pašalintų sugedusius gaminius. Išvesties greitis paprastai sinchronizuojamas su liejimo ciklu, kad būtų pasiektas efektyvus 30–60 popieriaus lapų per minutę išvesties greitis.
ii. Liejimo procesas: transformacijos logika iš plokštumos į tris{1}}dimensijas
Pagrindinis procesas visiškai automatizuotasAutomatinė popieriaus plokščių gamybos mašinayra dviejų{0}}dimensijų popieriaus pavertimas trimačiu-dėklu. Tai apima tris pagrindinius veiksmus: medžiagos minkštinimą, sulankstymą ir dydžio fiksavimą. Popieriaus techninė esmė yra panaudoti popieriaus plastinės deformacijos charakteristikas, kad būtų galima atkurti formą.
2.1 Medžiagos minkštinimas: termoplastiškumo ir drėgmės kontrolės sinergija
Popieriaus formavimo savybės labai priklauso nuo popieriaus fizinės būklės. Kambario temperatūroje vandeniliniai ryšiai tarp popieriaus pluoštų išlieka standūs. Kaitinant iki stiklėjimo temperatūros (apie 160 laipsnių), šie vandeniliniai ryšiai iš dalies nutrūksta, todėl medžiaga tampa labai elastinga ir sukelia plastinę deformaciją. Šildymo sistema tiksliai kontroliuoja temperatūros gradientą, kad būtų pasiektas optimalus plastiškumas liejimo zonoje ir išvengta perkaitimo sukeliamos karbonizacijos.
Drėgmės kontrolė taip pat labai svarbi. Tinkamas drėgmės kiekis (8–12 %) padeda pluoštams slysti vienas pro kitą. Tai taip pat sumažina atsparumą liejimo metu. Jei drėgmė per maža, popierius tampa trapus ir lengvai trūkinėja. Jei drėgmė per didelė, po formavimo plokštė per daug spyruokliuoja atgal. Šiuolaikinėse mašinose naudojami drėgmės jutikliai ir purškimo įrenginiai. Šios dalys veikia kartu kaip uždaros{8}kilpos valdymo sistema. Taip medžiaga išlieka stabili.
2.2 Sulankstomas liejimas: štampų projektavimo geometriniai principai
Trimatė popierinių plokščių struktūra pasiekiama naudojant štampo geometriją. Viršutinės formos iškilimai stumia popierių žemyn. Taip susidaro plokštės dugnas. Žiedo- formos grioveliai nukreipia medžiagą aukštyn. Taip susidaro šoninė sienelė. Šiam procesui reikia atidžiai apskaičiuoti santykį tarp formos spindulio ir popieriaus storio. Kai formos spindulys (R) yra daugiau nei 15 kartų didesnis už popieriaus storį (t), medžiaga sklandžiai susilanksto.
Jei R/t < 10, norint sumažinti įtempių koncentraciją, prie štampo krašto reikia pridėti apskritimo kampą (paprastai R=0.5-1 mm).
Sudėtingoms popieriaus plokščių formoms, pvz., sustiprintoms popieriaus plokštėms, paprastai reikalingas kelių darbo vietų formavimo procesas. Žingsnis po žingsnio štampavimas pirmiausia suformuoja pagrindinį kontūrą, tada apdoroja vietines detales, kad užbaigtų bendrą formą. Šis proceso dizainas labai išplečia įrangos pritaikomumą.
2.3 Matmenų fiksavimas: slėgio ir laiko funkcija
Įtempių procese dėmesys sutelkiamas į parametrų, kurie kontroliuoja slėgį (P) ir buvimo laiką (t), derinį. Eksperimentai rodo, kad popieriaus plokščių dydžio stabilumas teigiamai koreliuoja su P×t gaminiu. Įprasti proceso parametrai apima:
Slėgis: 80-120 tonų (pagal popieriaus plokštės skersmenį)
Laikymo laikas: 5-8 sekundės (esant 25 laipsnių)
Aušinimo laikas: 2-3 sekundės (natūralus arba priverstinis aušinimas oru)
Patobulinus šiuos nustatymus, popierinių plokščių dydžio pokytis po to, kai jos išeina iš aparato, gali būti ±0,5 %. Tai atitinka griežtus dydžio standartus, kurių reikalauja maitinimo paslaugų pramonė.
III. Valdymo sistema: Pažangi smegenų gamyba
ModernusAutomatinė popieriaus plokščių gamybos mašinaNaudoja programuojamą loginį valdiklį (PLC) kaip savo pagrindą ir integruoja žmogaus{0}}mašinos sąsają, judesio valdymo kortelę ir jutiklių tinklus, kad sudarytų labai išmanią valdymo sistemą. Jo funkcijos apima parametrų nustatymą, procesų stebėjimą, gedimų diagnostiką ir nuotolinę priežiūrą.
3.1 Parametrų nustatymas: lanksčios gamybos pagrindas
Valdymo sistema leidžia operatoriams per HMI įvesti popieriaus plokštės specifikacijas (skersmuo, gylis, krašto forma), gamybos greitį (gabalas / minutę) ir medžiagos parametrus (storis, tankis). PLC automatiškai apskaičiuoja, remdamasis įvesties duomenimis:
Tiekimo ilgis (L=pix D + 5 mm, iš kurių D yra popieriaus plokštės skersmuo)
Šildymo temperatūra (T=150 + 0.5×D laipsnis)
Formavimo slėgis (P=50 + 2 × D tonos)
Adaptyvusis algoritmas leidžia mašinai prisitaikyti prie įvairių popierinių plokštelių specifikacijų ir sutrumpina laiką, kurio reikia gaminio modelio pakeitimui įprastu įrenginiu nuo 2 valandų iki 15 minučių.
3.2 Proceso stebėjimas: kokybės užtikrinimas realiuoju laiku-
Stebėjimo tinklams sukurti sistema naudoja kelių tipų jutiklius:
Slėgio jutikliai: stebėti hidraulinės sistemos slėgį, aptikti neįprastą situaciją ir suaktyvinti aliarmą bei išjungti.
Temperatūros jutikliai: valdykite šildymo zonos temperatūrą iki + -2 laipsnių C.
Poslinkio jutikliai: patikrinkite štampo uždarymo aukštį, kad užtikrintumėte vienodą štampo gylį.
Fotoelektriniai jutikliai: suskaičiuoja gatavą gaminį, apskaičiuoja gamybos efektyvumą.
Visi duomenys iškart rodomi HMI ekrane. Duomenys taip pat išsaugomi duomenų bazėje. Tai leidžia vėliau atsekti kokybę. Kai kurie modeliai taip pat gali prisijungti prie Manufacturing Execution Systems (MES). Tai leidžia tvarkyti gamybos duomenis debesyje.
3.3 Gedimų diagnostika: prevencinės priežiūros palaikymas
Valdymo sistemoje yra integruota{0}}gedimų diagnostikos ekspertų sistema, galinti nustatyti daugiau nei 200 įprastų gedimų režimų. Kai kas nors negerai su įrenginiu, sistema:
Ieškokite sugedusių modulių (pvz., užsikimšęs tiekimas, šildymo sutrikimas).
Gaukite istorinius priežiūros įrašus ir pasiūlykite sprendimus.
Ekranas HMI rodo gedimų kodus ir techninės priežiūros gaires.
Jis automatiškai išsijungia ir siunčia aliarmo pranešimus į personalo mobiliuosius telefonus apie rimtą gedimą.
Dėl šios konstrukcijos vidutinis prastovos laikas tarp įrenginių pailgėja iki daugiau nei 8 000 valandų ir 40 % sumažėja priežiūros išlaidos.
3.4 Nuotolinė priežiūra: Pramonės 4.0 praktika
Su IoT technologija valdymo sistema gali būti saugiai prijungta prie gamintojo serverių. Techninės priežiūros personalas turi nuotolinę prieigą prie įrangos duomenų:
Programos atnaujinimas: valdymo algoritmų optimizavimas.
Parametrų koregavimas: prisitaikymas prie naujų medžiagų savybių.
Virtuali diagnostika: gedimo reiškinio modeliavimas naudojant 3D modeliavimą.
Vieno atvejo tyrimo metu nuotolinė priežiūra sumažino įrangos prastovos laiką nuo vidutiniškai 72 valandų per metus iki vos 12 valandų, o tai žymiai padidino gamybos tęstinumą.
IV. ĮVADAS Technologijų plėtros tendencijos ir iššūkiai
Plėtojant medžiagų mokslą ir pažangias gamybos technologijas, visiškai automatinisAutomatinė popieriaus plokščių gamybos mašinavystosi efektyvesnio, mažesnio energijos vartojimo ir išmanesnio linkme. Dabartiniai tyrimų prioritetai apima:
4.1 Pritaikymas prie naujų medžiagų
Plėtojant biologiškai skaidžių medžiagų liejimo procesus (pvz., PLA, popieriaus masės formavimą), reikia spręsti šiuos techninius iššūkius:
Biologiškai skaidžių medžiagų stiklėjimo temperatūros diapazonas yra siauresnis, o temperatūros kontrolės reikalavimas yra didesnis.
Blogai judančios skaidančios medžiagos, todėl reikia optimizuoti pelėsių paviršiaus apdorojimo procesus.
Aplinkosauginių klijų naudojimas iškėlė naujus reikalavimus šildymo sistemoms.
4.2 Energijos vartojimo efektyvumo didinimas
Energijos suvartojimą galima sumažinti šiais būdais:
Hidraulinės sistemos galią su apkrova suderina dažnio keitimo greičio reguliavimo technologija.
Slėgio metu susidariusios likutinės šilumos perdirbimas.
Optimizuokite šildymo vamzdžio išdėstymą, kad sumažintumėte šilumos nuostolius.
4.3 AI sintezė
Mašinų matymas ir gilaus mokymosi algoritmai gali atlikti šiuos dalykus:
- Nedelsdami raskite defektus (įtrūkimus, formos pokyčius, netinkamą dydį).
- Patys pakoreguokite nustatymus (automatiškai pagerinkite procesą, atsižvelgdami į tai, kokia medžiaga).
- Suplanuokite techninę priežiūrą iš anksto (numatykite, kada mašina suges, žiūrėdami į vibraciją).
Išvada:
Kaip tarpdalykinė mechanikos inžinerijos ir medžiagų mokslo kryptis,Automatinė popieriaus plokščių gamybos mašinaįkūnija gilų tikslios gamybos, termodinaminio valdymo ir protingo algoritmo sintezę. Nuo tikslaus padavimo sistemos padėties nustatymo iki plastinių deformacijų liejimo metu iki protingo valdymo sistemos sprendimo – kiekviena grandis įkūnija technologines naujoves. Vis populiarėjant tvaraus vystymosi koncepcijai, būsima popieriaus gamybos įranga daugiau dėmesio skirs medžiagų pritaikomumui, energijos vartojimo efektyvumui ir intelekto lygiams, teikdama galingesnę techninę paramą ekologiškų pakuočių pramonei. Šių pagrindinių principų supratimas ne tik padeda optimizuoti esamų įrenginių našumą, bet ir rodo kelią naujos kartos -produktų kūrimui.