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步進電機在包裝機械中的應用
我國的包裝機械經過近20年的發(fā)展,，已經取得了長足的進步，但與國外相比,還存在著比較大的差距,，差距空間在什么地方呢?我們認為主要在于控制方面.鑒于此,，溫州大學的楊福餐和河南科技大學的吳龍奇兩位專家，就他們所從事的研究內容寫系列文章,，希望能對有關業(yè)內人士有所啟發(fā),。
一、步進電機工作原理
步進電機是將給定的電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓�位移的開環(huán)控制元件,。
給定一個電脈沖信號,步進電機轉子就轉過相應的角度,，這個角度就稱作該步進電機的步距角。目前常用步進電機的步距角大多為1.8度(俗稱一步)或0.9度(俗稱半步),。以步距角為0.9的進步電機來說,，當我們給定脈沖信號，步進電機就轉過0.9度,；給兩個脈沖信號,，步進電機就轉過1.8度。以此類推,，連續(xù)給定脈沖信號,，步進電機就可以連續(xù)運轉。由于電脈沖信號與步進電機轉角存在的這種線關系,，使得步進電機在速度控制,、位置控制等方面得到了廣泛的應用,。
步進電機的使用至少需要三個各方面的配合，一是電脈沖信號發(fā)生器,，它按照給定的設置重復為步進電機輸送電脈沖信號,，目前這種信號大多數由可編程控制器或單片機來完成；二是驅動器（信號放大器）,，它除了對電脈沖信號進行放大,、驅動步進電機轉動以外，還可以通過它改善步進電機的使用性能,，事實上它在步進電機系統中起著重要的作用,，一般一種步進電機可以根據不同的工況具有多種驅動器；三是步進電機,，它有多種控制原理和型號,，現在常用的有反應式、感應子式,、混合式等,。
步進電機的速度控制是通過輸入的脈沖頻率快慢實現的。當發(fā)生脈沖的頻率減小時,，步進電機的速度就下降,；當頻率增加時，速度就加快,。還可以通過頻率的改變而提高步進電機的速度或位置精度,。
步進電機的位置控制是靠給定的脈沖數量控制的。給定一個脈沖,，轉過一個步距角,，當停止的位置確定以后，也就決定了步進電機需要給定的脈沖數,。在包裝機控制中,，給定脈沖數的多少，還與機構的參數有關,，例如螺桿的直徑等,。
在包裝機械中，很多情況下需要控制執(zhí)行機構的運行速度和運行位置,，以前都是通過機械或其它方式來完成的,，機構復雜、調節(jié)不易,。改用步進電機后,，不僅能使包裝機械結構變得簡單、調節(jié)方便,、可靠性增加,，而且粗度會得到很大提高,。
二、步進電機在物料計量方面的應用
1,、粉狀物料的計量
螺桿計量是常用的容積式計量方式,，它通過螺桿旋轉的圈數多少來達到計量的多少，為了達到計量大小可調和提高計量精度的目的,，要求螺桿的轉速可調和位置定位準確,，使用步進電機可以同時滿足這兩個方面的要求。
例如粉劑包裝機的計量采用了步進電機控制螺桿的轉速和轉數,，不僅簡化了機械結構,，而且使得控制非常方便。在不過載的情況下,，步進電機的轉速,、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數,，而不受負載變化的影響,，這與電磁離合器控制的螺桿計量相比，具有明顯的精度優(yōu)勢,，更加適合于比較大的物料計量,。
步進電機與螺桿采用直接連接的方式，結構簡單,，維修方便,。值得指出的是，如步進電機的過載能力較代,，當輕微過載時,，就會出現相當大的噪聲。因此,，在計量工況確定以后,，就要選用較大的過載系數，以保證步進電機平衡工作,。
2,、粘稠體物料的計量
步進電機控制齒輪泵也可以實現精確計量，齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應用,，例如糖漿,、豆沙、白酒,、油料,、番茄醬等輸送。目前在對這些物料的計量方面大多使用活塞泵,，存在著調整困難,、結構復雜,、不便維修、功耗大,、計量不準等缺點,。
齒輪泵計量是靠一對齒輪嚙合轉動計量的，物料通過齒與齒的空間被強制從進料口送到出料口,。動力來自步進電機,，步進電機轉動的位置及速度由可編程控制器控制，計量精度高于活塞泵的計量精度,。
步進電機適于在低速下運行,，當速度加快時，步進電機的噪聲會明顯加大,，其它經濟指標會明顯下降,。對于轉速比較高的齒輪來說，選用升速結構比較好,。我們在粘稠體包裝機上開始采用的是步進電機直聯齒輪泵的結構,，結果聲難以噪聲難以避免，可靠性下降,。后來采用直齒輪升速的辦法,，降低了步進電機的速度，噪聲得到了控制,，可靠性也有所提高,，計量精度得到了保證。
三,、步進電機在供送包裝膜中的應用
在制袋機,、充填、封口為一體的包裝機中,，要求包裝用塑料薄膜定位定長供給,，無論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以愛莫能助和步進電機來可靠完成,。
１．用于間歇式包裝機
間歇式包裝機使用步進電機供膜,，可靠性可以得到提高。以前的包裝膜供送多采用曲柄連桿機構間歇拉帶方式,，結構復雜,，調整困難，特別是需要更換產品時,，不僅調節(jié)困難,，而且包裝膜浪費很多。采用步進電機與拉帶滾輪直接連接拉帶,，不僅結構得到了簡化,，而且調節(jié)極為方便,，只要通過控制面板上的按鈕就可以實現，這樣既節(jié)省了調節(jié)時間,，又節(jié)約了包裝材料,。
在間歇式包裝機中，包裝材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長控制模式和色標控制模式,。袋長控制模式適用于不帶色標的包裝膜,，通過預先設定步進電機轉速的方法實現，轉空比的設定通過撥碼開關就可以實現,。色標模式配備有光電開關,，光電開關檢測色標的位置，當檢測到色標時,，發(fā)出控制開關信號,，步進電機按到信號后，停止轉動,，延時一定時間后,，當轉動供膜，周而復始,，保證按照色標的位置定長供膜,。
２．用于連續(xù)式包裝機
在連續(xù)工包裝機中，步進電機是連續(xù)轉動的,，包裝膜被均勻的連續(xù)輸送，當改變袋長時,，只需通過撥碼開關就可以實現,。
四、步進電機在橫封中的應用
在連續(xù)式包裝機中,，橫封是一個很重要的執(zhí)行機構,，也是包裝機中比較復雜的機構之一。特別對于有色檔的包裝膜,，其封口和切斷位置要求極嚴格,，為了提高切斷的準確性，人們先后研制了偏心鏈輪機構,、曲柄導桿機構等,，但這些機構都存在著調整十分麻煩、可靠性低的缺點,。造成這些缺點的主要原因是工藝要求橫封輪定速橫封和定位切斷,。
步進電機直接驅動橫封輪可以實現速度同步。連續(xù)式包裝機的供膜輪是連續(xù)供膜的,，橫封時要求橫封的線速度與薄膜供送的速度同步,，以免出現撕裂薄膜和薄膜堆積的情況,，由于橫封輪的直徑是恒定的，當改變袋長時,，就需要通過改變橫封輪與薄膜從接觸到離開需要恒定的時間,，否則封口吵嚴。橫封輪每轉一周的總時間與橫封所需要的時間都是恒定的,，要滿足速度同步的要求,，而另外空載的部分滿足一周總時間的要求。
為了實現良好的封口質量,，還可以通過步進電機對橫封輪實現非衡速的控制模式,，就是在橫封的每一點上都實現速度同步，限于篇幅,，這里不再陳述,。
步進電機的特點主要歸于三個方面，一是過載性好,。其轉速不受負載大小影響,，不像普通電機，當負載加大時就會出現速度下降的情況,，所以步進電機使用在對速度和位置都有嚴格要求的場合,；二是控制方便。步進電機是以“步”為單位旋轉的,，數字特征比較明顯,，這樣就給計算機控制帶來很大方便，反過來,，計算機的出現也為步進電機開辟了更為廣闊的使用市場,；三是整機結構簡單。傳統的機械速度和位置控制結構比較復雜,，調整困難,，使用步進電機后，使得整機的結構變得簡單和緊湊,。
步進電機在包裝機械中的就用還剛剛開始,，原來許多傳統的機械控制方式都可以用步進電機來替代，除了上面介紹的一些用途外,，它還在印刷,、灌裝、囊包等方面得到了應用,，相信在較短的時間內,，我國的包裝機械行業(yè)定能在步進電機技術的平臺上躍上一個新的水平。 |
樓主: cfq44
發(fā)表于 2010-1-30 18:41:23
發(fā)表于 2010-1-30 18:46:02
呵呵