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气动控制技术在自动包装机中的应用
摘要：包装行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方式和工作效率，本文在阐述自动包装机气动控制的工作原理和气动逻辑元件在自动包装机中的应用的基础上，分析了气动制技术、自动化技术等与制造技术相结合的气动控制系统原理及设计注意事项，并指出了气动控制在自动包装机中的应用优势。
关键词：气动控制；自动包装机；应用
1.引言
自动包装机一般分为半自动包装机和全自动包机两种。由人工供给包装材料(容器)和内装物，但能自动完成其他包装工序的机器称为半自动包装机；自动完成主要包装工序和其他辅助包装工序的机器，称为全自动包装机。随着自动化程度的提高，包装机的操作、维护和日常保养更加方便简单，降低了对操作人员的专业技能要求，但产品包装质量的好坏与温度系统、主机转速精度、追踪系统的稳定性能等息息相关，同时对自动包装机所用传动系统的动态性能较快的动态跟随性能和高稳速精度。气动控制的动力介质来自于自然界取之不尽的空气，环境污染小，工程实现容易，所以气动控制是一种易于推广普及的工业自动化应用技术[1]。在此背景下，开展气动控制技术在自动包装机中的应用研究，对提高包装业的生产效率和产品质量具有重要意义。

2.自动包装机的主要组成与控制要求
包装机械行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方式和包装容器及材料的加工方法。一台完整自动包装机由很多部件组成，其中，臂端操作工具、材料运送装置和识别而及验证系统是主要组成部分。各部分工作原理如下：
臂端操作工具，即端部操作器，是用来抓取产品、定向移动和感受性能参数的一个部件。它们的结构方案可以从单一型的真空套到系列型真空套或夹紧爪的排列式结构等，在包装应用中，端部操作器通常设计成能直接使用的真空套、夹紧爪或两者结合的型式。其中包括动力传送带、单轨吊车、自动导向车和机械手等。在包装过程中，材料的运送处理需要考虑的以下因素：产品形状、重量及材料性质；在运输、包裹及装载期间产品的运速、距离和方向；与其他装置进行联接时所需控制水平以及如果需要时允许重新形成构件的机动灵活性。一种典型的可视条码检测能力可以确认每个条码对应于每种产品，因此条码扫描仪和视频识别系统记录并验证产品标贴以确保识别的完整性。
从自动包装机的主要组成和各部分的工作原理可以看出，自动包装生产线是将自动包装机、辅助设备以及输送装置根据产品包装工艺，按一定的顺序组合起来，再配以相应的检测、控制、自动调整补偿装置等而组成。包装物品由一端不断送入，包装材料在相应的工位加入，物品按工艺流程顺序经过各工序，产品从另一端输出，使物品在无需人工直接参与操作的情况下自动完成输送、包装的全过程。根据工艺流程要求，控制系统必须具备一下功能：1）从包装物品输入到包装产品输出的所有工序动作的顺序控制；2）对称量重量的模拟量控制；3）为了监视设备的运行情况、方便的输入工作参数、简化操作面板，应具有友好的人机界面；4、具有完善的故障检测和报警功能。
3.气动控制系统
气动系统主要由气源处理器、电磁阀、单向节流阀、气缸及各种气动接头和管路组成，气缸速度由单向节流阀调整，出轮气缸设有磁性开关，其他大缸径气缸因没有安装磁性开关，所以，各机构起始位置均设有接近开关，可发出信号通过程序指令下一动作，自动完成整机动作的全过程，气动系统主要控制元件、执行元件功能与对应关系如表1所示。
表1 气动控制系统中主要控制元件和执行元件的功能及对应关系

在气动控制系统中，气动发生装置一般为空气压缩机，它将原动机供给的机械能转换为气体的压力能；气动执行元件则将压力能转化为机械能，完成规定动作；在这两部分之间，根据机械或设备工作循环运动的需求、按一定顺序将各种控制元件（压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件）、传感元件和气动辅件连接起来[2]。图1为自动包装机的气动系统原理图，主要由7个二位五通电磁换向阀、7个单作用气缸、1个减压阀配合压力表、空气过滤器和空气压缩机组成。生产线为了实现高精度动态称量，盛料仓设计了三料口下料装置，称重机的盛料仓底部安装有大中小3个闸门，分别由3个电磁阀控制3个气缸完成大、中、小3个闸门的开闭。其他气缸分别控制称量料斗仓门的开闭以及打印机的打印、横封器封口的切断、电热板的撤离等。

图1 自动包装机的气动系统原理图
4.自动包装机中气动控制系统设计注意事项
自动包装机中气源处理要供给气动装置的压缩空气，除了保证其压力和流量外还必须除去其中的含油污水和灰尘等，以减少气动元件的磨损避免其零件的锈蚀，否则将引起系统工作效率降低，并常产生误动作而发生事故。必要时应装有压力继电器和主机电器部分互锁。其次对自动包装机的控制箱也有一定的要求，为满足一定操作要求，常将各种控制元件集中在控制箱内，对控制箱设计时的注意点有：保证线路正常工作，阻力损失小，布置合理面板及结构安排要考虑操作方便等。此外，在对自动包装机的气动控制系统进行设计使还需考虑特殊情况处理，应考虑系统在停电、发生事故需要紧急停车以及重新开车而必须连锁保护元件。
5. 气动控制技术在自动包装机中的应用优势分析
如今越来越多的包装机械采用气动元件及气动系统，其原因在于气动技术在包装机技术中具有其他动力驱动技术不可比拟的优势。包装机械行业中气动控制正在改变着包装过程的动作方式，实现气动控制的包装系统能够极大地提高生产效率和产品质量，显著降低包装工序中系统误动作造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗，具有革命意义的气动控制技术改变着包装机械行业的制造方法及其产品的传输方式[3]。设计、安装的自动控制包装系统，无论从提高包装机械行业的产品质量和生产效率方面，还是从消除加工误差和减轻劳动强度方面，都表现出十分明显的作用，并具有如下优势：。
1、气动执行元件主要用于完成选择、汇集、装入、夹紧和卸放等动作，设计制造复杂包装系统，采用气动技术，可使整个机构大大简化。2、工作介质是空气，气动装置是一种清洁动力源，对污染等限制严格的场合，优先选用气动系统。3、在包装工艺中常需要多个动作协调，气动元件容易调节。4、由于气动系统具有防火、防爆、耐潮的特点，因此在一些易燃易爆产品的包装过程中大量使用气动技术。5、可短时间释放能量以获得间歇运动的高速响应；对冲击负载和过负载有较强的适应能力。6、气动技术低成本，易于被采用。
6结束语
气动控制技术为自动包装机械生产装备的控制方式提供了一种新颖、先进的思路，在包装业生产设备中进行典型应用，极大的提高了设备的本质安全性和自动化程度，自动包装机的产效率和产品的质量也因此得到大大的提高，有很好的推广价值。
参考文献
[1] 陆鑫胜,周洪.气动自动化系统的优化设计[m].上海:上海科学技术文献出版社,2000.
[2] 郑洪生.气动传动及控制[m].北京机械工业出版社.
[3] 关郑球.轻工业包装机与生产线[m].北京:轻工业出版社,2004
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。