劉新璽
(河北陸源科技有限公司,河北 石家莊 050200)
在食品、日化、醫(yī)藥和飲料等行業(yè)部門中,瓶罐玻璃制品得到了廣泛應(yīng)用,將瓶罐玻璃制品作為配套用包裝瓶能降低成本,且能實(shí)現(xiàn)重復(fù)回收利用。當(dāng)前,瓶罐玻璃制品的需求量與日俱增,對(duì)此,玻璃制瓶行業(yè)需要加快發(fā)展。制瓶機(jī)廠家相繼研發(fā)了磁場(chǎng)控制系統(tǒng)、電子定時(shí)控制、同步傳動(dòng)等新技術(shù),并推出了8組單滴行列機(jī)和8 組雙滴行列機(jī)等產(chǎn)品,大幅度提高了生產(chǎn)水平。多數(shù)制瓶機(jī)已能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制,但受技術(shù)限制,難以保障產(chǎn)品精度穩(wěn)定性,無(wú)法實(shí)現(xiàn)更高要求,對(duì)此,有必要加強(qiáng)對(duì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)的實(shí)現(xiàn)探討。
智能化磁懸浮制瓶機(jī)項(xiàng)目,是通過(guò)創(chuàng)新制瓶機(jī)夾頭盤(pán)的驅(qū)動(dòng)裝置,研發(fā)以磁懸浮技術(shù)為基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)裝置,實(shí)現(xiàn)對(duì)夾頭盤(pán)的直接驅(qū)動(dòng),既能防止多級(jí)機(jī)械傳動(dòng)引發(fā)的能量損耗,還能分析驅(qū)動(dòng)裝置控制,精準(zhǔn)定位夾頭盤(pán),實(shí)現(xiàn)對(duì)夾頭盤(pán)精度的大幅度提高,并避免齒輪間接傳動(dòng)產(chǎn)生嚴(yán)重磨損[1]。智能化磁懸浮制瓶機(jī)的研發(fā)單位為河北陸源科技有限公司,該公司于2007 年11 月成立,宗旨是“以質(zhì)量求生存,以創(chuàng)新求發(fā)展”。公司高度重視深入研發(fā)產(chǎn)品,并強(qiáng)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新,技術(shù)產(chǎn)品均處于行業(yè)領(lǐng)先水平。近年來(lái),公司在加工制作、裝配工藝以及檢測(cè)手段等方面實(shí)施了科技創(chuàng)新,有效保障了產(chǎn)品質(zhì)量的大幅度提高。在目前國(guó)內(nèi)的制瓶機(jī)行業(yè)中,河北陸源科技有限公司占據(jù)著龍頭地位,最近三年先后承擔(dān)了石家莊市科技計(jì)劃“32 夾頭數(shù)控制瓶機(jī)”、“制瓶機(jī)精準(zhǔn)插管設(shè)備研究”等項(xiàng)目,還承擔(dān)建設(shè)了“石家莊市制瓶機(jī)裝備工程技術(shù)中心”。公司的科研技術(shù)實(shí)力雄厚,技術(shù)儲(chǔ)備豐富,現(xiàn)已完成對(duì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)研發(fā)項(xiàng)目的可行性分析,下一步即是對(duì)關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。
制瓶機(jī)夾頭盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置主要包括伺服電機(jī)、主軸套、齒輪分度盤(pán)以及齒輪變速器,伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)齒輪變速器和齒輪分度盤(pán)實(shí)現(xiàn)與主軸套的連接。通過(guò)該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)夾頭盤(pán)時(shí),伺服電機(jī)先轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)部減速機(jī),帶動(dòng)齒輪變速器,從而帶動(dòng)齒輪分度盤(pán)實(shí)現(xiàn)嚙合傳動(dòng),再通過(guò)齒輪分度盤(pán)經(jīng)由主軸套向夾頭盤(pán)傳遞動(dòng)力[2]。通過(guò)控制伺服電機(jī),并通過(guò)齒輪變速器機(jī)械裝換方式實(shí)現(xiàn)夾頭盤(pán)分度。
此類驅(qū)動(dòng)裝置以及分度方法的缺陷如下:一是伺服電機(jī)中包含減速機(jī),且伺服電機(jī)與齒輪變速器相連接,齒輪分度盤(pán)經(jīng)過(guò)多級(jí)機(jī)械傳動(dòng)才能驅(qū)動(dòng)夾頭盤(pán)使之轉(zhuǎn)動(dòng),不僅具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),且磨合點(diǎn)保持長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)受力,會(huì)損傷局部部件,還會(huì)對(duì)夾頭盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)位置的實(shí)際精準(zhǔn)度造成不良影響。二是在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,齒輪變速器的受力磨合較大,產(chǎn)生的噪音較大,會(huì)在車間內(nèi)形成噪音污染。三是未能將伺服電機(jī)動(dòng)能直接轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)夾頭盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能,在多級(jí)傳動(dòng)下,會(huì)形成能量損耗,消耗的電能較多,還會(huì)產(chǎn)生較多維護(hù)費(fèi)用,導(dǎo)致企業(yè)實(shí)際運(yùn)營(yíng)成本增加。四是車間設(shè)備經(jīng)常保持24h 不停運(yùn)轉(zhuǎn),在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)下,齒輪變速器以及減速機(jī)產(chǎn)生較大的磨損,對(duì)設(shè)備精度造成不良影響。需經(jīng)常對(duì)設(shè)備實(shí)施檢查維護(hù),并定期對(duì)齒輪間隙和齒輪精度進(jìn)行調(diào)整,這就導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用增加;在使用過(guò)程中,齒輪變速器、齒輪分度盤(pán)以及零部件出現(xiàn)嚴(yán)重磨損后,將影響夾頭盤(pán)分度精度,因此必須對(duì)磨損零部件進(jìn)行更換,這就導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用增加[3]。
國(guó)外制瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置采用機(jī)械式驅(qū)動(dòng),由減速機(jī)實(shí)現(xiàn)夾頭盤(pán)分度,對(duì)減速機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)分度功能。當(dāng)前,各行業(yè)對(duì)高質(zhì)量玻璃瓶罐的需求量日益增多,促進(jìn)了玻璃制瓶行業(yè)的智能化發(fā)展。
智能化磁懸浮制瓶機(jī)項(xiàng)目,以?shī)A頭盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置和夾頭盤(pán)分度方法為主要研究?jī)?nèi)容:智能化磁懸浮制瓶機(jī)分度式驅(qū)動(dòng)裝置主要包括直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主軸套。直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子,主軸套頂端與夾頭盤(pán)固定連接,且穿過(guò)轉(zhuǎn)子輸出軸套并與之相緊固,主軸套穿過(guò)轉(zhuǎn)子輸出軸套,并通過(guò)其下端鎖母與主軸套相緊固,夾頭盤(pán)固定在主軸套上端。
智能化磁懸浮制瓶機(jī)直分度式分度方法,主要步驟如下。
3.1.1 設(shè)置初始參數(shù)
將單工位運(yùn)行角度輸入PLC 中,單工位運(yùn)行角度β=(360°/工位數(shù))。
3.1.2 基準(zhǔn)點(diǎn)定位
將直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子定位到基準(zhǔn)點(diǎn)位置,制瓶機(jī)零點(diǎn)定位。
3.1.3 轉(zhuǎn)子被定子分度控制
首先進(jìn)行啟動(dòng),PLC 將指令輸出至驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器將正向電流輸出,使定子形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)行切割,產(chǎn)生正向力矩,由此帶動(dòng)夾頭盤(pán)實(shí)現(xiàn)加速轉(zhuǎn)動(dòng)。停止步驟如下:PLC 將指令輸出至驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器將反向電流輸出,使定子形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)行切割,產(chǎn)生反向力矩,由此帶動(dòng)夾頭盤(pán)實(shí)現(xiàn)減速轉(zhuǎn)動(dòng)。PLC 將指令輸出至驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器將電流輸出,使直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)夾頭盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)至下一工位或者多個(gè)工位。
3.1.4 維持制瓶時(shí)間
驅(qū)動(dòng)器輸出使夾頭盤(pán)停留在該工位的穩(wěn)態(tài)電流至直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
3.1.5 重復(fù)步驟3.1.3 與步驟3.1.4
展開(kāi)市場(chǎng)調(diào)研,以國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的制瓶機(jī)夾頭盤(pán)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置作為參考,深入了解并科學(xué)分析現(xiàn)有制瓶機(jī)夾頭盤(pán)的驅(qū)動(dòng)裝置及分度方法,對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析,探究現(xiàn)行分度方法的問(wèn)題,初步制定解決方案。
構(gòu)建智能化磁懸浮制瓶機(jī)夾頭盤(pán)驅(qū)動(dòng)裝置及分度方法的整體設(shè)計(jì)方案,對(duì)方案進(jìn)行論證,對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置及分度方法的整體方案進(jìn)行最終確定,完成驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分度方法硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。
完成智能化磁懸浮制瓶機(jī)夾頭盤(pán)的驅(qū)動(dòng)裝置后,實(shí)施樣機(jī)試制,對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置具備的驅(qū)動(dòng)能力進(jìn)行測(cè)試,將其存在的缺陷、問(wèn)題進(jìn)行分析,并提出解決問(wèn)題的具體方案,對(duì)方案加以完善。完成制瓶機(jī)夾頭盤(pán)的分度方法后,開(kāi)展在線測(cè)試,對(duì)夾頭盤(pán)的分度定位精度進(jìn)行測(cè)試,對(duì)其存在的缺陷、問(wèn)題進(jìn)行分析,并提出解決問(wèn)題的具體方案,對(duì)方案加以完善。
對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)品實(shí)施總結(jié)驗(yàn)收,對(duì)產(chǎn)片實(shí)施批量化生產(chǎn),并在市場(chǎng)中加以推廣。
3.2.1 創(chuàng)新點(diǎn)
本驅(qū)動(dòng)裝置能避免機(jī)械摩擦導(dǎo)致磨損而對(duì)定位精度產(chǎn)生不良影響,且重復(fù)定位具有較高精度,能多次實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位,將夾頭盤(pán)精準(zhǔn)定位在制瓶時(shí)工作位置,能確保產(chǎn)品保持一致規(guī)格。
本驅(qū)動(dòng)裝置能大幅度減少工作噪音,向夾頭盤(pán)直接傳遞動(dòng)力,帶動(dòng)夾頭盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的電能損耗少,能大幅度減少生產(chǎn)成本,有效避免直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)生磨損,并延長(zhǎng)其使用壽命,穩(wěn)定性和可靠性較強(qiáng)。
智能化磁懸浮制瓶機(jī)將控制信號(hào)發(fā)出,由直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收,在定子與轉(zhuǎn)子間形成磁場(chǎng),使轉(zhuǎn)子與主軸套實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)分度,分度運(yùn)轉(zhuǎn)保持一致。轉(zhuǎn)子、定子等電子控制元件使用多年發(fā)生老化后,對(duì)之進(jìn)行更換即可。
智能化磁懸浮制瓶機(jī)夾頭盤(pán)僅靠數(shù)據(jù)指令即能轉(zhuǎn)動(dòng),不受外部環(huán)境因素影響,無(wú)需定期實(shí)施人工維護(hù),即能長(zhǎng)期保持正常分度運(yùn)轉(zhuǎn),能促進(jìn)生產(chǎn)效率實(shí)現(xiàn)大幅度提高,并減少勞動(dòng)力。
智能化磁懸浮制瓶機(jī)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)分度進(jìn)行創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)分度,提高了分度準(zhǔn)確度,且不會(huì)產(chǎn)生積累誤差,無(wú)需日常潤(rùn)滑,能有效減少污染,且不存在摩擦點(diǎn)和觸合點(diǎn),延長(zhǎng)使用壽命。
3.2.2 關(guān)鍵技術(shù)
智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)主要包括如下內(nèi)容:一是夾頭盤(pán)直驅(qū)技術(shù)。直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸套與固定連接夾頭盤(pán)的主軸套直接連接,電機(jī)啟動(dòng)后,能驅(qū)動(dòng)主軸套發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),并帶動(dòng)夾頭盤(pán)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),此類驅(qū)動(dòng)方式無(wú)需減速機(jī)、齒輪等部件相連接,可使能量損耗減少。二是固定技術(shù)。支撐套固定連接在主軸套和機(jī)身之間,利用主軸套對(duì)夾頭盤(pán)進(jìn)行間接支撐,能促進(jìn)夾頭盤(pán)增強(qiáng)穩(wěn)定性;直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)借助支撐座在機(jī)身下方固定,能從整體上增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置穩(wěn)定性。三是磁場(chǎng)分度技術(shù)。PLC 向驅(qū)動(dòng)器輸出指令,驅(qū)動(dòng)器將正向電流輸出,使電子形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)行切割,產(chǎn)生正向力矩,驅(qū)動(dòng)夾頭盤(pán)使之形成加速轉(zhuǎn)動(dòng),對(duì)流向電子電流的方向大小進(jìn)行控制,并對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,對(duì)夾頭盤(pán)進(jìn)行分度。
3.2.3 主要考核指標(biāo)
1.技術(shù)指標(biāo)。制頸等分盤(pán)每站自轉(zhuǎn)時(shí)徑向跳動(dòng)不超過(guò)0.10mm;制底等分盤(pán)每站自轉(zhuǎn)時(shí)徑向跳動(dòng)不超過(guò)0.10mm;制頸等分盤(pán)鋁盤(pán)夾頭過(guò)站時(shí),夾頭與夾頭之間的等分位置偏差不超過(guò)0.04mm;制底等分盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),各站中心線對(duì)夾頭座中心線位置相對(duì)偏差不超過(guò)0.20mm。A 部夾頭中心與B 部夾頭中心位相對(duì)偏差[冷狀態(tài)]0.55mm~0.65mm。制頸等分盤(pán)各站中心對(duì)鉗子擴(kuò)口套中心距離與徑向位置偏差,[冷狀態(tài)]時(shí)擴(kuò)口中心位置與等分盤(pán)的中心向外偏差0.4mm~0.6mm,[熱狀態(tài)]時(shí)擴(kuò)口中心位置與等分盤(pán)中心位置相對(duì)應(yīng)。
2.經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。完成本項(xiàng)目產(chǎn)品后,預(yù)計(jì)年產(chǎn)量為50 臺(tái),年銷售收入為3250 萬(wàn)元,年凈利潤(rùn)為400 萬(wàn)元,年交稅金為320 萬(wàn)元。
3.社會(huì)效益指標(biāo)。通過(guò)本項(xiàng)目,公司新增20 位就業(yè)人員,實(shí)施該項(xiàng)目能提高制瓶機(jī)定位精度,具有較高的傳動(dòng)效率,且損耗的電能較少,具有廣泛的適用范圍和較長(zhǎng)的使用壽命。
4.成果指標(biāo)。申請(qǐng)6 項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán),發(fā)表3 篇論文,建立2 項(xiàng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),形成1 項(xiàng)新產(chǎn)品,解決現(xiàn)有技術(shù)中驅(qū)動(dòng)裝置動(dòng)力損耗的問(wèn)題。
由研發(fā)部構(gòu)建管理制度,并配套設(shè)置操作流程,形成清晰的崗位職責(zé)劃分,構(gòu)建技術(shù)檔案和項(xiàng)目管理方法,設(shè)立績(jī)效考核機(jī)制,并輔之以必要的激勵(lì)措施,形成對(duì)員工的有效激勵(lì),保障項(xiàng)目研發(fā)工作的高效開(kāi)展和規(guī)范運(yùn)轉(zhuǎn)。利用多種方式強(qiáng)化內(nèi)外部合作機(jī)制建設(shè),組建技術(shù)團(tuán)隊(duì),組織技術(shù)人員參與各種研發(fā)交流和技術(shù)合作。
公司高度重視技術(shù)團(tuán)隊(duì)建設(shè)和設(shè)備更新,將技術(shù)改造、技術(shù)創(chuàng)新、資金投入、銷售收入等作為重要的考核指標(biāo),不斷促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步,為項(xiàng)目研發(fā)提供技術(shù)保障;建設(shè)研發(fā)技術(shù)中心,推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā),并對(duì)研發(fā)技術(shù)中心實(shí)施規(guī)范管理;加快設(shè)備更新,加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)測(cè)試,提高產(chǎn)品加工水平;與高校加強(qiáng)戰(zhàn)略創(chuàng)新合作,針對(duì)技術(shù)創(chuàng)新組建項(xiàng)目研發(fā)小組,利用外部?jī)?yōu)質(zhì)技術(shù)資源推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新周期的有效縮短,加快新產(chǎn)品研發(fā),對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行拓展延伸,增強(qiáng)企業(yè)科研實(shí)力。
5.1.1 資金風(fēng)險(xiǎn)
智能化磁懸浮制瓶機(jī)研發(fā)項(xiàng)目具有較大的資金投入量,前期投入資金較多,并且研發(fā)過(guò)程需要對(duì)資金進(jìn)行持續(xù)投入,可能產(chǎn)生資金短缺風(fēng)險(xiǎn)。
5.1.2 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)
智能化磁懸浮制瓶機(jī)研發(fā)需要解決包括夾頭盤(pán)直接驅(qū)動(dòng)、磁場(chǎng)分度以及夾頭盤(pán)控制等技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)核心技術(shù)難題,難度較高,在研發(fā)過(guò)程中極易產(chǎn)生技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
5.1.3 市場(chǎng)、政策風(fēng)險(xiǎn)
智能化磁懸浮制瓶機(jī)項(xiàng)目屬于高端機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域,面臨市場(chǎng)接受度風(fēng)險(xiǎn)。另外,國(guó)家對(duì)制瓶機(jī)制造企業(yè)提出較高的安全和準(zhǔn)確度要求,企業(yè)對(duì)研發(fā)新技術(shù)持審慎態(tài)度。
5.2.1 資金風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施
加強(qiáng)制度管理,對(duì)研發(fā)資金管理辦法進(jìn)行嚴(yán)格執(zhí)行,從制度層面上保障對(duì)研發(fā)資金進(jìn)行專款專用。公司為項(xiàng)目研發(fā)準(zhǔn)備充足資金,避免出現(xiàn)資金短缺。
5.2.2 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施
由專家負(fù)責(zé)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和研發(fā),并與高校全面開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作,組織多樣化的技術(shù)交流和培訓(xùn),增強(qiáng)公司技術(shù)研發(fā)能力,有效解決項(xiàng)目研發(fā)涉及的技術(shù)難題。
5.2.3 市場(chǎng)、政策風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施
研發(fā)公司與其他企業(yè)構(gòu)建合作關(guān)系,開(kāi)創(chuàng)示范工程模式,在小范圍內(nèi)開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證,再向大范圍推廣,有效消除目標(biāo)客戶對(duì)新型技術(shù)存在的顧慮。
綜上所述,研發(fā)智能化磁懸浮制瓶機(jī)技術(shù),應(yīng)基于對(duì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的分析,科學(xué)制定智能化磁懸浮制瓶機(jī)項(xiàng)目實(shí)施方案,并明確智能化磁懸浮制瓶機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建智能化磁懸浮制瓶機(jī)項(xiàng)目的高效實(shí)施機(jī)制,并輔之以必要的保障措施。另外,要針對(duì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中存在的資金風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)以及市場(chǎng)、政策風(fēng)險(xiǎn),采取行之有效的應(yīng)對(duì)措施。