張 田

（河北陸源科技有限公司，河北 石家莊 050200）

瓶罐玻璃制品是食品、醫(yī)藥等行業(yè)的重要包裝載體，應(yīng)用范圍廣，使用量大，其成本低廉，能夠可回收重復(fù)使用，因此成為了不可缺少的包裝容器。隨著各行各業(yè)對瓶罐玻璃制品需求量增加，對制瓶生產(chǎn)也提出了更高要求。但傳統(tǒng)制瓶機(jī)受技術(shù)限制，難以滿足當(dāng)前生產(chǎn)需要，因此本文通過加強(qiáng)對智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的分析，彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)存在的缺陷，希望能更好地推動制瓶產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展。

1 研究智能化磁懸浮制瓶機(jī)的必要性

伴隨著市場食品、藥品等產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，針對瓶罐玻璃制品需求量也在不斷增加，玻璃制瓶行業(yè)迎來了全新的發(fā)展機(jī)遇。國內(nèi)制瓶機(jī)廠家也因此抓住機(jī)遇，加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)研究，并相繼成功開發(fā)了磁場控制系統(tǒng)、電子定時控制、同步傳動等的技術(shù)新成果，推動了制瓶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但當(dāng)前依然存在企業(yè)規(guī)模小、裝備水平低問題，同時在生產(chǎn)方面，整體效率比較低下，產(chǎn)品品質(zhì)無法得到有效提升，產(chǎn)品質(zhì)量仍有很大提升空間。并且受技術(shù)限制的影響，制瓶精度難以得到有效保障，制瓶裝備技術(shù)依然較為傳統(tǒng)落后，無法實(shí)現(xiàn)自動化、大批量、高精度、高質(zhì)量生產(chǎn)，最終導(dǎo)致玻璃瓶罐供不應(yīng)求，難以實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的發(fā)展[1]。而在制瓶機(jī)未來發(fā)展過程中，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動化生產(chǎn)是一項非常關(guān)鍵的目標(biāo)，如何實(shí)現(xiàn)制瓶機(jī)驅(qū)動技術(shù)的更新，提高制瓶機(jī)驅(qū)動控制的精度，已經(jīng)是當(dāng)前制瓶行業(yè)亟待解決的問題?；诖耍仨氁訌?qiáng)對現(xiàn)代智能技術(shù)的應(yīng)用，通過加強(qiáng)對智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究分析，借助相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，針對制瓶機(jī)夾頭盤，加強(qiáng)其驅(qū)動裝置的改進(jìn)，研發(fā)出一種基于磁懸浮技術(shù)的驅(qū)動裝置，這對推動制瓶行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

2 傳統(tǒng)制瓶機(jī)存在的技術(shù)問題

通過上文敘述可知，當(dāng)前制約制瓶機(jī)發(fā)展的一項重大因素為制瓶機(jī)驅(qū)動。而針對制瓶機(jī)驅(qū)動，夾頭盤驅(qū)動裝置以及對夾頭盤分度方法具體如下。

首先，在夾頭盤中，驅(qū)動裝置組成較為復(fù)雜，除了由伺服電機(jī)作為主要動力源以外，還包括齒輪變速器、主軸套等零部件裝置。伺服電機(jī)在實(shí)際輸出時，主要依靠次輪變速器、分度盤等裝置，直接與主軸套進(jìn)行連接。在這種結(jié)構(gòu)條件下，針對夾頭羅盤的驅(qū)動相對較為復(fù)雜。

一般情況下，伺服電機(jī)會先通過運(yùn)轉(zhuǎn)，為電機(jī)內(nèi)部的減速機(jī)提供相應(yīng)的驅(qū)動動力。在此基礎(chǔ)上，隨著電機(jī)內(nèi)部的減速機(jī)轉(zhuǎn)動，會給予齒輪變速器轉(zhuǎn)動的動力。而伴隨著齒輪變速器轉(zhuǎn)動，則會帶動齒輪分度盤轉(zhuǎn)動。而對齒輪分度盤而言，由于其直接與制瓶機(jī)的主軸套連接，因此會通過主軸套，完成動力傳遞，此時夾頭盤便會受到驅(qū)動，完成玻璃制瓶的生產(chǎn)。

而這種驅(qū)動模式下的夾頭盤在實(shí)際運(yùn)動過程中，一方面通過控制伺服電機(jī)，另一方面，則是通過裝換齒輪變速器的機(jī)械裝置，完成夾頭盤的分度操作。在上述整個過程中，由于傳統(tǒng)的制瓶機(jī)夾頭盤在實(shí)際進(jìn)行運(yùn)行時，主要依賴伺服電機(jī)進(jìn)行分度控制，且驅(qū)動裝置與分度方法依然存在以下幾點(diǎn)問題。

1.伺服電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時，本身已經(jīng)有了一個減速裝置，為了更好地驅(qū)動夾頭盤運(yùn)轉(zhuǎn)，還需要與齒輪變速器進(jìn)行相連，做好后續(xù)的動力傳遞。而對整個齒輪分度盤而言，在該裝置實(shí)際運(yùn)行時，需要經(jīng)過多級機(jī)械傳動，才能夠為夾頭盤提供相應(yīng)的驅(qū)動力。在上述整個過程中，不僅涉及到的驅(qū)動結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，還很容易加重零部件之間的磨損，且不同裝置零件之間需要長期不斷地進(jìn)行磨合，在長期受力的作用下，將會導(dǎo)致傳遞零件部分受到一定的損傷，最終對夾頭盤精準(zhǔn)度造成嚴(yán)重的影響。

2.齒輪變速器本身在運(yùn)轉(zhuǎn)時會受到較大的磨力，同時還會產(chǎn)生較大振動，振動不僅會加重零件的磨損，同時受上述兩種因素的影響，在該機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，還會產(chǎn)生非常大的噪音。尤其是該裝置需要在車間內(nèi)運(yùn)行，因此噪音帶來的影響會更大，不利于工人在車間內(nèi)長期工作，很容易形成嚴(yán)重的噪聲污染，影響工人的生產(chǎn)狀態(tài)。

3.通過上述對傳統(tǒng)制瓶機(jī)驅(qū)動過程的分析可知，夾頭盤在實(shí)際運(yùn)行時，需要經(jīng)歷非常復(fù)雜的驅(qū)動，這種復(fù)雜性還表現(xiàn)在動能傳遞上，同時由于傳遞零件眾多，傳遞過程也比較復(fù)雜，一般動能需要經(jīng)過多級傳遞。在上述整個過程中，必然會導(dǎo)致很多動能能量的損失。不僅不利于整體運(yùn)行效率提升，而且在實(shí)際生產(chǎn)過程中，還會消耗大量的電能，很容易增加制瓶機(jī)的生產(chǎn)與維護(hù)成本，不利于制瓶機(jī)整體生產(chǎn)效益提升。

4.在生產(chǎn)車間內(nèi)，由于制瓶機(jī)設(shè)備通常會長時間持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，受本身驅(qū)動、傳動復(fù)雜等因素的影響，制瓶機(jī)的各種驅(qū)動零件自身磨損會逐漸加重，而這些零件通常都是精密性零件，最終會對自身的精度造成嚴(yán)重的影響。而零件精度地丟失，最終會影響制瓶機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量。[2]因此為保障后續(xù)的生產(chǎn)質(zhì)量，必然需要投入大量的人力物力進(jìn)行檢查、維護(hù)，從而導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用顯著增加。并且由于傳動裝置磨損嚴(yán)重，還需要經(jīng)常性地進(jìn)行零部件的更換，才能保障生產(chǎn)精度，這顯然會增大企業(yè)維護(hù)成本。

3 智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

通過上文敘述，我們已經(jīng)能夠?qū)鹘y(tǒng)制瓶機(jī)存在的技術(shù)問題缺陷有了一個詳細(xì)的了解與認(rèn)知。為有效實(shí)現(xiàn)上述問題解決，在提高制瓶機(jī)生產(chǎn)效率與質(zhì)量的同時，有效降低了制瓶機(jī)的生產(chǎn)成本，還需要加強(qiáng)對智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究。尤其是在當(dāng)前各種先進(jìn)的信息技術(shù)、智能技術(shù)、自動化技術(shù)迅猛發(fā)展的當(dāng)下，再加上市場對高質(zhì)量的瓶罐需求日益提升，因此為了推動制瓶廠為了可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)注重引入智能化技術(shù)，加強(qiáng)對制瓶技術(shù)的研究分析。

在本文研究中，主要研究內(nèi)容為制瓶機(jī)夾頭盤驅(qū)動裝置，研究目的是改進(jìn)這一驅(qū)動裝置，彌補(bǔ)其缺陷問題。通過研發(fā)智能化磁懸浮制瓶機(jī)直分度式的驅(qū)動裝置，該裝置由主軸套、直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)等組成。其中直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)選用基于磁懸浮技術(shù)的電機(jī)，該電機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子，在主軸上端，一般固定有夾頭盤。以下是具體分析。

3.1 智能化磁懸浮制瓶機(jī)直分度式分度方法

針對智能化磁懸浮制瓶機(jī)，主要采用的是直分度式分度方法，針對該項方法的研究，包括了以下幾個關(guān)鍵步驟。

1.設(shè)置初始參數(shù)。需要在配置在制瓶機(jī)中的PLC中，輸入單工位運(yùn)行角度，該角度需要結(jié)合實(shí)際工位的數(shù)量而定，在具體計算方面，可以參考以下公式：360°/實(shí)際工位數(shù)。

2.基準(zhǔn)點(diǎn)定位。首先，將直連式驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)子定位到基準(zhǔn)點(diǎn)位置，然后再進(jìn)行制瓶機(jī)零點(diǎn)定位。最后，還需要注重做好轉(zhuǎn)子的控制，一般情況下，轉(zhuǎn)子由定子完成分度的控制。

3.轉(zhuǎn)子被定子進(jìn)行分度控制。該控制步驟較為系統(tǒng)復(fù)雜，因此需要詳細(xì)分析。首先，在PLC 單片機(jī)啟動后，會對驅(qū)動器加以控制，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，發(fā)送針對性指令。此時驅(qū)動器在接收到相應(yīng)指令后，會執(zhí)行分度控制操作，即先輸出正向的電流，使定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。而轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時，則會對定子產(chǎn)生的磁場起到一定的切割作用。受此影響，將會形成一個正向的力矩，該力矩能夠為夾頭盤提供驅(qū)動力。使其能夠處于加速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)。然后，在PLC 的控制下，驅(qū)動器會再次輸出電流，且本次的電流方向與第一次電流輸出方向相反。如此一來，定子也會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，但此時由于轉(zhuǎn)子切割方向不變，因此產(chǎn)生的力矩也會變成反方向力矩，那么夾頭盤的驅(qū)動力方向也會發(fā)生變化，在實(shí)際運(yùn)動時，將會做減速運(yùn)動的方式。與此同時，PLC 還可以結(jié)合實(shí)際需求，以向驅(qū)動器輸出相應(yīng)的指令，由驅(qū)動器輸出電流，促使驅(qū)動電機(jī)能夠帶動夾頭盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動，便于夾頭盤在下一個工位進(jìn)行生產(chǎn)操作。

4.維持制瓶時間。制瓶機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)操作時，需要一定的生產(chǎn)時間，在這一時間段內(nèi)，夾頭分度不得發(fā)生變化，基于此，此時在PLC 的控制下，驅(qū)動器輸出穩(wěn)態(tài)的電流，不會產(chǎn)生磁場，那么轉(zhuǎn)子也不會形成磁場切割，夾頭盤失去了驅(qū)動力，自然會停在工位上，由此能夠有效地維持制瓶的時間。

5.后續(xù)在完成制瓶生產(chǎn)后，便可以從步驟2 開始，重新賦予夾頭盤相應(yīng)的驅(qū)動力，完成夾頭分度的操作，進(jìn)行下一批瓶子的生產(chǎn)，從而更好地維護(hù)了整體制瓶生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

在智能化磁懸浮制瓶機(jī)中，主要包括以下幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)。

1.夾頭盤直驅(qū)技術(shù)。直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)的輸出軸套直接與固定連接夾頭盤的主軸套連接。因此在直連式驅(qū)動電機(jī)啟動時，能夠帶動主軸套轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動夾頭盤轉(zhuǎn)動。該驅(qū)動技術(shù)無需進(jìn)行減速機(jī)、齒輪等部件連接，因此實(shí)際運(yùn)行時，能量的損耗更低。

2.固定技術(shù)。在主軸套與機(jī)身之間，固定連接有支撐套。通過主軸套間接支撐夾頭盤，能夠有序增強(qiáng)夾頭盤的穩(wěn)定性。直聯(lián)式驅(qū)動電機(jī)通過在支撐座的幫助下，固定在機(jī)身的下方，能夠有效提高整體驅(qū)動裝置的穩(wěn)定性。

3.磁場分度技術(shù)。PLC 向驅(qū)動器輸出正反不同方向的電流，通過電流的方向，形成不同方向的力矩，帶動夾頭盤做減速或者加速運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)分度。

在上述關(guān)鍵技術(shù)中，主要包括以下幾點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)：

（1）制頸等分盤在每站自轉(zhuǎn)時，徑向跳動要求控制在0.10mm 以內(nèi)。

（2）制底等分盤在每站自轉(zhuǎn)時，徑向跳動要求控制在0.10mm 以內(nèi)。

（3）制頸等分盤鋁盤夾頭過站時，要求夾頭與夾頭之間的等分位置偏差在0.04mm 以內(nèi)。

（4）制底等分盤運(yùn)轉(zhuǎn)時，各站中心線對夾頭座中心線位置相對偏差在0.02mm 以內(nèi)。

3.3 智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

本次針對智能化磁懸浮制瓶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究，主要有以下幾點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)。

1.本驅(qū)動裝置在完成改進(jìn)后，能夠顯著降低機(jī)械摩擦帶來的磨損影響，從而促使自身的定位精度得到有效提升。除此之外，在實(shí)際定位的過程中，還可以結(jié)合實(shí)際的情況，在短時間內(nèi)，完成多次的精準(zhǔn)化定位，確保夾頭盤能夠始終在最佳的工作位置。除此之外，還能夠避免因長期嚴(yán)重磨損導(dǎo)致的零部件損傷，降低生產(chǎn)維護(hù)成本。

2.本驅(qū)動裝置在完成改進(jìn)后，由于整個機(jī)械磨傳動結(jié)構(gòu)得到了有效的優(yōu)化，且驅(qū)動力控制也更加精準(zhǔn)。由此在裝置實(shí)際運(yùn)行時，產(chǎn)生的振動也大大降低。從而在實(shí)際運(yùn)行的過程中產(chǎn)生噪音也比較小，解決了噪聲污染問題，因此更加適合在車間中進(jìn)行生產(chǎn)應(yīng)用，這對整體制瓶生產(chǎn)效率提升也有著較為積極的影響意義。

3.本驅(qū)動裝置在動能傳遞方面更加簡潔高效，無需多級傳動，因此動能利用效率更高，由此可以降低電能的消耗量，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。除此之外，還能夠減少直聯(lián)式驅(qū)動結(jié)構(gòu)之間的磨損，因此整體的故障發(fā)生概率大大降低，不再需要日常頻繁的維護(hù)，有著良好的穩(wěn)定性與可靠性，更有利于成本的降低與生產(chǎn)效益的提升。

4.本裝置搭載有PLC 裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)裝置的自動化控制，比如能夠通過PLC，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求發(fā)出相應(yīng)的控制信號，實(shí)現(xiàn)整個過程的精準(zhǔn)化控制。同時在這種精準(zhǔn)控制的幫助下，能夠?qū)α悴考哪p降至最低。因此相應(yīng)的零部件可以長時間地使用。通常而言，只有零部件因為自身原因發(fā)生了老化，才需要更換，不再因為長期嚴(yán)重磨損而頻繁更換零件，因此整體制瓶設(shè)備運(yùn)行成本更低。

5.本智能化磁懸浮制瓶機(jī)在實(shí)際運(yùn)行時，驅(qū)動裝置由PLC 自動化控制，無需人工干預(yù)，因此整個生產(chǎn)過程會更加地精準(zhǔn)。能夠始終保證正常分度運(yùn)轉(zhuǎn)，降低故障的發(fā)生概率，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性與精準(zhǔn)性，且無需大量勞動力。

6.本智能化磁懸浮制瓶機(jī)由傳統(tǒng)的機(jī)械傳動分度改進(jìn)為磁場分度，分度準(zhǔn)確度高，沒有傳統(tǒng)機(jī)械式分度方式組合裝配主機(jī)后的累積誤差[3]。本磁場分度方式不需要日常潤滑，因此更加節(jié)能環(huán)保，同時沒有觸合點(diǎn)及摩擦點(diǎn)，使用壽命更長。

4 總結(jié)

總而言之，通過在分析傳統(tǒng)制瓶機(jī)存在的技術(shù)缺陷基礎(chǔ)上，探討了智能化磁懸浮制瓶機(jī)的直分度式分度方法與相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。其中驅(qū)動裝置直接驅(qū)動制瓶機(jī)的夾頭盤，能夠避免因多級機(jī)械傳動造成的能量損耗，并且對驅(qū)動裝置的控制進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)制瓶機(jī)夾頭盤的精準(zhǔn)定位，提高了夾頭盤的精度，解決了現(xiàn)有齒輪間接傳動磨損嚴(yán)重、夾頭盤定位精度差等技術(shù)問題，因此適合大面積推廣應(yīng)用。