智能化磁懸浮制瓶機(jī)的研發(fā)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

王海峰

摘 要 瓶罐玻璃制品是飲料、食品、日化、醫(yī)藥等行業(yè)的配套用包裝瓶，使用量大、涉及范圍廣、成本低廉，最關(guān)鍵的是可重復(fù)使用，符合國家當(dāng)前環(huán)保政策要求，因此在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的進(jìn)程中需求量逐年攀升，逐漸出現(xiàn)供不應(yīng)求的問題。雖然很多制瓶機(jī)廠家開始引入同步傳動(dòng)、電子定時(shí)控制、磁場(chǎng)控制系統(tǒng)等新技術(shù)，并推出了以同步傳動(dòng)、電子定時(shí)、分料器為主體的新產(chǎn)品，取得了一定的效果，但是仍會(huì)受限于其本身的資源與規(guī)模，難以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)新技術(shù)的有效使用?；诖耍剿髦悄芑艖腋≈破繖C(jī)的研發(fā)策略與技術(shù)實(shí)現(xiàn)已經(jīng)勢(shì)在必行。本文就智能化磁懸浮制瓶機(jī)研發(fā)現(xiàn)狀、智能化磁懸浮制瓶機(jī)技術(shù)的研發(fā)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了論述與分析。

關(guān)鍵詞 智能化 磁懸浮制瓶機(jī) 夾頭盤驅(qū)動(dòng)裝置

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）02-0031-03

瓶罐玻璃制品需求的不斷提升，間接刺激了制瓶機(jī)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，但是因與國外在技術(shù)、資源、規(guī)模等方面的巨大差距，使得很多小型的制瓶機(jī)工廠難以快速完成設(shè)備與技術(shù)的更新?lián)Q代，在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)地位。針對(duì)該種情況，本文探討了一種新型的智能化磁懸浮制瓶機(jī)，重點(diǎn)對(duì)制瓶機(jī)夾頭盤驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施革新，基于磁懸浮技術(shù)探索更為有效的驅(qū)動(dòng)裝置，以此來直接驅(qū)動(dòng)制瓶機(jī)夾頭盤，以防止制瓶時(shí)因多級(jí)機(jī)械傳動(dòng)而出現(xiàn)能量損耗，并實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的有效控制與分析，準(zhǔn)確定位制瓶機(jī)夾頭盤位置，增加夾頭盤精度，解決以往齒輪間傳動(dòng)磨損嚴(yán)重以及夾頭盤定位差的問題。

1 智能化磁懸浮制瓶機(jī)研發(fā)現(xiàn)狀

當(dāng)前階段，用于制瓶機(jī)夾頭盤的驅(qū)動(dòng)裝置以及對(duì)夾頭盤的分度方式包括以下兩種。

其一，夾頭盤驅(qū)動(dòng)裝置核心結(jié)構(gòu)包括：伺服電機(jī)、齒輪分度盤、齒輪變速器與主軸套。其中伺服電機(jī)在輸出時(shí)借助齒輪分度盤、齒輪變速器來連接主軸套。在以該結(jié)構(gòu)組織來驅(qū)動(dòng)夾頭盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可先通過伺服電機(jī)帶動(dòng)其內(nèi)部裝置的減速器轉(zhuǎn)動(dòng)，其后再通過減速機(jī)來帶動(dòng)齒輪變速器一同運(yùn)動(dòng)，齒輪變速器在運(yùn)動(dòng)后帶動(dòng)分度盤齒合傳動(dòng)，最后通過齒輪分度盤將動(dòng)力經(jīng)主軸套傳遞到夾頭盤[1]。

其二，夾頭盤分度方式：對(duì)伺服電機(jī)控制與齒輪變速器機(jī)械轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。該種分度方式在一定程度上會(huì)優(yōu)化制瓶機(jī)的生產(chǎn)流程，但是卻存在以下缺陷，阻礙了其進(jìn)一步發(fā)展：（1）因伺服電機(jī)中已經(jīng)設(shè)置有減速機(jī)，若是伺服電機(jī)再連接齒輪變速器，會(huì)使得齒輪分度盤經(jīng)過多級(jí)機(jī)械傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)夾頭盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也會(huì)讓磨合點(diǎn)處于不停運(yùn)轉(zhuǎn)受力的現(xiàn)狀，造成局部部件磨損，進(jìn)而影響頭盤轉(zhuǎn)動(dòng)位置準(zhǔn)確度;（2）齒輪變速器在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)程中，會(huì)持續(xù)受力磨合。出現(xiàn)大量噪音，對(duì)車間內(nèi)的工作人員造成較大的傷害;（3）未通過一定的方式將伺服電機(jī)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為能夠直接使用的動(dòng)能，在經(jīng)過多級(jí)傳動(dòng)之后造成大量的能量損耗，無端提升了維護(hù)與電能費(fèi)用，不利于企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展;（4）車間內(nèi)各項(xiàng)設(shè)備皆處于持續(xù)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，伺服電機(jī)與齒輪變速器中的減速器會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不斷增長之后出現(xiàn)磨損，設(shè)備精度難以保證，并需對(duì)其進(jìn)行定期的檢查與維護(hù)，每隔一段時(shí)間就需調(diào)整齒輪精度與間隙，運(yùn)行維護(hù)成本增加。此外在使用中產(chǎn)生嚴(yán)重磨損后，造成夾頭盤分度精度下降，必須更換齒輪分度盤、齒輪分度器與相應(yīng)的零部件，使用壽命的降低將導(dǎo)致成本的增加[2]。

2 智能化磁懸浮制瓶機(jī)技術(shù)研發(fā)與實(shí)現(xiàn)

智能化磁懸浮制瓶機(jī)技術(shù)研發(fā)與實(shí)現(xiàn)，需夾頭盤直驅(qū)技術(shù)、固定技術(shù)、磁場(chǎng)分度技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)來支撐。本文從以下數(shù)點(diǎn)討論分析智能化磁懸浮制瓶機(jī)研發(fā)過程。

2.1 技術(shù)研發(fā)途徑

探討一種針對(duì)磁懸浮制瓶機(jī)夾頭盤分度方法與驅(qū)動(dòng)裝置的革新方式，該制瓶機(jī)主要包括直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)與主軸套，其中電機(jī)包括轉(zhuǎn)子與電子，主軸套頂端與夾頭盤連接，且會(huì)穿過并緊固轉(zhuǎn)子輸出軸套，主軸套在穿過直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出軸套并與其下端鎖母緊密連接，且在主軸套上端固定夾頭盤。智能化磁懸浮制瓶機(jī)直分度式方法按照以下步驟進(jìn)行。

其一，設(shè)置初始參數(shù)。在PLC中輸入單工位運(yùn)行角度β，其值為360°/工位數(shù);其二，進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)定位。首先需將直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子定位到基準(zhǔn)點(diǎn)位置，其后再進(jìn)行制瓶機(jī)零點(diǎn)定位;其三，定子分度控制轉(zhuǎn)子。首先是啟動(dòng)工作。通過PLC向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)器按照指令要求輸出正向電流，定子形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子不斷切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，構(gòu)成正向力矩，夾頭盤在力矩作用下加速轉(zhuǎn)動(dòng)。其次是停止操作。PLC向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)器在作用下輸出反向電流，定子形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子持續(xù)切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生反向力矩，夾頭盤此時(shí)會(huì)進(jìn)行減速轉(zhuǎn)動(dòng)。最后PLC向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)器輸出電流使直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)夾頭盤轉(zhuǎn)到下一個(gè)或者多個(gè)工位;其四，維持制瓶時(shí)間。驅(qū)動(dòng)器輸出，保持夾頭盤持續(xù)維持穩(wěn)態(tài)電流，并到達(dá)直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī);其五，重復(fù)以上定子分度控制轉(zhuǎn)子與維持制瓶時(shí)間操作[3]。

2.2 智能化磁懸浮制瓶機(jī)工藝技術(shù)路線

智能化磁懸浮制瓶機(jī)工藝技術(shù)路線需分四個(gè)步驟：其一，需設(shè)計(jì)出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)總體方案與分度方法總體方案;其二，需進(jìn)行夾頭盤驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)、直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型、驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分度方法硬件設(shè)計(jì)、分度方法軟件設(shè)計(jì)、分度方法元件選型;其三，進(jìn)行樣機(jī)試制;其四，進(jìn)行整機(jī)測(cè)試[4]。在完成整機(jī)測(cè)試之后進(jìn)行小范圍推廣，再收集市場(chǎng)反饋，根據(jù)反饋來進(jìn)行該種制瓶技術(shù)的調(diào)整與優(yōu)化，使其能夠更好地滿足市場(chǎng)所需。

2.3 智能化磁懸浮制瓶機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑

其一，需進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研。綜合考察當(dāng)前國內(nèi)外智能化制瓶機(jī)夾頭盤應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)裝置，了解并把握當(dāng)前階段制瓶機(jī)夾頭盤的分度方法與驅(qū)動(dòng)裝置，探究現(xiàn)有結(jié)構(gòu)以及選擇分度方法時(shí)的現(xiàn)存問題，以問題為導(dǎo)向制定并實(shí)施針對(duì)性的解決方案;其二，首先綜合企業(yè)各方面的人力資源優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)智能化磁懸浮制瓶機(jī)夾頭盤的分度方法與驅(qū)動(dòng)裝置方案，對(duì)方案進(jìn)行多方位論證，明確分度方法與驅(qū)動(dòng)裝置的整體方案，完成整體的方案設(shè)計(jì)后，再進(jìn)行驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)、分度方法硬件與軟件的設(shè)計(jì)，并保持其與整體設(shè)計(jì)方案的和諧性;其三，在智能化磁懸浮制瓶機(jī)夾頭盤驅(qū)動(dòng)裝置完成之后，實(shí)施樣機(jī)試制，以此來測(cè)試與調(diào)控驅(qū)動(dòng)裝置整體的驅(qū)動(dòng)能力，分析其與一般驅(qū)動(dòng)裝置間的差異性，剖析其中存在的問題，以問題為導(dǎo)向制定針對(duì)性的解決方案，以便對(duì)其加以完整與優(yōu)化。在夾頭盤分度方法確定并完成后，也需進(jìn)行多方位測(cè)試，明確夾頭盤的真實(shí)分度定位精度，明確其中存在的缺陷問題，以便對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性地解決，保證其使用效果;其四，對(duì)設(shè)計(jì)出的項(xiàng)目產(chǎn)品進(jìn)行最后階段的總結(jié)驗(yàn)收，確保其滿足市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)之后再進(jìn)行量產(chǎn)[5]。

2.4 智能化磁懸浮制瓶機(jī)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

當(dāng)前市場(chǎng)上所有的智能化磁懸浮制瓶機(jī)大多是行列式制瓶機(jī)，其工藝流程為：行列式制瓶機(jī)吹-吹法成型工藝過程。吹-吹法多用于小口徑玻璃瓶罐的制造，其工藝過程為：裝料→撲氣→倒吹氣初型吹脹→雛形翻轉(zhuǎn)→正吹氣與瓶罐固化冷卻→鉗瓶→冷卻輸送;行列式制瓶擠壓-吹法成型工藝過程。壓-吹法多用于大口徑玻璃瓶罐的制造，其工藝過程為：裝料→沖壓制取雛形→雛形吹脹→雛（初）型瓶翻送→正吹氣與固化冷卻→鉗瓶→冷卻輸送。從其工藝流程入手展開創(chuàng)新工作，具體創(chuàng)新點(diǎn)包括以下多種。

其一，該種制瓶機(jī)選擇的驅(qū)動(dòng)裝置能夠克服以往制瓶過程中因機(jī)械摩擦而造成的定位精度受損，且能進(jìn)行重復(fù)多次定位，精準(zhǔn)度大大提升，可讓夾頭盤一直定位在比較精準(zhǔn)的位置來進(jìn)行制瓶工作，產(chǎn)品規(guī)格一致性得到保障，且該種制瓶方式能夠避免過多的人力物力投入，信息化程度高，能夠縮減企業(yè)的成本，利于企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)收益;其二，應(yīng)用該種驅(qū)動(dòng)裝置能夠降低以往生產(chǎn)過程中的噪音問題，有效保護(hù)了工人的健康，符合國家環(huán)保發(fā)展的根本要求，利于制造企業(yè)的健康發(fā)展;其三，一方面該種驅(qū)動(dòng)裝置可直接將動(dòng)力傳遞給夾頭盤以驅(qū)使其轉(zhuǎn)動(dòng)，降低了電能損耗，并減少了成本投入。另一方面也減少了直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)在持續(xù)工作中的磨損，降低了維護(hù)頻率，增加了其使用壽命，可靠性、穩(wěn)定性得以提升;其四，智能化磁懸浮制瓶機(jī)以傳輸?shù)目刂菩盘?hào)，讓直聯(lián)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子接收到指定信號(hào)，轉(zhuǎn)子與定子間會(huì)形成磁場(chǎng)，讓主軸套與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)分度，該種分度會(huì)持續(xù)進(jìn)行一致性運(yùn)轉(zhuǎn)，只因定子、轉(zhuǎn)子等電子控制元件在老化不能使用之后才會(huì)更換;其五，該種磁懸浮制瓶機(jī)只依靠數(shù)據(jù)指令即可直接驅(qū)動(dòng)夾頭盤轉(zhuǎn)動(dòng)，不受外部環(huán)境影響，亦不需較多的人工維護(hù)，能夠保持分度一直處于正常狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)效率與質(zhì)量提升的同時(shí)，降低勞動(dòng)力支出;其六，智能化磁懸浮制瓶機(jī)，將傳統(tǒng)形式的機(jī)械分度改為磁場(chǎng)分度，其整體的分度精準(zhǔn)度得到大幅度提升，避免了以往機(jī)械分度下的誤差，且不需進(jìn)行各種潤滑操作，不存在摩擦點(diǎn)與觸合點(diǎn)，壽命得以提升。

2.5 風(fēng)險(xiǎn)管理

要實(shí)現(xiàn)智能化磁懸浮制瓶機(jī)的研發(fā)與技術(shù)進(jìn)步，必須明確其中存在的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，并切實(shí)推進(jìn)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)管理工作，以下進(jìn)行細(xì)致分析。

其一，資金風(fēng)險(xiǎn)。智能化磁懸浮制瓶機(jī)的研發(fā)項(xiàng)目存在先期投入大、見效慢的風(fēng)險(xiǎn)。企業(yè)在較長的一段時(shí)間內(nèi)無新技術(shù)服務(wù)上市，需要持續(xù)地資金投入，因此有可能會(huì)面臨資金短缺的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)該種情況，需采取如下措施：首先強(qiáng)化制度管理，嚴(yán)格執(zhí)行研發(fā)資金管理辦法，從制度中確定研發(fā)資金?？顚Ｓ茫坏脭D占挪用。其次該項(xiàng)目作為公司發(fā)展重要的戰(zhàn)略技術(shù)儲(chǔ)備，公司需要安排充足的資金，保證項(xiàng)目各項(xiàng)研發(fā)工作的順利開展。

其二，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)目需要解決夾頭盤直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)、磁場(chǎng)分度技術(shù)、夾頭盤控制技術(shù)等多項(xiàng)核心技術(shù)，難度和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較高，有可能面臨研發(fā)失敗。針對(duì)該種情況，需采取如下措施：需明確項(xiàng)目經(jīng)理責(zé)任，使其能夠探索更加全面、專業(yè)的智能化磁懸浮制瓶機(jī)制造技術(shù)，并與高校建立全面的產(chǎn)學(xué)研合作，經(jīng)常進(jìn)行交流和技術(shù)培訓(xùn)活動(dòng)，極大地提升公司技術(shù)研發(fā)實(shí)力，完全有能力解決該項(xiàng)目研發(fā)所面臨的技術(shù)難題。

其三，市場(chǎng)、政策風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)目屬于專用高端機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，其主要面臨的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)為市場(chǎng)的接受度，且由于國家對(duì)制瓶機(jī)制造企業(yè)的準(zhǔn)確度和安全要求，需企業(yè)對(duì)新技術(shù)的嘗試保持謹(jǐn)慎的態(tài)度。針對(duì)該種情況，需采取如下措施：首先應(yīng)構(gòu)建示范工程模式，在小范圍進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確保其有效性與受歡迎程度之后再進(jìn)行大范圍的推廣，以此來解決目標(biāo)客戶對(duì)新技術(shù)的顧慮。

其四，構(gòu)建并完善各方面的管理制度及操作流程，明確崗位職責(zé)，建立技術(shù)檔案管理和項(xiàng)目管理方法，同時(shí)建立績(jī)效考核等激勵(lì)制度，有效地激勵(lì)員工高效工作，規(guī)范運(yùn)轉(zhuǎn)。通過多種手段加強(qiáng)內(nèi)外部合作機(jī)制的建設(shè)，建立技術(shù)團(tuán)隊(duì)，并互派技術(shù)人員進(jìn)行交流、研發(fā)、合作，有效保證各項(xiàng)科研項(xiàng)目的順利開展，并以各項(xiàng)完善的制度來規(guī)范員工的行為與各項(xiàng)操作，使其以更大的激情與積極性來投入到對(duì)應(yīng)的研發(fā)工作中。

其五，抓技術(shù)團(tuán)隊(duì)、抓投入、抓設(shè)備更新，并把握以下數(shù)點(diǎn)：（1）把創(chuàng)新、技術(shù)改造、項(xiàng)目投入、資金與銷售收入等納入考核指標(biāo)，做到生產(chǎn)、銷售、技改創(chuàng)新三同步，確保公司技術(shù)進(jìn)步保持強(qiáng)勁后力;（2）興建研發(fā)技術(shù)中心，公司投資建起了以新產(chǎn)品新技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)為主的研發(fā)技術(shù)中心，科學(xué)規(guī)范管理;（3）加速設(shè)備更新進(jìn)程，提高產(chǎn)品研發(fā)測(cè)試加工水平;（4）與高校進(jìn)行創(chuàng)新戰(zhàn)略合作，成立技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目研發(fā)小組，依托外部?jī)?yōu)質(zhì)技術(shù)資源強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，縮短產(chǎn)品創(chuàng)新周期，加速新產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，保證企業(yè)科研實(shí)力始終走在行業(yè)前端。

3 結(jié)語

綜上所述，文章就智能化磁懸浮制瓶機(jī)的研發(fā)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了論述與分析，探討了該種制瓶機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀并對(duì)比普通制瓶機(jī)的優(yōu)勢(shì)，要求給予其足夠的重視，從制瓶機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置與夾頭盤分度方法入手，對(duì)其進(jìn)行革新，使其能夠發(fā)揮出最大的價(jià)值，以此來推動(dòng)該種智能化制瓶機(jī)的研發(fā)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

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