Виготовлення сумок-з паперу, пластику чи нетканого матеріалу-включає ряд етапів: розрізання, запечатування, згортання та обробка. Ці кроки перетворюють безперервно скручувану сировину в готовий мішок для роздрібної торгівлі або використання на заводі. Додавання маркерів і встановлення патчів є найскладнішим механічним завданням у цих кроках. Виробник сумок повинен переміщати павутину з кількох матеріалів одночасно, наносити клей або термічно зварювати з високою точністю та підтримувати швидкість понад 150 пакетів за хвилину. Щоб зрозуміти, як ці машини автоматично обробляють вставки та латки, нам потрібно поглянути на механічні частини, системи датчиків і налаштування керування, які працюють разом.
Базова лінія: формування тіла мішка
Сумки потрібно виготовити до того, як додати ручки або латки. У стандартному пристрої для виготовлення поліетиленових пакетів плівка спадає з великого рулону, згортається у форму труби та запечатує дно. Ріжуче лезо розрізає трубу на окремі гнізда відповідної довжини. Потім кожен мішок рухається вперед по конвеєрній стрічці або ланцюговій системі, готовий до наступного кроку.
Вирівнювання мішка, коли він досягає ручки або ремонтної станції, є ключовим для всієї подальшої роботи. Якщо мішок відвалиться на 2 або 3 мм, поводження чи латання продовжуватимуть працювати неправильно, створюючи поганий мішок. Вирівнювання досягається за допомогою механічних напрямних, фоторецепторів, які зчитують відбиток на плівці, і систем трансмісії з серво-приводом для регулювання положення мішка під час його руху. Ці вимоги щодо точності охоплюються стандартом ISO 21848. Він встановлює обмеження розміру для гнучких пакувальних машин.
Вставка ручки: підготовка матеріалу та подача
Автоматичне вставлення ручки починається з окремої подачі матеріалів: рулон плоского матеріалу-як-от паперова стрічка, пластикова стрічка чи нарізані стрічки плівки-стає ручкою сумки. Матеріал ручки має бути обрізаний до певної довжини, а якщо потрібна ручка-петля, складіть її та помістіть у потрібне місце в сумці перед з’єднанням.
У верстаті для виготовлення круглої сумки смужку ручки спочатку обрізають до довжини, яка підходить для петель для кріплення ручки. Потім смуга складається у формі U або D за допомогою механічного складаного столу з направляючою пластиною та напрямною рейкою. Форма складок повинна бути щоразу однаковою. Зміна згину змінює довжину ручки, роблячи її нерівною. Системи складання з серво-керуванням замінили механічні складання з кулачковим-приводом у нових машинах. Це пояснюється тим, що сервосистема дозволяє змінювати розміри складання в електронному вигляді без необхідності заміни деталей.
Посилення латками-розміщення невеликого прямокутника матеріалу на точці кріплення ручки, щоб розподілити навантаження та запобігти розриву ручкою мембрани мішка-роз’єднує окрему мережу латкових матеріалів і розрізає їх на окремі латки. Латки зазвичай вирізають за допомогою ротаційної матриці, а для вирізання латки використовується ковадло. Це дозволяє виготовляти латки однакового розміру з однаковою швидкістю. Потім пластир переміщується в мішок за допомогою вакуумних присосок або механічного пристосування. Вони розміщують латку точно над точкою кріплення ручки.
Товариство інженерів-технологів написало статтю про серво{0}}системи подачі матеріалів у механічних процесах. Вони показують, що при використанні сервоприводів для -контролю натягу мережі матеріалу в реальному часі можна досягти точності вирівнювання ± 0,5 міліметра зі швидкістю 200 кіл за хвилину. Цей рівень точності є ключовим для розміщення латок. Пластир повинен повністю закривати область кріплення ручки, щоб забезпечити хороше зміцнення.
Операція склеювання: клей, термозварювання або ультразвукове зварювання
Коли ручка та латка на сумці встановлені, їх необхідно закріпити. У машині для виготовлення сумок існує три типи зазвичай використовуваних методів склеювання. Відповідно до пакувального матеріалу необхідно вибрати необхідну міцність з’єднання, швидкість виробництва та інші фактори.
Нанесення термоклею є найбільш гнучким методом. Він придатний для приклеювання ручок і латок до паперу, нетканого полотна та деяких пластикових пакетів. Нагрітий резервуар для клею перекачує розплавлений клей через програмоване сопло. Ця насадка наносить малюнок клеєм на пакет або на етикетку ручки. Форма сопла-зазвичай прямокутна, подвійна-дротяна або пунктирна-керується електромагнітним клапаном, який відкривається та закривається, коли машина циркулює. Температура і кількість клею повинні бути відповідними. Занадто мало клею, занадто слабкий, може зламатися під вагою. Занадто багато клею може призвести до екструзій, які залишають плями на машинах і поверхнях тканинних мішків.
Якщо сумка та ручка виготовлені з термопластичних плівок одного типу, використовуйте термозварку. Нагрійте ущільнювач і притисніть ручку до сумки. Це розплавить пластикову контактну точку та утворить зварний шов. Параметри ущільнення-температура, тиск і час-повинні бути встановлені для конкретних плівок. ASTM F88 надає стандартний метод випробування для вимірювання міцності ущільнення гнучких матеріалів. Виробники машин використовують ці тести для перевірки налаштувань ущільнень у контролері машини.
Ультразвукове зварювання є відносно новим методом упаковки, особливо підходить для нетканих пакетів. Ультразвукові колонки вібрують із частотою від 20 до 40 кГц. Це створює тепло тертя в точці контакту між тегом ручки та сумкою. Місцеве опалення можна зварювати без додаткового тепла або клею. Ультразвукове зварювання має такі переваги, як чистота, несмачність і відсутність термічного пошкодження навколишніх матеріалів. Це важливо для використання харчових-мішків. NIST опублікував роботу щодо встановлення параметрів ультразвукового зварювання для термопластичних нетканих матеріалів. Вони виявили, що міцність зварювання тісно пов’язана з амплітудою вібрації та тиском затиску. Найкращі налаштування можуть значно відрізнятися залежно від типу полімеру.
Синхронізація: архітектура керування
Основною проблемою з автоматичним вставленням ручки та обробкою латок є час. Сумки, матеріали для ручок, матеріали для накладок і механізм зв’язування мають бути одночасно в одному положенні, рухаючись із високою швидкістю цикл за циклом, без можливості помилок у визначенні часу. Цей час виконується за допомогою багаторівневого налаштування керування.
У верхній частині програмований логічний контролер (PLC) або контролер руху діє як головний годинник машини. Контролер сигналізує основне розташування-зазвичай від кодера або віртуальної електронної котушки на валу головної приводної лінії-, щоб визначити кут петлі машини. Кожен сервомотор у машині слідує цій основній позиції та обчислює свій рух відповідно до основної позиції. Коли позиція хоста вказує, що мішок досяг позиції ручки, ручка, що подається в сервопривід, прискорюється, щоб створити ручку, латка розрізає та передає сервопривод, щоб створити латку, а система з’єднання відкривається-і все це за мілісекунди.
Товариство промислової електроніки IEEE написало статтю про еволюцію технології електронного вала в машинах для перетворення. Вони зазначають, що сучасні розподілені сервосистеми можуть контролювати час об’єкта з точністю до ±0,1 градуса обертання головного вала. Це те саме, що до-мілісекунди часу на звичайних швидкостях машини. Саме такий рівень точності дає змогу вставляти повністю автоматичну ручку з високою продуктивністю. Старі механічні системи, які використовували кулачки, шестерні та зубчасті паси, могли зробити це лише з великою кількістю механічних частин і мало місця для змін.
Відгуки датчиків і гарантія якості
Одного часу недостатньо. Машини також повинні перевіряти правильність кожного кроку та відмовлятися обробляти або латати мішки, які не є правильними. Кожна станція має набір датчиків-для зворотного зв’язку в реальному часі.
Коли фотоелектричні датчики потрапляють на складаний стіл, вони перевіряють, чи є матеріал ручки там і чи знаходиться він у потрібному місці. Якщо датчик показує, що ручка відсутня або не вирівняна, контролер може викликати несправність і зупинити машину до того, як утвориться поганий мішок. Візуальні системи-малі камери з програмним забезпеченням для аналізу зображень-все частіше використовуються для перевірки розміщення патчів і візерунка клею форми. Візуальна система робить знімок кожного мішка під час проходження через контрольно-пропускний пункт і порівнює його з еталонним зображенням. Мішки, які надто відрізняються, позначаються для подальшого видалення шунта.
Структура HACCP FDA, яка спочатку була розроблена для безпеки харчових продуктів, використовувалася виробниками машин як модель для запобігання дефектам. Додавши кроки вставлення ручки та розміщення як ключові контрольні точки, а також додавши автоматичне виявлення на кожному кроці, виробники можуть продемонструвати, що їхні виробники пакетів забезпечують стабільний бездоганний вихід, який можна відстежити до встановлених параметрів процесу
Варіанти обробки латок: латки армування та латки вікон
Обробка латок у виробнику сумок працює двома різними способами, використовуючи однакові механічні частини, але різними способами. Як згадувалося раніше, накладки посилення розташовані в точці кріплення ручки, щоб розподілити навантаження. Латки для вікон-прямокутник прозорої плівки, розміщений на отворі в пакеті для створення прозорого вікна-потрібні різні налаштування позиціонування, але використовуються однакові системи подачі, різання та склеювання пластирів.
Можливість обробки обох типів латок на одній машині є конструктивною особливістю гнучкого портативного виробника пакетів. Рулон патч-матеріалу можна замінити з непрозорої арматури на прозору віконну плівку. Форми для різання також взаємозамінні, щоб виготовляти патчі різного розміру. Елементи керування оновлено відповідно до розміру нового патча та налаштувань з’єднання. Ця гнучкість дозволяє одній машині виготовляти різні стилі пакетів без особливих механічних змін-кільцеподібний-мішок із підсилювальними латками, вирізаний-мішок із віконними латками або пакет-тільки без латок.
Дослідження, проведене Інститутом пакувального обладнання Мічиганського державного університету, вивчало, як швидко багатофункціональні пакувальники переходять з роботи на роботу. Вони виявили, що машини з серво-керованими програмованими системами обробки патчів скорочують час перемикання на 60–75%% порівняно з механічно регульованими системами. Це скорочення часу перемикання безпосередньо покращує використання машини та зменшує відходи під час перемикання між циклами продукту.
Швидкість, технічне обслуговування та межі автоматизації
Максимальна швидкість транспортера для сумок з автоматичною ручкою не встановлюється жодним компонентом. Він визначається загальним часом, дозволеним усіма кроками в циклі. Зі швидкістю 150 мішків на хвилину машина завершує повний цикл кожні 400 мілісекунд. Протягом цього часу мішок повинен бути на місці, ручка повинна бути розрізана і складена, пластир повинен бути розрізаний і переміщений, повинен бути нанесений клей, система зв’язування повинна бути притиснута і послаблена, і готовий мішок повинен бути відправлений в зону збору. Кожен крок використовує частину бюджету в 400-мілісекунд. Решта часу-між кінцем одного кроку та початком наступного — це тимчасова подушка для поглинання невеликих змін.
Зі збільшенням швидкості подушка ГРМ стає все меншою. При 200 мішках за хвилину час циклу падає до 300 мілісекунд. Прокладка може бути недостатньою для обробки нормальних змін у подачі матеріалу, висиханні клею або реакції датчика. Машини більш чутливі до якості матеріалу, кімнатної температури та зносу машини. Потреба в технічному обслуговуванні є більш частою, а випадкові дефекти більш ймовірні.
Стандарти OMAC для пакувального обладнання, створені в рамках IEEE, забезпечують систему контролю стану машини та пошуку несправностей. Це допомагає операторам швидко виявляти та вирішувати проблеми синхронізації. Машини, які відповідають стандартам OMAC, відображають детальні діагностичні дані -, включаючи вимірювання часу на кожному місці та журнали, які змінюються з часом. Це дозволяє завчасно проводити технічне обслуговування та тонке налаштування процесу.
Висновок
Виробник сумок використовує сервопривод-систему подачі матеріалу, точне різання та складання, програмовані програмовані блоки зв’язування, багатошаровий контроль синхронізації, датчики якості, реалізують автоматичне вставлення ручок і обробку латок. Машина переміщує кілька мереж матеріалів-мішків, ручок, латок і клею-у щільному часовому циклі, який повторюється сотні разів на хвилину. Перехід від систем механічного кулачкового приводу до серво-керованих, програмованих налаштувань перетворив ці машини з одноразових-інструментів на гнучкі виробничі платформи, які можуть працювати з кількома стилями мішків з невеликим часом зміни. Наступний крок не механічний. Йдеться про інтелектуальне програмне забезпечення, яке покращує час, передбачає, коли потрібно проводити технічне обслуговування, і коригує, коли відбуваються серйозні зміни. З прогресом у системах керування та сенсорних технологіях наступним кроком буде рух вперед.
Список літератури
- Міжнародна організація стандартизації.ISO 21848 - Packaging - Flexible Packaging Bag-Making Machinery - Dimensional Tolerances. Женева: ISO, 2019.
- Товариство інженерів-технологів. "Серво{1}}Системи подачі матеріалу в обладнання для переробки: точність реєстрації та контроль натягу".Журнал Manufacturing Engineering, том. 166, №. 4, 2021.
- ASTM International.ASTM F88 - Стандартний метод випробування міцності ущільнення гнучких бар’єрних матеріалів. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- Національний інститут стандартів і технологій. "Оптимізація параметрів ультразвукового зварювання для термопластичних нетканих матеріалів в упаковці".Технічна примітка NIST 2195, 2020.
- Товариство промислової електроніки IEEE. "Технологія електронного лінійного вала в машинах для перетворення: точність синхронізації та розподілена серво архітектура".Транзакції IEEE щодо промислової електроніки, том. 68, №. 7, 2021.
- Науково-дослідний інститут пакувального обладнання, Мічиганський державний університет. "Ефективність переналаштування в багато-машинах-для виготовлення мішків: серво-привід проти механічних систем."Журнал пакувальних технологій і науки, том. 34, №. 2, 2022.
- Робоча група OMAC Packaging, Інститут інженерів з електротехніки та електроніки.Рекомендації OMAC Packaging Machinery: управління станом і діагностика. Piscataway: IEEE, 2020.
