纸浆模塑餐具生产中整线气动控制系统的设计

纸浆模塑餐具生产中整线气动控制系统的设计

邢静宜

【摘 要】摘要:气动控制系统是纸浆模塑餐具自动生产线中的重要环节。介绍了全自动纸浆模塑生产线的生产工艺过程，详细描述了纸浆模塑生产线气动系统的工作过程及系统的组成。通过气动控制可以实现物料的大批量转移，减少工作人员，同时可以提高工作效率，方便大规模生产，增加企业的效益。 【期刊名称】机床与液压 【年(卷),期】2012(000)020 【总页数】5

【关键词】关键词:纸浆模塑生产线；工艺流程；气动控制

“绿色包装”主要是指对生态环境和人体健康无害，资源可循环复用和再生利用、促进可持续发展的包装。“绿色包装”材料 (包括可食性材料、可降解材料）可降解回归大自然。由于纸包装材料可完全降解，废弃物回收价值大，符合环境保护的要求，已成为国际流行的“绿色包装”的主要材料。纸浆模塑制品的出现是纸包装的一次重大飞跃，它具有防潮、防霉、防静电、防水、防油、耐热、无毒、无味、良好的缓冲性等优点。其原料为资源丰富的可再生植物纤维，废弃物在自然环境中易腐烂、分解，最终被自然界消化、吸收，制品广泛应用于工业产品与农副产品的包装及食品容器 (如餐具）。纸浆模塑制品成为目前公认的EPS包装物品的理想替代品。

1 纸浆模塑餐具的生产工艺描述

1.1 工艺流程

纸浆模塑餐具全自动生产线的工艺流程如图1，主要包括浆料制备、成型、湿

坯转移、烘干定型及成品转移等主要环节。浆料制备为将浆板与少量水混合后在磨浆设备中捣碎成浆液，然后由浆泵抽入调浆池后加入助剂，采用计算机控制自动加入白水调成所需浓度，再抽入贮浆池中备用。成型过程包括成型下模下移浸入贮浆池中 (2 s）吸浆 (2 s）后上移到中位(1 s），通真空进行脱水 (7 s），而后成型下模继续上移到高位 (1 s）与上模闭合将湿坯挤压成型 (4 s），此时成型下模吹气，上模通真空将湿坯吸到上模上 (1 s）。成型结束后成型下模继续下降吸浆 (4 s），而成型后的湿坯由成型上模在水平移动气缸的作用下转移到烘干工位 (4 s）。烘干时，成型上模移到烘干下模的上方，热下模上升接湿坯 (1 s），上模吹气，下模吸气 (1 s），然后热下模下降回位 (1 s），成型上模回位 (4 s）。热压下模上升与固定热压上模闭合 (4 s）烘干湿坯 (20 s）。烘干完成后，热压下模回位 (4 s），气控机械手到达热模上方 (2 s），小气缸下降接触热坯 (1 s），吸盘吸气热下模吹气 (1 s），小气缸上升 (1 s），机械手回位 (2 s），机械手吹气 (1 s），成品落下转入包装线，最后进行检验、包装、入库。 1.2 纸浆模塑餐具成型工作循环图

由纸浆模塑生产工艺过程可知，纸浆模塑成型及热压是一个典型的顺序控制系统。图2为成型部分工作循环图。纸浆模塑制品的成型、转移、落料等需要真空和高压两类气源。因此，成型模和转移模两个运动部件的驱动采用气动形式不仅可以满足要求，而且简单、经济。并且成形是保证制品质量的关键，每一工位工作时间的长短，会对整条线的循环时间带来影响，这是因为为了避开用电高峰，根据循环图中的各工位用电量，机组间交错工作，能量会得到有效的利用。

2 气动控制系统设计

2.1 整线气动原理图

通过对整线气动的描述，现设计纸浆模塑餐具全自动生产线的气动原理图，如图3所示。

这套整线控制系统的气源是空气压缩机和真空泵，执行元件是机械手，控制元件是一些阀。通过PLC对电磁换向阀进行控制，进而完成所有的规定动作。下面简单介绍整线气动控制原理图中各个部分。 2.2 气液增压缸气控回路

气控回路系统由1个两位五通阀、1个气控差压控制阀、4个单向阀、4个节流阀和1个溢流阀组成，如图4所示。 气液增压缸的优点:

(1）能将0.4～0.6 MPa低压气体很方便地转换成高压气体，压力可达8～15 MPa，从而使夹具外形尺寸小，结构紧凑；传递总力可达(1～8）×104N，可取代液压泵等复杂的机械液压装置。

(2）由于一般夹具的动作时间短，夹紧工作时间长，采用气液增压装置的夹具，在夹紧工作时间内，只需保持压力而无需消耗流量，在理论上是不消耗功率的，这一点是一般液压传动夹具所不能达到的。

(3）油液只在装卸工件的短时间内流动一次，所以油温与室温接近，且漏油很少。

在该全自动生产线中成型部分和热压定型部分都采用了气液增压缸带动模具闭合以去除游离水，当凹凸模闭合后，要求对坯料施以压力 (约12 000×9.8 N）。如果用普通气缸，缸径应以所需压力12 000×9.8 N设计，缸径 式中:F1=12 000×9.8 N(实验求出）；