基于步進電機與凸輪聯合控制技術在盒外透明紙包裝中的應用

拓宏偉

【摘 要】YB55型包裝機在煙包外透明紙包裝過程中，由于包裝機速度不同，機器啟動階段和加速階段會造成加熱時間不同，導致煙包透明紙包裝質量不穩定。經過實踐利用機械凸輪與步進電機聯合控制的方法來解決這一問題，包裝機在勻速運轉時，利用機械凸輪控制煙包透明紙長邊加熱器的封口動作和加熱時間，在啟動和加速階段，則利用步進電機輔助控制加熱器動作及加熱時間，使加熱器在機器速度不同時對煙包透明紙封口加熱時間保持基本一致，以保證煙包透明紙包裝質量的穩定可靠。

【關鍵詞】步進電機 凸輪聯合控制技術 盒外透明紙

1 機械凸輪控制過程

YB55盒外透明紙包裝機設計原理是主電機通過齒輪帶動機械凸輪，利用機械凸輪-馬耳他輪來控制加熱器的往復運動，實現對盒外透明紙的包裝，在包裝過程中，經常會出現散包、褶皺、燙壞等產品質量問題。

盒外透明紙封口質量取決于加熱器的烙封壓力、溫度和停留時間。加熱器烙封壓力可以通過加熱器的聯接組件方便調整，溫度則是通過MICRO II微機進行設置和控制，停留時間卻由機器速度決定，由于機械凸輪的運動軌跡不會變化，速度越快，加熱器在透明紙封口處的停頓時間就越短，加熱時間越短，就很容易出現松包等質量缺陷。反之機器速度越慢，停頓時間越長，則會出現煙包褶皺、燙壞等現象。在相同的溫度下，不同的加熱時間直接影響到煙包盒外透明紙的封口質量。

包裝成形輪內的煙包盒外透明紙加熱過程是由固定的機械凸輪帶動透明紙長邊封口加熱器（其工作原理如圖1所示），實現靠近煙包→烙封煙包外透明紙→離開煙包的過程，加熱器完全由機械凸輪帶動，機械凸輪通過連桿驅動加熱器做上下往復運動，對煙包進行加熱。煙包成型輪作順時針方向間歇運動，在煙包成型輪停止時加熱器對煙包進行烙封，從而完成煙包盒外透明紙的包裝。

在任何速度下，由于機械凸輪的運動軌跡不變，所以在不同的速度下，加熱器對煙包的烙封停留時間不同，在啟動和加速階段由于機器速度由慢到快，會導致加熱器在烙封煙包外透明紙時停留時間不一致，從而造成煙包透明紙包裝質量問題。機械凸輪控制加熱器在固定相位下降，實現對煙包盒外透明紙的烙封，并在固定的相位提升加熱器使其遠離煙包，從而停止對煙包盒外透明紙的烙封。

2 步進電機和機械凸輪聯合控制過程

為了解決在啟動和加速階段，由于機器運行速度造成加熱器烙封停留時間不均勻導致的包裝質量問題，在凸輪與加熱器之間介入步進電機控制技術。步進電機通過連桿控制加熱器先于凸輪控制的相位離開煙包，從而減少加熱器對煙包盒外透明紙的停留時間，實現在不同速度下，加熱器對煙包盒外透明紙的停留時間保持恒定不變。

當YB55盒外透明紙包裝機低于300包/分時，說明機器處于啟動或即將停止階段，這時煙包加熱器的下降動作依然由機械凸輪控制著，而加熱器的提升動作則通過激活步進電動機，來實現對加熱器的預先提升，將步進電機順時針方向旋轉9°，將預先提升機械凸輪控制的加熱器，利用步進電機的旋轉動作改變位置 A和位置B之間的距離，使煙包盒外透明紙加熱器提前離開煙包，從而改變加熱器對煙包盒外透明紙的烙封停留時間（如圖2所示）。由于步進電機使加熱器提前離開煙包，而此時機械凸輪依然按原定軌跡運行，這樣就會出現下一個煙包錯位的情況。

為了保證下一個循環煙包正常運行，需要使步進電機回到初始位置，當機械凸輪旋轉到加熱器脫離相位時，步進電動機開始反向運動，帶動連桿復位到HOME傳感器的位置，在機械凸輪和步進電動機共同運動的作用下，連桿位置從虛線A′運動到位置A。

通過對機器運轉速度的監測，可以控制步進電機何時參與機械烙封過程，從而控制烙封停留時間穩定，改善煙包透明紙包裝質量。當YB55盒外透明紙包裝機高于300包/分時，說明機器處于穩定運行階段，此時煙包加熱器的往復動作完全由機械凸輪控制運行，烙封質量穩定。

3 結語

通過機械凸輪和步進電機輔助在傳動連桿上，使二個加熱器的烙封相位規律運行，保證煙包烙封停頓時間一致，杜絕散包、褶皺、燙壞煙包等質量缺陷的發生。