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2019-01-07

本文論述了電機的工作原理及使用特點，介紹了電機在包裝機械中的幾個應用實例，指出電機在包裝機械中具有的廣闊應用前景。 一、電機工作原理 電機是將給定的電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。 給定一個電脈沖信號，電機轉子就轉過相應的角度，這個角度就稱作該電機的步距角。目前常用電機的步距角大多為1.8度（俗稱一步）或0.9度（俗稱半步） 。以步距角為0.9度的進步電機來說，當我們給電機一個電脈沖信號，電機就轉過0.9度；給兩個脈沖信號，電機就轉過1.8度。以此類推，連續給定脈沖信號，電機就可以連續運轉。由 于電脈沖信號與電機轉角存在的這種線性關系，使得電機在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應用。 電機的使用至少需要三個方面的配合，一是電脈沖信號發生器，它按照給定的設置重復為電機輸送電脈沖信號，目前這種信號大多數由可編程控制器或單片機來完成；二是驅動器（信號放大器），它除了對電脈沖信號進行放大、驅動電機轉動以外，還可以通過它改善電機的使用性能，事實上它在電機系統中起著重要的作用，一般一種電機可以根據不同的工況具有多種驅動器；三是電機，它有多種控制原理和型號，現在常用的有反應式、感應子式、混合式 電機的速度控制是通過輸入的脈沖頻率快慢實現的。當發生脈沖的頻率減小時，電機的速度就下降；當頻率增加時，速度就加快。還可以通過頻率的改變而提高電機的速度或位置精度。 電機的位置控制是靠給定的脈沖數量控制的。給定一個脈沖，轉過一個步距角，當停止的位置確定以后，也就決定了電機需要給定的脈沖數。在包裝機控制中，給定脈沖數的多少，還與機構的參數有關，例如螺桿的直徑等。 在包裝機械中，很多情況下需要控制執行機構的運行速度和運行位置，以前都是通過機械或其它方式來完成的，機構復雜、調節不易。改用電機后，不僅能使包裝機械結構變得簡單、調節方便、可靠性增加，而且粗度會得到很大提高。 二、電機在物料計量方面的應用 1．粉狀物料的計量 螺桿計量是常用的容積式計量方式，它是通過螺桿旋轉的圈數多少來達到計量的多少，為了達到計量大小可調和提高計量精度的目的，要求螺桿的轉速可調和位置定位準確，使用電機可以同時滿足這兩個方面的要求。 例如粉劑包裝機的計量采用了電機控制螺桿的轉速和轉數，不僅簡化了機械結構，而且使得控制非常方便。在不過載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，這與電磁離合器控制的螺桿計量相比，具有明顯的精度優勢，更加適合于比重變化比較大的物料計量。 電機與螺桿采用直接連接的方式，結構簡單，維修方便。值得指出的是，如電機的過載能力較代，當輕微過載時，就會出現相當大的噪聲。因此，在計量工況確定以后，就要選用較大的過載系數，以保證電機平衡工作。 2．粘稠體物料的計量 電機控制齒輪泵也可以實現精確計量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應用，例如糖漿、豆沙、白酒、油料、番茄醬等的輸送。目前在對這些物料的計量方面大多使用活塞泵，存在著調整困難、結構復雜、不便維修、功耗大、計量不準等缺點。 齒輪泵計量是靠一對齒輪嚙合轉動計量的，物料通過齒與齒的空間被強制從進料口送到出料口。動力來自電機，電機轉動的位置及速度由可編程控制器控制，計量精度高于活塞泵的計量精度。 電機適于在低速下運行，當速度加快時，電機的噪聲會明顯加大，其它經濟指標會顯著下降。對于轉速比較高的齒輪泵來說，選用升速結構比較好。我們在粘稠體包裝機上開始采用的是電機直聯齒輪泵的結構，結果聲難以噪聲難以避免，可靠性下降。后來采用直齒輪升速的辦法，降低了電機的速度，噪聲得到了控制，可靠性也有所提高，計量精度得到了保證。 三、電機在供送包裝膜中的應用 在制袋、充填、封口為一體的包裝機中，要求包裝用塑料薄膜定位定長供給，無論間歇供給還是連續供給，都可以用電機來可靠完成。 1．用于間歇式包裝機 間歇式包裝機使用電機供膜，可靠性可以得到提高。以前的包裝膜供送多采用曲柄連桿機構間歇拉帶方式，結構復雜，調整困難，特別是當需要更換產品時，不僅調節困難，而且包裝膜浪費很多。采用電機與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結構得到了簡化，而且調節極為方便，只要通過控制面板上的按鈕就可以實現，這樣既節省了調節時間，又節約了包裝材料。 在間歇式包裝機中，包裝材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長控制模式和色標控制模式。袋長控制模式適用于不帶色標的包裝膜，通過預先設定電機轉速的方法實現，轉空比的設定通過撥碼開關就可以實現。色標模式配備有光電開關，光電開關檢測色標的位置，當檢測到色標時，發出控制開關信號，電機按到信號后，停止轉動，延時一定時間后，再轉動供膜，周而復始，保證按照色標的位置定長供膜。 2．用于連續式包裝機 在連續工包裝機中，電機是連續轉動的，包裝膜被均勻的連續輸送，當改變袋長時，只需通過撥碼開關就可以實現。 四、電機在橫封中的應用 在連續式包裝機中，橫封是一個很重要的執行機構，也是包裝機中比較復雜的機構之一。特別對于有色檔的包裝膜，其封口和切斷位置要求極其嚴格，為了提高切斷的準確性，人們先后研制了偏心鏈輪機構、曲柄導桿機構等，但這些機構都存在著調整十分麻煩、可靠性低的缺點。造成這些缺點的主要原因是工藝要求橫封輪定速橫封和定位切斷。 電機直接驅動橫封輪可以實現速度同步。連續式包裝機的供膜輪是連續供膜的，橫封時要求橫封的線速度與薄膜供送的速度同步，以免出現撕裂薄膜和薄膜堆積的情況，由于橫封輪的直徑是恒定的，當改變袋長時，就需要通過改變橫封輪的轉速來改變，但是橫封需要一定的時間，就是說橫封輪與薄膜從接觸到離開需要恒定的時間，否則封口吵嚴。橫封輪每轉一周的總時間與橫封所需要的時間都是恒定的，要滿足速度同步的要求，可以將電機一周內的轉速分成兩部分，一部分首先滿足速度同步的要求，而另外空載的部分滿足一周總時間的要求。 為了實現良好的封口質量，還可以通過電機對橫封輪實現非衡速的控制模式，就是在橫封的每一點上都實現速度同步，限于篇幅，這里不再陳述。 電機的特點主要歸于三個方面，一是過載性好。其轉速不受負載大小的影響，不像普通電機，當負載加大時就會出現速度下降的情況，所以電機使用在對速度和位置都有嚴格要求的場合；二是控制方便。電機是以“步”為單位旋轉的，數字特征比較明顯，這樣就給計算機控制帶來了很大的方便，反過來，計算機的出現也為電機開辟了更為廣闊的使用市場；三是整機結構簡單。傳統的機械速度和位置控制結構比較復雜，調整困難，使用電機后，使得整機的結構變得簡單和緊湊。 電機在包裝機械中的就用還剛剛開始，原來許多傳統的機械控制方式都可以用電機來替代，除了上面介紹的一些用途外，它還在印刷、灌裝、囊包等方面得到了應用，相信在較短的時間內，我國的包裝機械行業定能在電機技術的平臺上躍上一個新的水平。