摘要：介紹一種新型的包裝機械包材張力控制機構。該機構利用氣動執行元件的柔性特性，使包裝機既能實現高速開卷，又保證使包材的張力小而恒定，從而滿足現代高速包裝機構對其包材開卷的要求。

前言：近年來，氣動技術在包裝機械行業得到了廣泛地應用，使包裝機械行業有了長足的發展。由于氣動和度算機控制等先進技術的大量介入，使現代包裝機械的機械結構大為簡化、降低了設備造價，同時也提高了包裝速度和產品外觀技師沒備的自動比程度和可靠性都得到了大幅度提高。

氣動機構動作輕快，不污染環境，能夠很好地滿足包裝機械對速度和環境的要求。現代包裝機械一般采用氣缸做執行元件，主要是利用氣缸具有直線輸出和速度可調等特點，這樣就摒充了傳統的由旋轉運動到直線運動的減速和轉換機構，有效地簡化了包裝機械的傳動機構，降低了成本，縮短了生產周期。另外，采用氣缸做執行元件，通過調整控制軟件就可以解決整個執行機構協調工作的時序要求。這一點與傳統的凸輪控制機構相比，可以節省大量的安裝調試工作，這也是氣動技術在包裝機械行業得到普及的一個重要原因。氣動執行元件具有很好的柔性，或者說氣缸活塞的運動速度和行程可受其它機構的約束。利用氣動執行元件的這一特性，可以設計成氣動和機械組合的復合機構，來實現準確的動行協調和同步，也可設汁成柔性的執行機構，利用這種柔性機構可以完成一些特定工作。包括機氣動張力控制機構就是利用氣缸柔性進行工作的一個實例。

1、包裝機氣動卷材張力控制機構簡介

包裝機氣動卷材張力控制分為二個時段：

1)開膜時段：如圖1所示，伺服電機不運行，真空吸盤吸住包材，同時供膜輥制動氣缸松開供膜輥制動盤，供膜輥處于自由狀態，在擺動桿和拉膜浮動氣缸向下拉力的共同作用下，擺動桿向下擺動，通過包材牽引供膜輥轉動，進行開膜。當擺動桿向下運行到接近開關的作用位置時，傳感器發出信號，PLC控制制動氣缸對供膜輥制動，同時控制拉膜浮動氣缸向下擺動的電磁閥關斷，擺動桿在重力作用下自然下垂。

2)拉膜時段：首先真空吸盤解除真空放開包材，同時控制拉膜浮動氣缸向上運行的兩位三通電磁閥得電，使氣缸產生向上運行的推力。通過調節減壓閥(圖2)使氣缸向上的推力比擺動桿重力作用到氣缸桿上的合力小(一般相差1.5-2Kg)，這時拉膜浮動氣缸的活塞桿并不運動，拉膜浮動氣缸此時的作用只是減輕擺動桿的重量，同時使包材有具有一定的張力，隨后伺服電機開始拉膜。伺服電機拉膜運動是間歇的，每次拉膜的長度由包材上的定位色標確定。包材上的色標為等間距，當顏色傳感器檢測到包材定位色標，發出信號給PLC，PLC確定定位膜塊控制伺服電機快速停止，實現快速定長拉膜。同時控制電磁閥使真空吸盤吸住包材，減小包材前沖，并且同時關斷控制浮動氣缸向上運動的電磁閥，使擺動桿自然下垂，否則包材前沖大時，雖然浮動氣缸向上產生的推力比擺動桿的自重小，但由于浮動氣缸的下腔已有壓縮空氣，擺動桿靠自重有時不能完全回落拉緊包桿，因此需要將浮動氣缸的下腔壓縮空氣暫時放掉，等擺動桿完全回落后再打開控制浮動氣缸向上運動的電磁閥，為下次拉膜做好準備。這種機構可使包材具有很小的恒定張力，同時又有足夠的開膜張力，提高了包裝速度。這種機構利用氣動執行元件的柔性工作，既可以使擺動桿強制向下擺動開膜，又具有浮動的特點。該機構應用于400g全自動充氮奶粉包裝機，使用效果很好。

2、包裝機氣動卷材張力控制機構動力學參數計算

2、1開卷張力計算

包材卷膜轉動慣量由兩部分組成，一是卷膜膨脹軸本身的轉動慣量，一是包材卷自身的轉動慣量。膨脹軸的轉動慣量可按圓柱體計算，其公式為：
J1==1/2m·R12(1)
式中；J1——膨脹軸的轉動慣量，Aem2；
m1——膨脹軸的質量，Kg；
R1——膨脹軸的半徑，m。

卷膜本身的轉動慣量可以按圓筒體轉動慣量計算，其公式為：
J2==1/2m2(R22+r2)(2)
式中J2——卷膜的轉動慣量，Kgm2；
m2－－卷膜的質量，Kg；
R2——卷膜的外徑，m；
r－一卷膜的內徑，m。

應當注意的是卷膜的質量和外徑在工作過程中是逐漸減小的，在包裝機工作過程中卷膜輥的轉動慣量是變化的，同時包材張力作用半徑也是變化的。為了求出開卷最大張力，應在二種極限狀態下分別計算。取其最大值作為選擇系統參數的依據。根據包裝機的動作要求，開卷時間t≤0.4S；包材開卷長度L≥0.2m，計算開卷所需的張力F。