劉新璽

摘 要 當前，我國各行業(yè)對玻璃瓶罐的需求量迅速增加，僅憑傳統(tǒng)滯后的制瓶設(shè)備技術(shù)，難以實現(xiàn)大批量、自動化的生產(chǎn)，且難以保障生產(chǎn)質(zhì)量和精度。為解決上述問題，制瓶機械技術(shù)得到了改進，同時促進了制瓶機械行業(yè)的迅速發(fā)展。發(fā)展制瓶機驅(qū)動技術(shù)，是實現(xiàn)大規(guī)模自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵，對此，制瓶行業(yè)應(yīng)加強對制瓶機驅(qū)動系統(tǒng)的研究。

關(guān)鍵詞 智能化 磁懸浮制瓶機 伺服電機

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）02-0028-03

在食品、日化、醫(yī)藥和飲料等行業(yè)部門中，瓶罐玻璃制品得到了廣泛應(yīng)用，將瓶罐玻璃制品作為配套用包裝瓶能降低成本，且能實現(xiàn)重復(fù)回收利用。當前，瓶罐玻璃制品的需求量與日俱增，對此，玻璃制瓶行業(yè)需要加快發(fā)展。制瓶機廠家相繼研發(fā)了磁場控制系統(tǒng)、電子定時控制、同步傳動等新技術(shù)，并推出了8組單滴行列機和8組雙滴行列機等產(chǎn)品，大幅度提高了生產(chǎn)水平。多數(shù)制瓶機已能實現(xiàn)計算機控制，但受技術(shù)限制，難以保障產(chǎn)品精度穩(wěn)定性，無法實現(xiàn)更高要求，對此，有必要加強對智能化磁懸浮制瓶機的實現(xiàn)探討。

1 智能化磁懸浮制瓶機項目及其研發(fā)公司概述

智能化磁懸浮制瓶機項目，是通過創(chuàng)新制瓶機夾頭盤的驅(qū)動裝置，研發(fā)以磁懸浮技術(shù)為基礎(chǔ)的驅(qū)動裝置，實現(xiàn)對夾頭盤的直接驅(qū)動，既能防止多級機械傳動引發(fā)的能量損耗，還能分析驅(qū)動裝置控制，精準定位夾頭盤，實現(xiàn)對夾頭盤精度的大幅度提高，并避免齒輪間接傳動產(chǎn)生嚴重磨損[1]。智能化磁懸浮制瓶機的研發(fā)單位為河北陸源科技有限公司，該公司于2007年11月成立，宗旨是“以質(zhì)量求生存，以創(chuàng)新求發(fā)展”。公司高度重視深入研發(fā)產(chǎn)品，并強調(diào)技術(shù)創(chuàng)新，技術(shù)產(chǎn)品均處于行業(yè)領(lǐng)先水平。近年來，公司在加工制作、裝配工藝以及檢測手段等方面實施了科技創(chuàng)新，有效保障了產(chǎn)品質(zhì)量的大幅度提高。在目前國內(nèi)的制瓶機行業(yè)中，河北陸源科技有限公司占據(jù)著龍頭地位，最近三年先后承擔了石家莊市科技計劃“32夾頭數(shù)控制瓶機”、“制瓶機精準插管設(shè)備研究”等項目，還承擔建設(shè)了“石家莊市制瓶機裝備工程技術(shù)中心”。公司的科研技術(shù)實力雄厚，技術(shù)儲備豐富，現(xiàn)已完成對智能化磁懸浮制瓶機研發(fā)項目的可行性分析，下一步即是對關(guān)鍵核心技術(shù)進行攻關(guān)。

2 智能化磁懸浮制瓶機發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

制瓶機夾頭盤驅(qū)動裝置主要包括伺服電機、主軸套、齒輪分度盤以及齒輪變速器，伺服電機的輸出軸通過齒輪變速器和齒輪分度盤實現(xiàn)與主軸套的連接。通過該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動驅(qū)動夾頭盤時，伺服電機先轉(zhuǎn)動內(nèi)部減速機，帶動齒輪變速器，從而帶動齒輪分度盤實現(xiàn)嚙合傳動，再通過齒輪分度盤經(jīng)由主軸套向夾頭盤傳遞動力[2]。通過控制伺服電機，并通過齒輪變速器機械裝換方式實現(xiàn)夾頭盤分度。

此類驅(qū)動裝置以及分度方法的缺陷如下：一是伺服電機中包含減速機，且伺服電機與齒輪變速器相連接，齒輪分度盤經(jīng)過多級機械傳動才能驅(qū)動夾頭盤使之轉(zhuǎn)動，不僅具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且磨合點保持長期運轉(zhuǎn)受力，會損傷局部部件，還會對夾頭盤轉(zhuǎn)動位置的實際精準度造成不良影響。二是在運轉(zhuǎn)過程中，齒輪變速器的受力磨合較大，產(chǎn)生的噪音較大，會在車間內(nèi)形成噪音污染。三是未能將伺服電機動能直接轉(zhuǎn)化為驅(qū)動夾頭盤轉(zhuǎn)動的動能，在多級傳動下，會形成能量損耗，消耗的電能較多，還會產(chǎn)生較多維護費用，導致企業(yè)實際運營成本增加。四是車間設(shè)備經(jīng)常保持24h不停運轉(zhuǎn)，在長時間運轉(zhuǎn)下，齒輪變速器以及減速機產(chǎn)生較大的磨損，對設(shè)備精度造成不良影響。需經(jīng)常對設(shè)備實施檢查維護，并定期對齒輪間隙和齒輪精度進行調(diào)整，這就導致運轉(zhuǎn)費用增加;在使用過程中，齒輪變速器、齒輪分度盤以及零部件出現(xiàn)嚴重磨損后，將影響夾頭盤分度精度，因此必須對磨損零部件進行更換，這就導致運轉(zhuǎn)費用增加[3]。

2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀

國外制瓶機驅(qū)動裝置采用機械式驅(qū)動，由減速機實現(xiàn)夾頭盤分度，對減速機轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速進行控制，實現(xiàn)分度功能。當前，各行業(yè)對高質(zhì)量玻璃瓶罐的需求量日益增多，促進了玻璃制瓶行業(yè)的智能化發(fā)展。

3 智能化磁懸浮制瓶機項目實施內(nèi)容

3.1 智能化磁懸浮制瓶機項目實施方案

智能化磁懸浮制瓶機項目，以夾頭盤驅(qū)動裝置和夾頭盤分度方法為主要研究內(nèi)容：智能化磁懸浮制瓶機分度式驅(qū)動裝置主要包括直聯(lián)式驅(qū)動電機和主軸套。直聯(lián)式驅(qū)動電機包括定子和轉(zhuǎn)子，主軸套頂端與夾頭盤固定連接，且穿過轉(zhuǎn)子輸出軸套并與之相緊固，主軸套穿過轉(zhuǎn)子輸出軸套，并通過其下端鎖母與主軸套相緊固，夾頭盤固定在主軸套上端。

智能化磁懸浮制瓶機直分度式分度方法，主要步驟如下。

3.1.1 設(shè)置初始參數(shù)

將單工位運行角度輸入PLC中，單工位運行角度β=（360°/工位數(shù)）。

3.1.2 基準點定位

將直聯(lián)式驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子定位到基準點位置，制瓶機零點定位。

3.1.3 轉(zhuǎn)子被定子分度控制

首先進行啟動，PLC將指令輸出至驅(qū)動器，驅(qū)動器將正向電流輸出，使定子形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子對旋轉(zhuǎn)磁場進行切割，產(chǎn)生正向力矩，由此帶動夾頭盤實現(xiàn)加速轉(zhuǎn)動。停止步驟如下：PLC將指令輸出至驅(qū)動器，驅(qū)動器將反向電流輸出，使定子形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子對旋轉(zhuǎn)磁場進行切割，產(chǎn)生反向力矩，由此帶動夾頭盤實現(xiàn)減速轉(zhuǎn)動。PLC將指令輸出至驅(qū)動器，驅(qū)動器將電流輸出，使直聯(lián)式驅(qū)動電機帶動夾頭盤轉(zhuǎn)動至下一工位或者多個工位。

3.1.4 維持制瓶時間

驅(qū)動器輸出使夾頭盤停留在該工位的穩(wěn)態(tài)電流至直聯(lián)式驅(qū)動電機。

3.1.5 重復(fù)步驟3.1.3與步驟3.1.4

展開市場調(diào)研，以國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的制瓶機夾頭盤相應(yīng)的驅(qū)動裝置作為參考，深入了解并科學分析現(xiàn)有制瓶機夾頭盤的驅(qū)動裝置及分度方法，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行剖析，探究現(xiàn)行分度方法的問題，初步制定解決方案。

構(gòu)建智能化磁懸浮制瓶機夾頭盤驅(qū)動裝置及分度方法的整體設(shè)計方案，對方案進行論證，對驅(qū)動裝置及分度方法的整體方案進行最終確定，完成驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計，分度方法硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

完成智能化磁懸浮制瓶機夾頭盤的驅(qū)動裝置后，實施樣機試制，對驅(qū)動裝置具備的驅(qū)動能力進行測試，將其存在的缺陷、問題進行分析，并提出解決問題的具體方案，對方案加以完善。完成制瓶機夾頭盤的分度方法后，開展在線測試，對夾頭盤的分度定位精度進行測試，對其存在的缺陷、問題進行分析，并提出解決問題的具體方案，對方案加以完善。

對項目產(chǎn)品實施總結(jié)驗收，對產(chǎn)片實施批量化生產(chǎn)，并在市場中加以推廣。

3.2 智能化磁懸浮制瓶機項目實施內(nèi)容

3.2.1 創(chuàng)新點

本驅(qū)動裝置能避免機械摩擦導致磨損而對定位精度產(chǎn)生不良影響，且重復(fù)定位具有較高精度，能多次實現(xiàn)精準定位，將夾頭盤精準定位在制瓶時工作位置，能確保產(chǎn)品保持一致規(guī)格。

本驅(qū)動裝置能大幅度減少工作噪音，向夾頭盤直接傳遞動力，帶動夾頭盤轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電能損耗少，能大幅度減少生產(chǎn)成本，有效避免直聯(lián)式驅(qū)動電機發(fā)生磨損，并延長其使用壽命，穩(wěn)定性和可靠性較強。

智能化磁懸浮制瓶機將控制信號發(fā)出，由直聯(lián)式驅(qū)動電機定子對信號進行接收，在定子與轉(zhuǎn)子間形成磁場，使轉(zhuǎn)子與主軸套實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)分度，分度運轉(zhuǎn)保持一致。轉(zhuǎn)子、定子等電子控制元件使用多年發(fā)生老化后，對之進行更換即可。

智能化磁懸浮制瓶機夾頭盤僅靠數(shù)據(jù)指令即能轉(zhuǎn)動，不受外部環(huán)境因素影響，無需定期實施人工維護，即能長期保持正常分度運轉(zhuǎn)，能促進生產(chǎn)效率實現(xiàn)大幅度提高，并減少勞動力。

智能化磁懸浮制瓶機對機械傳動分度進行創(chuàng)新，實現(xiàn)磁場分度，提高了分度準確度，且不會產(chǎn)生積累誤差，無需日常潤滑，能有效減少污染，且不存在摩擦點和觸合點，延長使用壽命。

3.2.2 關(guān)鍵技術(shù)

智能化磁懸浮制瓶機關(guān)鍵技術(shù)主要包括如下內(nèi)容：一是夾頭盤直驅(qū)技術(shù)。直聯(lián)式驅(qū)動電機輸出軸套與固定連接夾頭盤的主軸套直接連接，電機啟動后，能驅(qū)動主軸套發(fā)生轉(zhuǎn)動，并帶動夾頭盤發(fā)生轉(zhuǎn)動，此類驅(qū)動方式無需減速機、齒輪等部件相連接，可使能量損耗減少。二是固定技術(shù)。支撐套固定連接在主軸套和機身之間，利用主軸套對夾頭盤進行間接支撐，能促進夾頭盤增強穩(wěn)定性;直聯(lián)式驅(qū)動電機借助支撐座在機身下方固定，能從整體上增強驅(qū)動裝置穩(wěn)定性。三是磁場分度技術(shù)。PLC向驅(qū)動器輸出指令，驅(qū)動器將正向電流輸出，使電子形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子對旋轉(zhuǎn)磁場進行切割，產(chǎn)生正向力矩，驅(qū)動夾頭盤使之形成加速轉(zhuǎn)動，對流向電子電流的方向大小進行控制，并對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速進行控制，對夾頭盤進行分度。

3.2.3 主要考核指標

1.技術(shù)指標。制頸等分盤每站自轉(zhuǎn)時徑向跳動不超過0.10mm;制底等分盤每站自轉(zhuǎn)時徑向跳動不超過0.10mm;制頸等分盤鋁盤夾頭過站時，夾頭與夾頭之間的等分位置偏差不超過0.04mm;制底等分盤運轉(zhuǎn)時，各站中心線對夾頭座中心線位置相對偏差不超過0.20mm。A部夾頭中心與B部夾頭中心位相對偏差[冷狀態(tài)]0.55mm～0.65mm。制頸等分盤各站中心對鉗子擴口套中心距離與徑向位置偏差，[冷狀態(tài)]時擴口中心位置與等分盤的中心向外偏差0.4mm～0.6mm，[熱狀態(tài)]時擴口中心位置與等分盤中心位置相對應(yīng)。

2.經(jīng)濟指標。完成本項目產(chǎn)品后，預(yù)計年產(chǎn)量為50臺，年銷售收入為3250萬元，年凈利潤為400萬元，年交稅金為320萬元。

3.社會效益指標。通過本項目，公司新增20位就業(yè)人員，實施該項目能提高制瓶機定位精度，具有較高的傳動效率，且損耗的電能較少，具有廣泛的適用范圍和較長的使用壽命。

4.成果指標。申請6項知識產(chǎn)權(quán)，發(fā)表3篇論文，建立2項企業(yè)標準，形成1項新產(chǎn)品，解決現(xiàn)有技術(shù)中驅(qū)動裝置動力損耗的問題。

4 智能化磁懸浮制瓶機項目實施機制和保障措施

4.1 智能化磁懸浮制瓶機項目實施機制

由研發(fā)部構(gòu)建管理制度，并配套設(shè)置操作流程，形成清晰的崗位職責劃分，構(gòu)建技術(shù)檔案和項目管理方法，設(shè)立績效考核機制，并輔之以必要的激勵措施，形成對員工的有效激勵，保障項目研發(fā)工作的高效開展和規(guī)范運轉(zhuǎn)。利用多種方式強化內(nèi)外部合作機制建設(shè)，組建技術(shù)團隊，組織技術(shù)人員參與各種研發(fā)交流和技術(shù)合作。

4.2 智能化磁懸浮制瓶機項目保障措施

公司高度重視技術(shù)團隊建設(shè)和設(shè)備更新，將技術(shù)改造、技術(shù)創(chuàng)新、資金投入、銷售收入等作為重要的考核指標，不斷促進技術(shù)進步，為項目研發(fā)提供技術(shù)保障;建設(shè)研發(fā)技術(shù)中心，推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)，并對研發(fā)技術(shù)中心實施規(guī)范管理;加快設(shè)備更新，加強產(chǎn)品研發(fā)測試，提高產(chǎn)品加工水平;與高校加強戰(zhàn)略創(chuàng)新合作，針對技術(shù)創(chuàng)新組建項目研發(fā)小組，利用外部優(yōu)質(zhì)技術(shù)資源推動技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)對產(chǎn)品創(chuàng)新周期的有效縮短，加快新產(chǎn)品研發(fā)，對產(chǎn)業(yè)鏈進行拓展延伸，增強企業(yè)科研實力。

5 智能化磁懸浮制瓶機項目實施風險和應(yīng)對措施

5.1 智能化磁懸浮制瓶機項目實施風險

5.1.1 資金風險

智能化磁懸浮制瓶機研發(fā)項目具有較大的資金投入量，前期投入資金較多，并且研發(fā)過程需要對資金進行持續(xù)投入，可能產(chǎn)生資金短缺風險。

5.1.2 技術(shù)風險

智能化磁懸浮制瓶機研發(fā)需要解決包括夾頭盤直接驅(qū)動、磁場分度以及夾頭盤控制等技術(shù)在內(nèi)的多項核心技術(shù)難題，難度較高，在研發(fā)過程中極易產(chǎn)生技術(shù)風險。

5.1.3 市場、政策風險

智能化磁懸浮制瓶機項目屬于高端機械設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，面臨市場接受度風險。另外，國家對制瓶機制造企業(yè)提出較高的安全和準確度要求，企業(yè)對研發(fā)新技術(shù)持審慎態(tài)度。

5.2 智能化磁懸浮制瓶機項目風險應(yīng)對措施

5.2.1 資金風險應(yīng)對措施

加強制度管理，對研發(fā)資金管理辦法進行嚴格執(zhí)行，從制度層面上保障對研發(fā)資金進行?？顚Ｓ谩９緸轫椖垦邪l(fā)準備充足資金，避免出現(xiàn)資金短缺。

5.2.2 技術(shù)風險應(yīng)對措施

由專家負責項目設(shè)計和研發(fā)，并與高校全面開展產(chǎn)學研合作，組織多樣化的技術(shù)交流和培訓，增強公司技術(shù)研發(fā)能力，有效解決項目研發(fā)涉及的技術(shù)難題。

5.2.3 市場、政策風險應(yīng)對措施

研發(fā)公司與其他企業(yè)構(gòu)建合作關(guān)系，開創(chuàng)示范工程模式，在小范圍內(nèi)開展試驗驗證，再向大范圍推廣，有效消除目標客戶對新型技術(shù)存在的顧慮。

6 結(jié)語

綜上所述，研發(fā)智能化磁懸浮制瓶機技術(shù)，應(yīng)基于對智能化磁懸浮制瓶機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的分析，科學制定智能化磁懸浮制瓶機項目實施方案，并明確智能化磁懸浮制瓶機的創(chuàng)新點和關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建智能化磁懸浮制瓶機項目的高效實施機制，并輔之以必要的保障措施。另外，要針對智能化磁懸浮制瓶機項目實施過程中存在的資金風險、技術(shù)風險以及市場、政策風險，采取行之有效的應(yīng)對措施。

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