压管机工作原理

　　在前面介绍电驱传输技术时机械压管机，机械压管机我们曾经提到“很多设备的产能瓶颈其实是在传输系统的加速度上的”。类似的概念机械压管机，我们其实在较早前一篇名为「提高设备速度，电机功率要增大多少机械压管机？」的推文中就有探讨过。

　　本期，让我们换一个方式来说事儿，用一个“非典型”的设备机型案例把这个话题继续下去。

　　废话不多说，直接进入本期案例机型机械压管机：

　　婴儿纸尿裤理片包装机

　　在纸尿裤和卫生巾等生产线中，理片机是介于产品的主机（Converting Line）与装袋包装之间的设备，它的主要作用就是将主机上高速飞出的每片产品逐一“接住”，按照规定的数量分组排列整齐，运送至后道的成品装袋工序。

　　坊间也称此机器为“码垛机”。

　　据我的了解，目前市场上主流的纸尿裤码垛机，速度大概在 400 片/分钟 左右，比较快的能开到 600 片/分钟，极少数有能做到 800 片/分钟 以上的。

　　而与此同时，受益于近年来伺服无轴传动技术的广泛应用，纸尿裤生产线的主机速度已经普遍突破 600 片/分钟 大关了。不少国内的设备制造商都已经能够提供速度超过 800～1000 片/分钟的主机了。

　　这种主机与后道工序设备之间的巨大速度落差，使得很多希望提升产能的纸品制造企业，因为买不到合适的码垛机，而被迫放弃了对高速生产线的采购；有些企业购入了高端主机，却无法开到全速，有时为了赶订单开到高速，却还因为理片机速度跟不上，需要在后道工序投入大量人工进行包装作业。

　　不夸张的说，现在谁要是能够提供可靠的高速纸尿裤理片包装机，别说供不应求，连订单可能都接不过来了。

　　可是，究竟是什么限制了这种机型的产能和速度呢？

　　这就得先从传统理片机的工作原理说起了。

　　这是传统的纸尿裤理片机的工作示意图（俯视图）。

　　?? 在往下刷屏前，请牢牢记住各个工位的布局。

　　整个理片机最重要的部分就是那个围成三角形的一圈“梳子”，每条边长达好几米。

　　在 A 驱动轮的作用下，“梳子”会以与主机同步的速度逆时针运转，这样就可以将主机上“飞”出的产品逐片接住，梳理整齐后运送到 BC 轮之间的装袋传送带的入口处。

　　在 BC 轮之间，会有一个推杆，沿着图示的方向周期性往复运动的，将在“梳子”中已经计数分组的产品推到它对面的装袋传送带上。

　　需要注意的是，被梳理转运到 BC 段的产品，其实是和整个“梳子”链条一起跟随主机持续同步运转的，所以，为了能够将产品准确的推到装袋传送带上，需要采取措施，确保在推杆推送和返回时，BC 段梳子与传送带之间是相对静止的。

　　?? 实际设备中，各个工位的布局会有很多类型的变种，不过动作原理都是一样的。

　　一种比较常见的方法，就是将 BC 两个“链轮”的轴支撑在一条直线轨道上，并让它们能够沿着示意图中虚线所示方向往复运动。这样，只要在推杆动作时，给 BC 两个链轮同步施加一个与梳子运行速度相等、且方向相反（向左）的速度，BC 段梳子中的产品就“停在”装袋传送带入口前了。

　　然后，当推杆将这一组“静止”的产品送入传送带后，BC 两个链轮需要迅速向右移动，将下一组产品送到传送带入口前。

　　大家可以这样脑补一下码垛机运行时的场景：

梳子链轮高速逆时针运转时

BC 轮向左滑动的同时，推杆向下推送

推杆向上返回的同时，BC 轮继续向左滑动

推杆返回静止时，BC 轮迅速向右

返回重复 a

　　可以想像，设备运转过程中，BC 链轮和推杆是需要跟随主机的速度、进行连续的高频往复运动的，并且这个运动的节拍是与产线速度成正比的。换句话说，产线速度越快，它们的往复频率越高、运动周期越短。

　　以一条速度为 600 片/分钟的婴儿纸尿裤产线为例，如果每 10 片一组包装，那么 BC 链轮和推杆每一秒钟就需要完成一次往复动作。而要将产线速度提高到 1200 片/分钟，它们的动作周期就只有 0.5 秒了。

　　这其实就很容易看到传统理片机产能提升的瓶颈了。

　　我们很早以前在「提高设备速度，电机功率要增大多少？」一文中就探讨过，设备产能提高一倍，其功率要提升到原来的 8 倍之多。

　　目前市面上速度为 600 片/分钟的理片机，在 BC 链轮的左右移动上已经普遍选用了超过 3 kW 的伺服电机；如果在此结构上做各种优化，加上电机功率适当的提升，一些高端设备厂商能够将速度提升到 800 片/分钟，但这基本上已经是极限了。

　　而继续提高理片机速度，就不只是硬件成本的问题了，因为功率需求实在太大了，已经无法选出合适的电机和相应的机械结构了。

　　即便能够搞定电机功率，还有另外一个严重的问题，就是振动。BC 段的高频往复动作，会带动整个梳子转盘、尤其是 AB 段梳子的抖动，这就极大的影响了理片的质量。想象一下，经过从 A 轮到装袋入口的转运过程中这几米的长距离振动后，这些产品还能依然保持很整齐的排列么？

　　除此以外，机器速度的提高会影响推杆和链轮往复运动的精度，这可能造成产品无法被准确的推送到装袋传送带上。

　　我曾经就此问题问过业内某些砖家，ta 们坦言

　　速度真的不是问题

　　问题是：

　　如果速度上去了，包装质量就会很差

　　那我想问，到底是速度的问题，还是速度的问题呢？

　　从上面的“非典型”案例看到，设备产能提速的瓶颈主要来自几个方面：

动力限制：因为产能提速对电机功率的需求是以几何倍数增长的；

产品品质：速度的增加会给设备带来包括定位精度、机械振动...等一系列的影响，这些都会让产品品质严重打折。

机械振动：高速运行引起的设备振动，除了造成产品品质下降，还会增加设备运维难度、严重影响设备运行寿命。

　　这些，其实都是我们在为设备提速做准备时，需要兼顾并考虑采取措施的，不仅是本案中的码垛机，对于很多生产设备其实都是适用的。

　　那么，具体来说，当遇到上述这些瓶颈时，我们应该采取什么样的措施来帮助设备产能的提升呢？

　　这就是我们下一期要和大家讨论的话题：

　　机电传动系统的优化

　　在进入下期内容之前，我想请大家先再去复习一下之前「电驱传输技术」一文中的内容，尤其是那几段设备视频。

　　mcrazy

　　以上内容纯属作者本人观点，如有吻合，纯属巧合。

　　点击「阅读原文」，了解更多「伺服那点事儿」。

　　如有补充或疑问，欢迎随时通过本公众号与我们联系。

我是有底线的