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通过改进控制来解决生产瓶颈可以大大提高生产效率。对大型纸业生产企业，如果能去掉老装箱机上的气缸，把这个流程整合到严格控制的运动系统中，可把装箱速度提高160%。
“20年前，气缸实际上控制装箱机的所有轴，”位于加拿大Quebec 的RPT Motion公司总裁Peter Ratcliffe称。“而现在新型装箱机通常完全由伺服控制器来控制。我们在旧装箱机中增加双轴推进器和伺服控制器，这样可显著提高速度。”
机会来了
革新从本质上说是一种机会主义的事情。在这种情况下，RPT Motion公司升级了部分上游生产线，因此现在它可以包装更多的产品。公司的另外一家工厂也退役了一台同类型的装箱机。那家工厂把旧装箱机免费送给了这家工厂。但是这家工厂需要一个系统来把产品分配到这两个装箱机。
新设计的核心是把由一个气缸推动的双位路线改变器替换掉，因为气缸不能提供四位路线改变或者保持两台机器所需要的高速运转。为了实现四位变换，设计上需要40英寸的冲程并且需要最多每隔10秒钟进行路线变换，以尽可能多的时间提供产品流。 （图片）
一种独特的导螺杆设计帮助装箱机实现样式革新所需的高速度和小尺寸“我们不能期望把滚珠丝杠和螺帽安装到现有的设计中来满足更高的速度要求，”Ratcliffe称。“它会达到极限从而限制我们获取所需的高速度，我们本来可以找一种导程速度足够快的滚珠丝杠，但是它很难安装到目前的装配线，这迫使我们重新设计整个传送系统以便采用更大更重的丝杠。”
为个解决这个设计难题，RPT和Kerk Motion两家公司共同研究一个可为四条线路（两个装箱机，每台有两个线路）装料的系统。工程师们选择了一种VHD系列导螺杆，这种导螺杆同样的规格可提供不同的导程。为了满足线路转换器所需的高速度，RPT公司选择了一种旋转一圈可以推进2.400英寸的导螺杆，它的标称直径为3/4英寸，效率和球状螺母差不多。（图片）
用伺服控制器代替老装箱机上的气缸，可以把装箱速度提高160%。设计难题
采用导螺杆的一个难点在于导螺杆效率相对要低一些同时最大速度也有限。但是通过把设备需要的直线速度和更长螺杆的旋转速度相匹配，工程师们可以设计出导速更高的产品。如果他们今天设计这套系统，这套系统的速度还要快40％，因为目前已经有一种4英寸导程的导螺杆了。
“Kerk VHD导螺杆对直线运动应用设备来说是一种方便之选，”Ratcliffe称。“我们注意到它在效率和最高速度方面的局限，所以我们优化它的应用以满足要求。通过管理最高电机扭矩和加速度，我们能够设计出一种高寿命的出色和超前的系统，它实际上不需任何维护。”（图片）
双轴推进器通过在两条形成载荷的线路上垂直移动为装箱机的革新提供了解决方案据Ratcliffe讲，这个线路转换器三年内没有发生过故障或出现明显的侧隙——这在直线运动设备中是闻所未闻的。自润滑的Kerk VHD系列品在工厂的恶劣环境中也运行良好。
在纸箱成型和装箱的地方几乎所有的东西都蒙上了一层纤维灰尘。润油脂吸附这些灰尘形成了一种研磨剂。但是VHD螺杆运转时不需要润滑油，并且产品没有采用油脂性的球形回路，这种回路会被大量积聚黏附在滚珠丝杠上的灰尘破坏。
Ratcliffe称，即使在这种环境下，导螺杆的寿命也比他们想象的长4到5倍。工厂实际上在它还没有出现任何破损迹象的时候就把它更换了，因为它很便宜，而意外停止装配线的成本则很高。
“它是一种结实、运转良好的机械部件，”他补充说。“我们从中获益良多，因为在同样的规格下它的最小倾斜度的精度高得令人难以置信，它每转一圈可以从只前进1/16英寸到最高差不多4英寸。因此在同一个直线运动子系统封装内，我们可以设计出速度、力和精度跨度很高的产品，同时又不用修改我们设计的任何部件。” （图片）
为了满足线路转换器对高速度的要求，RPT公司选择了为一种规格为每旋转1
圈前进2.400英寸、标称直径为3/4英寸的导螺杆，它的效率和球形螺母的差不多。据Ratcliffe说，侧隙在这类运动控制系统中也是一个大问题。“过去我们基本上都是把直线滑轨的一端栓在600磅的旋转传送机的一端，可迅速移动10到40英寸，”他说。系统必须根据下游要求让四条线路装载产品。导螺杆的零侧隙的特点可以帮助制造商制造出可靠精确并且不用进行维护的系统。
“如果螺杆或螺母最终出现任何磨损，螺母可以进行补偿，这种螺母可自动调节因此在相当长的使用寿命中能保持零侧隙。”Ratcliffe称。
运动系统纵览
RPT为设备提供总数为20个轴的伺服运动控制系统——一个装箱机每个有6个轴，在加上伺服控制器驱动的两个线路转换器。装箱机和转换器的两个轴采用了导螺杆。其他驱动系统通过同步齿形带驱动，因为最大力为900磅，超过了该型号的导螺杆的使用范围，它的设计载荷为350磅。
在每个装箱机上的两个轴控制着以前为气动升降梯形成装箱荷载的部件。由伺服控制器完全控制每个升降台的加速、减速和速度，这大大增加了装箱机在该环节的速度。装箱机的其他四个轴是双轴推动器。
据Ratcliffe说，25年前设计的装箱机通常形成一个箱体载荷后气动推动器把箱体载荷推入箱体。但是难题是下一个箱体载荷只有在推动器收回去之后才能形成下一个载荷，推动器收回的时候经过升降梯的两个线路。与此不同，新式伺服器采用了高速同步齿形带驱动的系统来推动箱体荷载。这样每个推动器倒着退出箱子，垂直移动到它上方，回到已经形成荷载的线路。
“通过在推动器系统增加垂直轴，我们可以节省出大量的成载时间，”Ratcliffe称。“这是样式改进的主要优点，它把旧样式的装箱机进行革新从而提高产量，同时改进
线路转换器使其智能化的分流上游下来的产品流。”
革新的主要成绩是增加了装卸箱的能力，通过使用伺服控制器使装箱机的处理速度提高了60％。有了这两个生产线，他们在包装时能更容易地协调产品包装的变化。还有第三条生产线用于特殊用途，产能只是25％。
新型线路变换器可准确分流产品并且智能地分配产品。这可以让公司的原有的Allen-Bradley PLC接通第三台装箱机，可自由地给1台、2台或3台装箱机装料从而协调生产。
4/8/2007
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