淺談步進(jìn)電機(jī)在供送包裝膜中的應(yīng)用

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時供電的，多相時序控制器，雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。

步進(jìn)電機(jī)的使用至少需要三個方面的配合，一是電脈沖信號發(fā)生器，它按照給定的設(shè)置重復(fù)為步進(jìn)電機(jī)輸送電脈沖信號，目前這種信號大多數(shù)由可編程控制器或單片機(jī)來完成;二是驅(qū)動器(信號放大器)，它除了對電脈沖信號進(jìn)行放大、驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動以外，還可以通過它改善步進(jìn)電機(jī)的使用性能，事實(shí)上它在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中起著重要的作用。

步進(jìn)電機(jī)的位置控制是靠給定的脈沖數(shù)量控制的。給定一個脈沖，轉(zhuǎn)過一個步距角，當(dāng)停止的位置確定以后，也就決定了步進(jìn)電機(jī)需要給定的脈沖數(shù)。在包裝機(jī)控制中，給定脈沖數(shù)的多少，還與機(jī)構(gòu)的參數(shù)有關(guān)，例如螺桿的直徑等。

在包裝機(jī)械中，很多情況下需要控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度和運(yùn)行位置，以前都是通過機(jī)械或其它方式來完成的，機(jī)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)節(jié)不易。改用步進(jìn)電機(jī)后，不僅能使包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)變得簡單、調(diào)節(jié)方便、可靠性增加，而且粗度會得到很大提高。

二、步進(jìn)電機(jī)在物料計(jì)量方面的應(yīng)用

1.粉狀物料的計(jì)量

螺桿計(jì)量是常用的容積式計(jì)量方式，它是通過螺桿旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)多少來達(dá)到計(jì)量的多少，為了達(dá)到計(jì)量大小可調(diào)和提高計(jì)量精度的目的，要求螺桿的轉(zhuǎn)速可調(diào)和位置定位準(zhǔn)確，使用步進(jìn)電機(jī)可以同時滿足這兩個方面的要求。

例如粉劑包裝機(jī)的計(jì)量采用了步進(jìn)電機(jī)控制螺桿的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)，不僅簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且使得控制非常方便。在不過載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。

步進(jìn)電機(jī)與螺桿采用直接連接的方式，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。因此，在計(jì)量工況確定以后，就要選用較大的過載系數(shù)，以保證步進(jìn)電機(jī)平衡工作。

2.粘稠體物料的計(jì)量

步進(jìn)電機(jī)控制齒輪泵也可以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應(yīng)用，目前在對這些物料的計(jì)量方面大多使用活塞泵，存在著調(diào)整困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便維修、功耗大、計(jì)量不準(zhǔn)等缺點(diǎn)。

齒輪泵計(jì)量是靠一對齒輪嚙合轉(zhuǎn)動計(jì)量的，物料通過齒與齒的空間被強(qiáng)制從進(jìn)料口送到出料口。動力來自步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的位置及速度由可編程控制器控制，計(jì)量精度高于活塞泵的計(jì)量精度。齒輪泵是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動來輸送液體或使之增壓的回轉(zhuǎn)泵。由兩個齒輪、泵體與前后蓋組成兩個封閉空間，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動時，齒輪脫開側(cè)的空間的體積從小變大，形成真空，將液體吸入，齒輪嚙合側(cè)的空間的體積從大變小，而將液體擠入管路中去。吸入腔與排出腔是靠兩個齒輪的嚙合線來隔開的。齒輪泵的排出口的壓力完全取決于泵出處阻力的大小。

步進(jìn)電機(jī)適于在低速下運(yùn)行，當(dāng)速度加快時，步進(jìn)電機(jī)的噪聲會明顯加大，其它經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會顯著下降。對于轉(zhuǎn)速比較高的齒輪泵來說，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們在粘稠體包裝機(jī)上開始采用的是步進(jìn)電機(jī)直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，結(jié)果聲難以噪聲難以避免，可靠性下降。三、步進(jìn)電機(jī)在供送包裝膜中的應(yīng)用

在制袋、充填、封口為一體的包裝機(jī)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(xù)供給，都可以用步進(jìn)電機(jī)來可靠完成。

1.用于間歇式包裝機(jī)

間歇式包裝機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)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(jī)構(gòu)間歇拉帶方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整困難，特別是當(dāng)需要更換產(chǎn)品時，不僅調(diào)節(jié)困難，而且包裝膜浪費(fèi)很多。采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過控制面板上的按鈕就可以實(shí)現(xiàn)。

在間歇式包裝機(jī)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(biāo)控制模式。袋長控制模式適用于不帶色標(biāo)的包裝膜，通過預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。色標(biāo)模式配備有光電開關(guān)，光電開關(guān)檢測色標(biāo)的位置，當(dāng)檢測到色標(biāo)時，發(fā)出控制開關(guān)信號，步進(jìn)電機(jī)按到信號后，停止轉(zhuǎn)動，延時一定時間后，再轉(zhuǎn)動供膜，周而復(fù)始，保證按照色標(biāo)的位置定長供膜。

2.用于連續(xù)式包裝機(jī)

在連續(xù)工包裝機(jī)中，步進(jìn)電機(jī)是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，包裝膜被均勻的連續(xù)輸送，當(dāng)改變袋長時，只需通過撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。

四、步進(jìn)電機(jī)在橫封中的應(yīng)用

在連續(xù)式包裝機(jī)中，橫封是一個很重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是包裝機(jī)中比較復(fù)雜的機(jī)構(gòu)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(yán)格，為了提高切斷的準(zhǔn)確性，人們先后研制了偏心鏈輪機(jī)構(gòu)、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等，但這些機(jī)構(gòu)都存在著調(diào)整十分麻煩、可靠性低的缺點(diǎn)。

步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動橫封輪可以實(shí)現(xiàn)速度同步。連續(xù)式包裝機(jī)的供膜輪是連續(xù)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(xiàn)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(dāng)改變袋長時，就需要通過改變橫封輪的轉(zhuǎn)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(yán)。

步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)主要?dú)w于三個方面，一是過載性好。其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對速度和位置都有嚴(yán)格要求的場合;二是控制方便。步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計(jì)算機(jī)控制帶來了很大的方便，反過來，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也為步進(jìn)電機(jī)開辟了更為廣闊的使用市場;三是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡。

通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電機(jī)在包裝機(jī)械中的就用還剛剛開始，原來許多傳統(tǒng)的機(jī)械控制方式都可以用步進(jìn)電機(jī)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(yīng)用，相信在較短的時間內(nèi)，我國的包裝機(jī)械行業(yè)定能在步進(jìn)電機(jī)技術(shù)的平臺上躍上一個新的水平。