A fenntartható élelmiszer-csomagolás készítése erős gépészeten múlik. A projekt a lapított papírkészletet praktikus, háromdimenziós termékekké alakítja{1}}. Ennek a munkának a fő eszköze aHidraulikus papírlemez-formázó gép.A rendszer hidrodinamikát, hőszabályozást és automatikus parancsokat használ. Az alkatrészek együtt működnek, így a gyártás változatlan marad. Fontos megérteni az egyes részeket és azt, hogy mit csinálnak. Az üzemeltetőknek, szerelőknek és vásárlóknak szükségük van erre a tudásra. A gép teljesítményének ellenőrzésére vagy problémák megoldására használják. Úgy tűnik, hogy a technológia nem annyira a kimeneti számokra koncentrál, mint az értékesítési anyagokra. Ehelyett ezeknek a gépeknek a belsejét tanulmányozza. Ez a tanulmány szabványos mérnöki szabályokat és iparági normákat fogad el. Minden résznek meghatározott szerepe van. Ezek a szerepek biztosítják, hogy a nyomás, a hő és az időzítés jól illeszkedjen. Ez a kombináció rengeteg minőségi papírtányért eredményez.

A hidraulikus tápegység: rendszer szív- és nyomásgenerálása

A hidraulikus tápegység (HPU) minden hidraulikus papírlemez-formázó gép fő energiaforrása. A készülék villanymotorral, hidraulika szivattyúval, energiatárolóval, szűrővel és nyomáscsökkentő szelepekkel rendelkezik. Az alapvető hidrodinamikai könyvek alapján a HPU fő feladata az elektromos áram vízenergiává alakítása. Ez az energia a nyomás alatti folyadékban marad [1]. A szivattyú az olajat a tartályból a rendszerkörbe mozgatja. Ez az áramlás nyomást hoz létre, amikor az alakító henger ellenállásába ütközik.
Az új HPU-k változtatható lökettérfogatú szivattyúkat használnak a rögzítettek helyett. A változó szivattyúknak a valós idejű rendszernek megfelelően-változtatniuk kell a teljesítményt. Ez csökkenti az energiapazarlást, amikor a gép üresjáratban vagy alacsony nyomáson van. Az energiafelhasználásról szóló tanulmányok kimutatták, hogy a frekvenciaváltó rendszerek 20-30%-kal csökkenthetik a villamosenergia-fogyasztást. Ez összehasonlítható a régi állandó áramlású körkörös préselési rendszerrel [2]. A HPU-k szűrői az ISO 4406-os szintig tisztán tartják a folyadékokat. Ez megakadályozza a mag elakadását és a tömítés kopását. Ellenkező esetben a nyomás egyenetlen lesz, és az alkatrészek idő előtt elpattannak. A HPU kiválasztása vagy karbantartása nélkül a rendszer egyetlen más része sem fog működni.

Irányszabályozó szelepek és áramlásszabályozás

Amint a nyomás alatt lévő folyadék elhagyja a HPU-t, az irányszabályozó szelepek határozzák meg az áramlás irányát és időzítését. Ezek az elektromechanikus részek úgy működnek, mint egy hidraulikus papírlemez-formázó gép idegrendszere. Jelüket a programozható logikai vezérlőtől (PLC) kapják. Ezután mozgatják a magot, hogy olajat küldjenek a főhenger hosszabbító- vagy visszanyerő nyílásába. Az arányos szelepek ma már alaptechnológiának számítanak. Állítható áramlást biztosítanak, nem csak kapcsolók.
Az elektrohidraulikus vezérlőrendszerek vizsgálata azt mutatja, hogy az arányos szelep egyenletessé tudja tenni a sebességváltozást. Ez kiküszöböli a diszkrét szelepkapcsolók mechanikai hatását [3]. Ez a sima mozgás nagyon fontos a papírlap kialakításához. Ha a bélyegzés túl gyors vagy hirtelen, a papír elmozdul, a szélei egyenetlenek lesznek, vagy a bevonat megsérül. Az áramlásszabályozó szelepek, amelyek általában egy elosztóblokkot alkotnak kommutátorszeleppel, maguk szabályozhatják a nyúlási és visszahúzási sebességet. Ez akkor is működik, ha a terhelés megváltozik. Így még ha a papír vastagsága vagy nedvességtartalma tételenként változó is, a formázási út ugyanaz marad. Ez közvetlenül befolyásolja a termék egységességét és a keringés megismételhetőségét.

A fő alakító henger és formakészletek

Az alakító henger egy olyan alkatrész, amely a hidraulikus nyomást mechanikai erővé alakítja. Ez az erő lapokká formálja a papírt. Egy tipikus hidraulikus papírlemez-formázó gépben ez egy kettős-működésű henger. Fúrási méretei úgy vannak beállítva, hogy elegendő tonnamennyiséget termeljenek a rendszer legnagyobb üzemi nyomásán. A cellulózöntési mérnöki matematika azt mutatja, hogy a jó alakítási nyomásnak két problémát kell legyőznie. Az egyik az összenyomott rostok rugalmas visszapattanása. Egy másik a hőre lágyuló bevonatok viszkozitása hevítéskor [4].
A szerszámszerelvény a hengerrúd végén található. Illett a felső és az alsó formához. Általában alumíniumból vagy acélból készülnek, és fűtőcsatornákkal rendelkeznek. Die design készlet tányérméret, felni stílus, tányérrakás egyben. Az igazítócsapok és a vezetőperselyek precíziós megmunkálása megtartja a matrica fél-magját. Ez megakadályozza az egyenetlen falvastagságot és a panelek elvékonyodását. A szerszám anyagának hőáramlása közvetlenül befolyásolja a ciklus idejét. Az alumínium formák gyorsabban melegszenek fel, mint az acélformák. De az alumínium gyorsabban kopik. Ezért a mérnököknek választaniuk kell a kimeneti követelmények és a papírtípusok között. A henger és a szerszám csomópontja az összes felfelé irányuló hidraulikus és vezérlési munka találkozási pontja. Ott készül az igazi termék.

Fűtési rendszerek és hőkezelési alkatrészek

A papírlemez öntése egy hőformázási eljárás. Tehát pontos hőmérsékletszabályozásra van szüksége. A fűtőelemek a szerszámüregben találhatók. Ezek aktiválják a bevonóanyagot, és szabályozott melegítéssel alakítják ki a szálszerkezetet. A leggyakoribb típusok a kapacitív vagy cső alakú fűtőelemek. Méreteiket a teljesítmény sűrűsége alapján határozzák meg. Ezek a követelmények a forma minőségéből és a célhőmérsékletből származnak.
A hőmérsékletszabályozók PID-algoritmusokat használnak. A vezérlők megváltoztatták a fűtés teljesítményét. Az alapjelet + -2 fokon belül tartják. A cellulóz anyagok hőkezelésével kapcsolatos tanulmányok azt mutatják, hogy a szerszám felületének hőmérséklete fontosabb, mint a tényleges hőmérséklet. Egyes területeken forró pontok égnek át a bevonaton. A hideg foltok más területeken rossz tömítést és rétegek közötti elválasztást okozhatnak [5]. A hőelemek különböző régiókban találhatók. Visszajelzést küldenek a vezérlőnek. Ez lehetővé teszi, hogy minden formaterület saját magát állítsa be. Az esetenként ugyanabba a modulba beépített hűtőkörök formázás után gyorsan elszívják a hőt. Ez stabilizálja a lemez alakját a kilökődés előtt. A hőkezelési rendszer a hidraulikus rendszerrel párhuzamosan működik. Teljesítménye úgy van beállítva, hogy ciklikus legyen

lehető leggyorsabban. Nem számít, milyen jó a hidraulika.

Elektromos vezérlőrendszer és biztonsági reteszek

A programozható logikai vezérlő (PLC) és a humán{0}}gépi interfészek (HMI) a hidraulikus papírgépek agya. A PLC lépésenkénti logika szerint működik. Ez a logika vezérli a szelepműveleteket, a fűtőelemcseréket, az érzékelők ellenőrzését és a hibaészlelést. A modern vezérlők számos termékbeállítást tárolnak. Ennek eredményeként a kezelők felidézhetik a legjobb paramétereket a különböző lemezméretek és anyagok alapján. Nem kell mindent kézzel újra beállítaniuk.
A biztonsági alkatrészek a vezérlőrendszer nélkülözhetetlen részét képezik. A fényfüggönyök, a két-kezes gombok, a vészleállító áramkörök és a védőburkolatok mechanikus zárai megfelelnek az ISO 13849 biztonsági szabályoknak. Ezek a szabályok megvédik az embereket a tömörítés és a hő okozta veszélyektől [6]. A biztonsági szintrelék ellenőrzik a védőburkolat helyzetkapcsolóit. Ha a védősorompó veszélyes mozgás közben kinyílik, leállítják a hidraulika szivattyút. A nyomásérzékelők és a helyzetjeladók visszajelzést küldenek a PLC-nek. Ez lehetővé teszi az adaptív vezérlést. A rendszer beállítható a kopáshoz, a folyadékvastagság változásához vagy az anyagkülönbségekhez. A biztonság és a folyamatvezérlés ezen kombinációja lehetővé teszi, hogy a gép meghatározott határokon belül működjön. Ezenkívül megvédi a dolgozókat a hidraulikus alakításból eredő intenzív nyomástól és hőtől.

Következtetés

A hidraulikus papírlemez-formázó gép egy komplett rendszer. Mindegyik alkatrész teljesítménye közvetlenül befolyásolja az általános teljesítményt. A hidraulika biztosítja a szükséges teljesítményt. Az irányított és arányos szelepek szabályozzák a precíz mozgást. Az alakítódob és a szerszámszerelvény fizikailag kialakítva van. A hőrendszerek szabályozzák az anyag hőre adott reakcióját. Az elektromos vezérlőrendszer minden olyan funkciót futtat, amely biztosítja a kezelő biztonságát. Ezen részek megértése és egymástól való függése segíthet az embereknek a helyes döntés meghozatalában. Ezek a lehetőségek magukban foglalják a berendezések kiválasztását, a karbantartási prioritásokat és a folyamatfejlesztéseket. Ahogy az ipar a fenntarthatóbb és hatékonyabb termelés felé halad, ezen alapvető összetevők jobb tervezése határozza meg, hogy mely gyártók tudnak megfelelni az új piaci igényeknek stabil, jó minőségű -termeléssel. Ezeken a területeken a műszaki ismeretek továbbra is az eldobható csomagolások gyártásának versenyképességének alapját jelentik.

Hivatkozások

[1] Manring, N. és Johnson, R. (2021).Hidraulikus vezérlőrendszerek: elmélet és gyakorlat. Wiley Academic Press. Átfogó tananyag a hidraulikus tápegység tervezéséről, a szivattyúválasztásról és az ipari présalkalmazások áramköri felépítésének alapelveiről.
[2] Ivantysynova, M. és Weber, J. (2022). "A hidraulikus rendszer hatékonyságának javítása változó elmozdulású technológiával."International Journal of Fluid Power, 23(1), 45-62. Ebben a cikkben az adaptív szivattyúrendszerek energiamegtakarítását kvantitatívan tanulmányozzuk.
[3] Jelali, M. és Saha, B. (2023).Elektrohidraulikus szervo és arányos szelep technológia. Springer Engineering Publications. Tudományos referenciaanyagok az arányos szelepdinamikához, válaszjellemzőkhöz és mozgásprofilozási képességekhez a precíziós alakítási alkalmazásokhoz.
[4] TAPPI (2022). "A hőformázott szálas csomagolás mechanikai és termikus követelményei."TAPPI Journal Technical Papers, 21(9), 78-89. Műszaki Egyesület kiadványa, amely a cellulózszál hatékony tömörítéséhez és a bevonat aktiválásához szükséges nyomás- és hőmérsékleti paramétereket dokumentálja.
[5] Didone, M. és Dumon, J. (2021). Hőátadás egyenletessége pépformázásban: mérési és optimalizálási stratégiák.Alkalmazott hőtechnika, 117452. Vizsgálták a termikus gradiens hatását a termék minőségére és a ciklusidőre az öntési folyamat során.
[6] Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (2023).ISO 13849-1:2023 Vezérlőrendszerek mechanikai biztonsággal és biztonsággal kapcsolatos összetevői. ISO műszaki szabvány. Nemzetközi biztonsági szabványok, amelyek teljesítményszintű követelményeket határoznak meg a hidraulikus présberendezések védőberendezéseinek és vezérlőrendszereinek megbízhatóságára vonatkozóan.