摘要：該文介紹塑料薄膜邊料回收設(shè)備的新型設(shè)計(jì)，用于塑料薄膜在分切過程中對(duì)邊料的收集，主要解決目前行業(yè)內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備對(duì)斷裂后的邊料無法持續(xù)卷繞的問題。本研究應(yīng)用渦流紡的原理，利用氣流通過蝸殼箱所形成的渦流場(chǎng)，以及對(duì)蝸殼箱上氣流調(diào)節(jié)板的角度進(jìn)行控制，來解決斷裂后的邊料不能自動(dòng)地纏繞到收卷軸上的難題。新型的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了在邊料斷裂的情況下不停機(jī)繼續(xù)卷繞。
筆者于2012年設(shè)計(jì)了一款新型塑料薄膜邊料回收設(shè)備(已于2013年1月16日獲得了專利，專利號(hào)：ZL 2012 2 0310345.3)，主要用于塑料薄膜在分切過程中對(duì)邊料的收集。當(dāng)時(shí)我們共制造了2臺(tái)新型塑料薄膜邊料回收設(shè)備，配置在汕頭雙豐機(jī)械有限公司的塑料薄膜分切機(jī)上，至今已使用了1年多時(shí)間，效果非常好。
與市場(chǎng)上現(xiàn)有的塑料薄膜分切邊料的回收設(shè)備相比，這款新型的邊料回收設(shè)備，解決了現(xiàn)有設(shè)備對(duì)斷裂后的邊料無法持續(xù)卷繞的問題，同時(shí)可降低能耗，在安全以及廢膜回收再次利用等方面均有不俗的表現(xiàn)。
一、課題研究的背景及國內(nèi)產(chǎn)品的現(xiàn)狀
工業(yè)用卷筒塑料薄膜從制造廠出來后，大都需要經(jīng)過后道工藝的加工，如涂布、噴鋁、復(fù)合、剝離、印刷、分切等，最后才能成為包裝產(chǎn)品。在其真正成為包裝產(chǎn)品之前，一般都要經(jīng)過“分切去邊料”工序，即采用分切機(jī)對(duì)塑料薄膜的邊緣進(jìn)行裁切加工，以達(dá)到包裝膜卷筒端面平整或規(guī)定的尺寸要求。
目前對(duì)塑料薄膜的分切邊料回收一般采用兩種方法：
1、采用邊料卷繞設(shè)備進(jìn)行回收;
2、采用功率比較大的風(fēng)機(jī)通過吹料管將邊料吹到生產(chǎn)車間外圍的專門回收設(shè)施內(nèi)。
這兩種方法均有缺陷：若采用第一種方法，單單采用傳統(tǒng)意義上的卷繞機(jī)，將分切邊料卷繞到收卷軸上，則會(huì)存在以下問題：
(1)這種方法只適合于分切邊料較寬、纖維強(qiáng)度較大、不易斷裂的材料，應(yīng)用的包裝膜對(duì)膜邊質(zhì)量和膜邊寬度受到限制，實(shí)際生產(chǎn)中為了節(jié)約成本，要求分切邊料盡可能窄，絕大多數(shù)情況下不存在上述理想的狀況;
(2)在實(shí)際生產(chǎn)中塑料薄膜卷筒的外邊緣通?；蚨嗷蛏俚卮嬖谥芽诨蚍智袝r(shí)薄膜跑偏使得邊料變窄，這樣很容易在卷繞過程中把邊料拉斷，以致邊料無法繼續(xù)卷繞而造成停機(jī)，需要通過人工將后續(xù)邊料重新繞在收卷軸上，但是在生產(chǎn)過程中分切機(jī)若出現(xiàn)中間停頓會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量(卷筒包裝膜的端面平整度)。
鑒于這個(gè)原因，目前市場(chǎng)上分切邊料的處理方法一般是采用功率比較大的風(fēng)機(jī)通過吹料管將邊料吹到生產(chǎn)車間外圍的專門回收設(shè)施內(nèi)，以保持生產(chǎn)車間的整潔，但是這樣的處理辦法不僅能耗高(一般電機(jī)功率在3kW以上)，而且占地空間也大，蓬松堆積的塑料薄膜邊料還隱藏著安全隱患。
二、總體設(shè)計(jì)構(gòu)思
1、選用力矩電機(jī)來控制塑料薄膜邊料的張力，根據(jù)塑料薄膜邊料的寬與窄、厚與薄，設(shè)置力矩電機(jī)的輸出扭矩，實(shí)現(xiàn)比較理想的邊料張力控制。
2、根據(jù)分切機(jī)的最高速度來選擇力矩電機(jī)的速度和功率，通過傳動(dòng)比的計(jì)算確定塑料薄膜邊料收卷軸的速度。
以汕頭雙豐機(jī)械有限公司的SL130G塑料薄膜分切機(jī)為例：分切最高速度為400m/min，如用3"的氣脹軸，3"紙管壁厚為5mm，即薄膜邊料收卷軸最初直徑為86mm;由于薄膜邊料收卷軸的線速度始終要大于分切機(jī)最大速度，但也不能太快，如選擇4極電機(jī)的速度為1440r/min、速比1.2:1，即薄膜邊料收卷軸的線速度為1440X1.2X86π=466.8m/min。
在正常卷繞時(shí)，薄膜邊料收卷軸卷徑會(huì)慢慢增大，那就需要設(shè)置PLC的程序,通過變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之減慢，使得薄膜邊料收卷軸卷徑的線速度始終保持在466.8m/min±(10 m/min)。最大的薄膜邊料卷徑設(shè)計(jì)為300mm，即力臂長(zhǎng)為0.15m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，薄膜邊料卷繞時(shí)力矩電機(jī)的最大力矩1m/n即可。由電機(jī)的計(jì)算公式P=MNη/9549，P為額定功率，M額定力矩，N為額定轉(zhuǎn)速，η為傳動(dòng)機(jī)械的效率(一般為0.8)，速比1.2:1(1440/0.84),可得電機(jī)的額定功率為:
1×1440/0.84×0.8÷9549=0.143kw，即選擇力矩電機(jī)功率為0.15kw。
3、分切邊料是由小風(fēng)機(jī)通過吹料管送入到回收設(shè)備收卷軸上，在收卷軸的外圍設(shè)計(jì)一蝸殼箱和氣流調(diào)節(jié)板，小風(fēng)機(jī)吹出的氣流正對(duì)蝸殼箱的箱口。進(jìn)入蝸殼箱的氣流通過蝸殼形箱體的作用形成了渦流場(chǎng)，氣流調(diào)節(jié)板主要控制蝸殼箱出口氣流的大小和方向。由于塑料薄膜卷筒的外邊緣通?；蚨嗷蛏俚卮嬖谥芽?或分切時(shí)塑料薄膜跑偏使得邊料變窄，很容易在卷繞過程中把邊料拉斷。當(dāng)分切邊料斷裂時(shí)，斷裂后的分切邊料由小風(fēng)機(jī)吹出的氣流攜帶著進(jìn)入蝸殼箱，進(jìn)入蝸殼箱的氣流和分切邊料通過蝸殼形箱體的作用形成了渦流場(chǎng)，氣流攜帶著分切邊料繞著收卷軸旋轉(zhuǎn)，因此斷裂的分切邊料隨氣流纏繞到收卷軸上，即可恢復(fù)正常繞卷，實(shí)現(xiàn)了在邊料斷裂的情況下也能不停機(jī)持續(xù)卷繞。
4、為了增加回收設(shè)備邊料的容積，采用往復(fù)繞線的方法進(jìn)行卷繞。設(shè)計(jì)一擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，吹料管固定在往復(fù)桿上，往復(fù)桿與擺臂鏈接，擺臂上有一滾輪緊靠桃子凸輪的外周面，電機(jī)帶動(dòng)桃子凸輪旋轉(zhuǎn)，擺臂隨著桃子凸輪的軌跡作往復(fù)擺動(dòng);當(dāng)收卷軸卷繞時(shí)，吹料管吹出的邊料沿著收卷軸作軸向往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分切邊料在收卷軸上形成線圖狀。
三、 設(shè)備結(jié)構(gòu)
應(yīng)用了渦流紡原理，利用氣流通過蝸殼箱形成渦流場(chǎng)以及對(duì)蝸殼箱上氣流調(diào)節(jié)板進(jìn)行角度控制，實(shí)現(xiàn)了在邊料斷裂的情況下不需要停機(jī)可以連續(xù)卷繞的新型設(shè)備。主要結(jié)構(gòu)有：機(jī)箱;力矩電機(jī);帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu);收卷軸;卷繞箱;氣流調(diào)節(jié)板;擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。
圖1為邊料處理回收設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為圖1中的A-A向視圖;圖3為圖1中的B-B向視圖;圖4為圖1中的I部放大圖;圖5為圖4的仰視圖。
???????? 
1、吹料管;2、吹料口;3、箱口;4、出風(fēng)口;5、分切邊料;5’、斷裂邊料;6、卷繞;7、氣流調(diào)節(jié)板;8、邊料卷;9、鉸鏈;10、固定壁;11、機(jī)箱;12、電機(jī);13、力矩電機(jī);14、傳動(dòng)機(jī)構(gòu);15、收卷軸;16、筒芯;17、往復(fù)桿;18、擺臂;19、桃子凸輪;20、滾輪底座;21、滾輪;22、調(diào)節(jié)臂;23、調(diào)節(jié)螺桿
1、機(jī)箱11。機(jī)箱內(nèi)主要安裝電機(jī)、擺臂機(jī)構(gòu)、電器控制元件，電機(jī)箱的側(cè)面墻板安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、收卷軸、往復(fù)桿，頂面安裝按鈕開關(guān)。
2、力矩電機(jī)13。力矩電機(jī)主要是通過帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)收卷軸旋轉(zhuǎn)，收卷軸為氣脹式，收卷軸上需套一筒芯，氣脹軸充氣后把筒芯固定在氣脹軸上，然后把分切邊料纏繞到收卷軸的筒芯上進(jìn)行卷繞。力矩電機(jī)的扭矩可以根據(jù)邊料的變化而設(shè)置，力矩電機(jī)所帶動(dòng)收卷軸的線速度始終比分切機(jī)的線速度要大，兩者的速度差靠力矩電機(jī)的扭矩滑差實(shí)現(xiàn)。
3、卷繞箱6。卷繞箱由固定壁和氣流調(diào)節(jié)板用鉸鏈連接所成。設(shè)在卷繞軸的外圍，卷繞箱的箱口正對(duì)著吹料管的吹料口。將卷繞箱設(shè)計(jì)成蝸殼狀，由于吹料口吹出的氣流正對(duì)卷繞箱的箱口，進(jìn)入卷繞箱的氣流由于蝸殼形箱體的作用形成了渦流場(chǎng)，氣流繞著收卷軸旋轉(zhuǎn)，從吹料口吹出的邊料隨氣流纏繞到收卷軸上。
4、氣流調(diào)節(jié)板7。氣流調(diào)節(jié)板主要控制卷繞箱出口氣流的大小和方向，氣流的大小和方向根據(jù)分切邊料的材料和寬窄來決定。氣流調(diào)節(jié)板上裝有光滑的流線型滾輪底座、滾輪、調(diào)節(jié)臂、調(diào)節(jié)螺桿，滾輪底座采用光滑的流線型是為了減少對(duì)氣流的影響和對(duì)邊料的阻礙;在工作時(shí)滾輪利用重力始終擱在邊料卷上;卷繞箱的出風(fēng)口的方向和大小的變化可由調(diào)節(jié)螺桿控制調(diào)節(jié)臂的位置來實(shí)現(xiàn)(調(diào)節(jié)臂向上調(diào)，卷繞箱的出風(fēng)口變小，調(diào)節(jié)臂向下調(diào)，卷繞箱的出風(fēng)口變大，同時(shí)出風(fēng)口的氣流方向也隨之變化)。
5、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)、桃子凸輪、擺臂、往復(fù)桿、吹料管組成。由于分切邊料較窄，采用往復(fù)繞線的方法進(jìn)行卷繞，可增加卷繞軸收集的體積。電機(jī)帶動(dòng)桃子凸輪旋轉(zhuǎn);擺臂上有一滾輪緊靠著桃子凸輪的外周面，隨著桃子凸輪的軌跡往復(fù)擺動(dòng);往復(fù)桿安裝在機(jī)箱側(cè)面墻板的滑槽內(nèi)，和擺臂鏈接，隨擺臂作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng);吹料管固定在往復(fù)桿上，往復(fù)桿平行于收卷軸，當(dāng)收卷軸卷繞時(shí)，吹料管吹出的邊料沿著收卷軸作軸向往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)卷繞。
四、工作原理
分切邊料處理回收設(shè)備的工作原理如下：當(dāng)卷繞機(jī)正常卷繞分切邊料時(shí)，分切邊料靠力矩電機(jī)拖動(dòng)，卷繞在收繞軸上，形成邊料卷。氣流調(diào)節(jié)板上的滾輪隨著邊料卷直徑的變化始終擱在邊料卷外周面上，卷繞箱的出風(fēng)口的方向和大小可通過調(diào)節(jié)螺桿控制調(diào)節(jié)臂的位置來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)分切邊料斷裂時(shí)，斷裂的分切邊料由吹料管吹出的氣流攜帶進(jìn)入卷繞箱，進(jìn)入卷繞箱的氣流和分切邊料通過蝸殼形箱體的作用形成了渦流場(chǎng)，氣流和分切邊料繞著收卷軸旋轉(zhuǎn)，因此斷裂的分切邊料隨氣流纏繞到收卷軸上，即可恢復(fù)正常繞卷，實(shí)現(xiàn)了在邊料斷裂的情況下也能不停機(jī)進(jìn)行卷繞。
五、結(jié)語
這款新型的塑料薄膜邊料回收設(shè)備，應(yīng)用渦流紡的原理，利用氣流通過蝸殼箱所形成的渦流場(chǎng)，以及對(duì)蝸殼箱上氣流調(diào)節(jié)板的角度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了在邊料斷裂的情況下不停機(jī)連續(xù)卷繞。具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、解決了現(xiàn)有設(shè)備在邊料斷裂后不能自動(dòng)地纏繞到收卷軸上的難題。
2、能耗低，能耗約占現(xiàn)有回收設(shè)備的1/3~1/5。
3、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。比原來采用功率比較大的風(fēng)機(jī)通過吹料管將邊料吹到生產(chǎn)車間外圍的專門回收設(shè)施內(nèi)的方法安全。原來蓬松堆積的邊料，形如小山丘，若遇明火極易燃燒，隱藏著安全隱患。
4、邊料回收再次利用，線團(tuán)狀的邊料出售給繩索廠用來加工繩索，增加公司收益。
