Създаването на устойчиви опаковки за хранителни услуги зависи от силното машинно инженерство. Проектът трансформира сплескан хартиен инвентар в практични, три-измерни продукти. Основният инструмент за тази работа еХидравлична машина за формоване на хартиени плочи.Системата използва хидродинамика, термичен контрол и автоматични команди. Частите работят заедно, така че производството остава същото. Важно е да разберете всяка част и какво прави. Операторите, ремонтниците и купувачите се нуждаят от тези знания. Те го използват, за да проверят работата на машината или да решат проблеми. Технологията не изглежда толкова фокусирана върху изходните числа, колкото върху материалите за продажба. Вместо това, той изучава вътрешността на тези машини. Това проучване приема стандартни инженерни правила и индустриални норми. Всяка част има определена роля. Тези роли гарантират, че налягането, топлината и времето съвпадат добре. Тази комбинация произвежда много качествени хартиени чинии.

Хидравличният захранващ блок: сърце на системата и генериране на налягане

Хидравличният захранващ блок (HPU) е основният източник на енергия за всяка хидравлична машина за формоване на хартиени плочи. Устройството разполага с електродвигател, хидравлична помпа, енергиен акумулатор, филтър и предпазни клапани. Въз основа на основните хидродинамични книги, основната задача на HPU е да преобразува електричеството във водна енергия. Тази енергия остава в течността под налягане [1]. Помпата премества маслото от резервоара към системната верига. Този поток създава налягане, когато среща съпротивление от формиращия цилиндър.
Новите HPU използват помпи с променлив обем, а не с фиксирани. Променливите помпи според-системата в реално време трябва да променят мощността. Това намалява загубата на енергия, когато машината не работи или е при ниско налягане. Проучванията за използването на енергия показват, че системите за преобразуване на честота могат да намалят консумацията на електроенергия с 20% до 30%. Това се сравнява със старата система с постоянен поток при кръгово пресоване [2]. Филтрите в HPU поддържат течностите чисти до нивата на ISO 4406. Това ще предотврати заклинване на сърцевината и износване на уплътнението. В противен случай натискът ще бъде неравномерен и частите ще щракнат преждевременно. Без да изберете или поддържате HPU, никоя друга част от системата няма да работи.

Насочващи клапани и регулиране на потока

След като течността под налягане напусне HPU, насочените контролни клапани определят посоката на потока и времето. Тези електромеханични части действат като нервната система на хидравлична машина за оформяне на хартиени плочи. Те получават своя сигнал от програмируемия логически контролер (PLC). След това те преместват сърцевината, за да изпратят масло към разширението или порта за възстановяване на главния цилиндър. Пропорционалните вентили вече са стандартна технология. Те осигуряват регулируем поток, а не само превключватели.
Проучването на електрохидравличните системи за управление показва, че пропорционалният клапан може да направи промяната на скоростта стабилна. Това елиминира механичното въздействие на дискретните вентилни превключватели [3]. Това плавно движение е много важно за оформянето на хартиената чиния. Ако движението на щамповането е твърде бързо или внезапно, хартията ще се размести, ръбовете ще станат неравни или покритието ще се повреди. Вентилите за контрол на потока, които обикновено образуват колекторен блок с комутаторен вентил, могат сами да контролират скоростите на удължаване и прибиране. Това работи дори ако товарът се промени. По този начин, дори ако дебелината или влажността на хартията варира между партидите, пътуването на формоване остава същото. Това пряко влияе върху еднородността на продукта и повторяемостта на циркулацията.

Основният формовъчен цилиндър и комплекти за форми

Формиращият цилиндър е част, която преобразува хидравличното налягане в механична сила. Тази сила оформя хартията в плочи. В типичната хидравлична машина за формоване на хартиени плочи това е цилиндър с двойно-действие. Неговите размери за пробиване са настроени да произвеждат достатъчен тонаж при най-високото работно налягане на системата. Инженерната математика на формоването на целулоза показва, че доброто налягане на формоване трябва да преодолее два проблема. Единият е еластичният отскок на компресирани влакна. Друг е вискозитетът на термопластичните покрития при нагряване [4].
Монтажът на матрицата е разположен в края на пръта на цилиндъра. Съвпадаше с горни и долни форми. Обикновено са изработени от алуминий или стомана и имат отоплителни канали вътре. Дизайнът на матрицата задава размер на плочата, стил на джантата, подреждане на плоча като едно. Прецизната машинна обработка на щифтовете за подравняване и водещите втулки запазва полу-ядрото на матрицата. Това предотвратява неравномерна дебелина на стените и изтъняване на панелите. Топлинният поток на материала на матрицата влияе пряко върху времето на цикъла. Алуминиевите форми се нагряват по-бързо от стоманените. Но алуминият се износва по-бързо. Следователно инженерите трябва да избират между изискванията за изход и видовете хартия. Връзката на цилиндъра и матрицата е сливането на цялата хидравлична и контролна работа нагоре по веригата. Там се прави истинският продукт.

Отоплителни системи и компоненти за управление на топлината

Формоването на хартиени чинии е процес на термоформоване. Така че се нуждае от прецизен контрол на температурата. Нагревателните елементи са разположени в кухината на матрицата. Те активират покриващия материал и създават структурата на влакната чрез начини на контролирано нагряване. Най-често срещаните видове са капацитивни или тръбни нагревателни елементи. Размерите им се определят според плътността на мощността. Тези изисквания идват от качеството на формата и целевата температура.
Температурните контролери използват PID алгоритми. Контролерите променят мощността на нагревателя. Те поддържат зададената точка в рамките на + -2 градуса. Проучвания върху термичната обработка на целулозни материали показват, че температурата на повърхността на матрицата е по-важна от действителната температура. В някои области горещите точки изгарят през покритието. Студените петна в други области могат да причинят лошо запечатване и разделяне между слоевете [5]. Термодвойките са разположени в различни региони. Те изпращат обратна връзка на контролера. Това позволява на всяка област на формата да се регулира сама. Охлаждащите вериги, понякога инсталирани в едни и същи модули, изтеглят топлина бързо след формоването. Това стабилизира формата на плочата преди изваждане. Системата за управление на топлината работи в тандем с хидравличната система. Неговата производителност е настроена на цикъл като

възможно най-бързо. Колкото и добра да е хидравликата.

Електрическа система за управление и предпазни блокировки

Програмируемият логически контролер (PLC) и интерфейсите човек-машина (HMI) са мозъкът на хидравличните машини за хартия. PLC работи съгласно логиката стъпка-по-стъпка. Тази логика контролира действията на клапаните, промените на нагревателя, проверките на сензорите и откриването на неизправности. Съвременните контролери съхраняват много настройки на продукта. В резултат на това операторите могат да извикат най-добрите параметри въз основа на различни размери на плочите и материали. Не е нужно ръчно да настройват всичко отново.
Предпазните компоненти са незаменима част от системата за управление. Светлинните завеси, бутоните с две{1}}ръки, веригите за аварийно спиране и механичните ключалки за охраната следват правилата за безопасност ISO 13849. Тези правила предпазват хората от опасностите от компресия и топлина [6]. Релетата за ниво на безопасност проверяват превключвателите за положение на предпазителя. Ако защитната бариера се отвори по време на опасно движение, те биха спрели хидравличната помпа. Сензорите за налягане и позиционните енкодери изпращат обратна връзка към PLC. Това позволява адаптивен контрол. Системата може да се регулира за износване, промени в дебелината на течността или разлики в материала. Тази комбинация от сигурност и контрол на процеса позволява на машината да работи в зададени граници. Освен това предпазва работниците от силното налягане и топлината на хидравличното формоване.

Заключение

Хидравлична машина за формоване на хартиени плочи е цялостна система. Изпълнението на всяка част пряко влияе върху цялостното представяне. Хидравликата осигурява необходимата мощност. Насочващите и пропорционалните клапани контролират прецизното движение. Формиращият барабан и модулът на матрицата са физически оформени. Термичните системи управляват реакцията на материала към топлина. Електрическата система за управление управлява всички функции, за да гарантира безопасността на оператора. Разбирането на тези части и как те зависят една от друга може да помогне на хората да направят правилния избор. Тези опции включват избор на оборудване, приоритети за поддръжка и подобрения на процесите. Докато индустрията се движи към по-устойчиво и ефективно производство, по-добрият дизайн на тези основни компоненти ще определи кои производители могат да отговорят на новите пазарни изисквания със стабилно, високо{9}}качествено производство. Техническите познания в тези области остават в основата на конкурентната сила за производството на опаковки за еднократна употреба.

Референции

[1] Манринг, Н. и Джонсън, Р. (2021).Хидравлични системи за управление: теория и практика. Wiley Academic Press. Изчерпателен учебен материал, обхващащ дизайна на хидравличен захранващ блок, избор на помпа и основните принципи на структурата на веригата за приложения в промишлени преси.
[2] Ivantysynova, M., & Weber, J. (2022). „Подобряване на ефективността на хидравличната система чрез технология с променлив работен обем.“Международен журнал за Fluid Power, 23 (1), 45-62. В тази статия енергоспестяването на адаптивните помпени системи е изследвано количествено.
[3] Джелали, М. и Саха, Б. (2023).Електрохидравлично серво и пропорционална вентилна технология. Springer Engineering Publications. Академични справочни материали за пропорционална динамика на вентила, характеристики на реакцията и възможности за профилиране на движение за приложения за прецизно формоване.
[4] TAPPI (2022 г.). "Механични и термични изисквания към опаковки от термоформовани влакна."TAPPI Journal Технически документи, 21 (9), 78-89. Публикация на техническата асоциация, документираща параметрите на налягане и температура, необходими за ефективно компресиране на целулозни влакна и активиране на покритие.
[5] Didone, M., & Dumon, J. (2021). Еднородност на преноса на топлина при формоване на целулоза: Стратегии за измерване и оптимизация.Приложна топлотехника, 117452. Изследвано е влиянието на термичния градиент върху качеството на продукта и времето на цикъла по време на процеса на формоване.
[6] Международна организация по стандартизация (2023 г.).ISO 13849-1:2023 Механична безопасност - свързани с безопасността компоненти на системи за управление. Технически стандарт ISO. Международни стандарти за безопасност, които определят изискванията за ниво на производителност за надеждността на защитните устройства и системите за управление в оборудването за хидравлични преси.