Коротко
На упаковочной линии пневматика решает три группы задач: дозирование и фасовка продукта, прижим при запайке плёнки и лотков, перенос и укладка готовых упаковок в короба. Ключевые параметры подбора - время такта, требуемое усилие и монтажное пространство. Для большинства участков достаточно компактных цилиндров SDA и ADVU, распределителей 4V и пневмозахватов HFT. Все серии есть на складе дистрибьютора в Москве с отгрузкой день в день.
Такт линии и скорость пневматики
Упаковщик считает не давление и не расход, а такты. При производительности N упаковок в минуту время такта T = 60 / N секунд. Линия на 60 упаковок в минуту даёт такт в 1 секунду, из которых на движение пневмопривода остаётся 0,3-0,5 секунды: остальное уходит на срабатывание распределителя, наполнение магистрали и успокоение механики перед следующей операцией.
Типичная рабочая скорость штока пневмоцилиндра - 0,1-0,5 м/с. Выше 0,5 м/с растут ударные нагрузки, и без пневматического демпфирования в крышках или внешних амортизаторов ресурс узла падает. Что реально ускоряет цикл:
- распределитель ставится как можно ближе к цилиндру - короче трубка, быстрее наполнение;
- проходное сечение распределителя и фитингов подбирается по расходу цилиндра, а не «с запасом в две ступени»;
- скорость регулируется дросселями на выхлопе, а не на входе - ход получается равномерным;
- глушители выбираются с низким сопротивлением, иначе они тормозят выхлоп и весь цикл.
Расход воздуха тоже считается от такта. Приведённый к атмосферному давлению объём за двойной ход равен 2 · S · L · (p + 0,1) / 0,1, где S - площадь поршня, L - ход, p - избыточное давление в МПа. Цилиндр 32×50 при 0,6 МПа расходует около 0,56 л свободного воздуха на двойной ход; при 60 циклах в минуту это уже около 34 л/мин на один привод - эти цифры складываются в требования к компрессору и подготовке воздуха.
Фасовка и дозирование
На участке фасовки пневматика работает отсекателями потока продукта, толкателями тары, прижимами и позиционирующими упорами. Здесь важна не сила, а короткая установочная длина и малый ход: типовые перемещения - 5-50 мм. Оптимальный выбор - компактные цилиндры SDA (аналог AirTAC SDA и SMC CDQ2): плоский корпус встаёт в узкие зоны между направляющими и датчиками, а малый мёртвый объём сокращает время наполнения и расход воздуха.
Управление отсекателями и толкателями обычно строится на распределителях 4V с электромагнитным управлением: моностабильные 5/2 - для толкателей с возвратом в исходное положение при снятии сигнала, 5/3 с закрытым центром - для заслонок, которые должны замирать в промежуточном положении. Распределитель 4V210 - типовой размер для цилиндров малых и средних диаметров.
Полный перечень решений - в каталоге WAALPC: 425 серий в 15 категориях, 28 480 артикулов в реестре. Пришлите спецификацию участка - подберём состав по тактам и усилиям.
Запайка и термосварка: расчёт усилия прижима
На запайке цилиндр прижимает сварочную балку или пуансон к плёнке. Теоретическое толкающее усилие считается по формуле F = p · S, где p - давление в МПа, S - площадь поршня в мм², результат - в ньютонах. Рабочее усилие принимают с коэффициентом нагрузки: не более 70% теоретического для статического прижима и не более 50% для динамичных движений.
| Диаметр поршня, мм | Площадь поршня, мм² | Теоретическое усилие при 0,6 МПа, Н | Рабочее усилие (70%), Н |
|---|---|---|---|
| 16 | 201 | 120 | 84 |
| 20 | 314 | 188 | 132 |
| 25 | 491 | 295 | 206 |
| 32 | 804 | 483 | 338 |
| 40 | 1257 | 754 | 528 |
| 50 | 1963 | 1178 | 825 |
| 63 | 3117 | 1870 | 1309 |
Пример: для прижима сварочной балки с усилием 400 Н при 0,6 МПа подходит диаметр 40 - его рабочее усилие 528 Н даёт запас на трение направляющих и неравномерность прижима. Для сварочных узлов удобны цилиндры ADVU по ISO 21287 (аналог Festo ADVU): плоская конструкция, крепление через корпус, широкий ряд диаметров. Весь ряд приводов - от миниатюрных до ISO 15552 - собран в категории пневмоцилиндры.
Укладка в короба: захваты и перенос
На финишном участке упаковки переносятся в гофрокороб. Для штучных изделий с жёсткими стенками применяют пневмозахваты HFT (аналог SMC MHZ2 и Festo HGP): губки с параллельным ходом одинаково надёжно берут упаковку в начале и в конце раскрытия. Для мягких пакетов и плёночных упаковок чаще ставят вакуумные присоски - захват не деформирует продукт.
Усилие захвата выбирается с запасом. При коэффициенте трения губок около 0,2 и коэффициенте безопасности 4 усилие захвата должно превышать вес изделия примерно в 10 раз; при резких разгонах портального переносчика запас увеличивают ещё больше. Вторая проверка - момент на губках: длинные накладки создают плечо, и захват, достаточный по усилию, может не удержать изделие на вылете.
Типовая комплектация участков
| Участок линии | Задача | Компонент | Серия WAALPC |
|---|---|---|---|
| Фасовка | Отсекатели, толкатели тары, прижимы | Компактный цилиндр, малый ход | SDA |
| Запайка | Прижим сварочной балки, пуансоны | Компактный цилиндр ISO 21287 | ADVU |
| Управление | Толкатели 5/2, заслонки 5/3 | Электропневматический распределитель | 4V |
| Укладка в короба | Захват и перенос упаковок | Пневмозахват с параллельными губками | HFT |
| Вся линия | Приводы по диаметру и ходу | Цилиндры ISO 15552, ISO 6432, ISO 21287 | Пневмоцилиндры |
Подготовка воздуха для упаковочного производства
Быстрые такты не прощают грязного воздуха: конденсат вымывает смазку из компактных цилиндров, а твёрдые частицы изнашивают золотники распределителей. Ориентир - классы чистоты по ISO 8573: для типовой упаковочной линии достаточно фильтрации 5 мкм с влагоотделением и регулятором давления на входе каждой машины; для зон контакта с пищевым продуктом требования жёстче и оговариваются отдельно. Блоки подготовки воздуха собраны в категории подготовка воздуха.
Стабильное давление - отдельное условие повторяемости запайки: просадка на 0,1 МПа снижает усилие прижима на 17% при настройке на 0,6 МПа. Регулятор ставится после фильтра и настраивается по манометру под нагрузкой, а не на холостом ходу.
Частые вопросы
Какой цилиндр выбрать для запайки лотков?
Чем компактный цилиндр отличается от стандартного ISO 15552?
Как ускорить цикл пневмопривода на быстрой линии?
Подойдут ли компоненты WAALPC на замену Festo или SMC?
Какой воздух нужен упаковочной линии?
Где купить пневматику WAALPC для упаковочной линии?
Автор: Вадим Ибрагимов, главный инженер представительства WAALPC в России. Вопросы по подбору: info@waalpc.ru