智能化磁悬浮制瓶机关键技术探究

张 田

（河北陆源科技有限公司，河北 石家庄 050200）

瓶罐玻璃制品是食品、医药等行业的重要包装载体，应用范围广，使用量大，其成本低廉，能够可回收重复使用，因此成为了不可缺少的包装容器。随着各行各业对瓶罐玻璃制品需求量增加，对制瓶生产也提出了更高要求。但传统制瓶机受技术限制，难以满足当前生产需要，因此本文通过加强对智能化磁悬浮制瓶机关键技术的分析，弥补传统技术存在的缺陷，希望能更好地推动制瓶产业实现稳定发展。

1 研究智能化磁悬浮制瓶机的必要性

伴随着市场食品、药品等产业经济的发展，针对瓶罐玻璃制品需求量也在不断增加，玻璃制瓶行业迎来了全新的发展机遇。国内制瓶机厂家也因此抓住机遇，加强相关技术研究，并相继成功开发了磁场控制系统、电子定时控制、同步传动等的技术新成果，推动了制瓶产业的发展。但当前依然存在企业规模小、装备水平低问题，同时在生产方面，整体效率比较低下，产品品质无法得到有效提升，产品质量仍有很大提升空间。并且受技术限制的影响，制瓶精度难以得到有效保障，制瓶装备技术依然较为传统落后，无法实现自动化、大批量、高精度、高质量生产，最终导致玻璃瓶罐供不应求，难以实现更进一步的发展[1]。而在制瓶机未来发展过程中，实现大规模自动化生产是一项非常关键的目标，如何实现制瓶机驱动技术的更新，提高制瓶机驱动控制的精度，已经是当前制瓶行业亟待解决的问题。基于此，必须要加强对现代智能技术的应用，通过加强对智能化磁悬浮制瓶机关键技术的研究分析，借助相应的关键技术，针对制瓶机夹头盘，加强其驱动装置的改进，研发出一种基于磁悬浮技术的驱动装置，这对推动制瓶行业实现可持续发展有着重要的意义。

2 传统制瓶机存在的技术问题

通过上文叙述可知，当前制约制瓶机发展的一项重大因素为制瓶机驱动。而针对制瓶机驱动，夹头盘驱动装置以及对夹头盘分度方法具体如下。

首先，在夹头盘中，驱动装置组成较为复杂，除了由伺服电机作为主要动力源以外，还包括齿轮变速器、主轴套等零部件装置。伺服电机在实际输出时，主要依靠次轮变速器、分度盘等装置，直接与主轴套进行连接。在这种结构条件下，针对夹头罗盘的驱动相对较为复杂。

一般情况下，伺服电机会先通过运转，为电机内部的减速机提供相应的驱动动力。在此基础上，随着电机内部的减速机转动，会给予齿轮变速器转动的动力。而伴随着齿轮变速器转动，则会带动齿轮分度盘转动。而对齿轮分度盘而言，由于其直接与制瓶机的主轴套连接，因此会通过主轴套，完成动力传递，此时夹头盘便会受到驱动，完成玻璃制瓶的生产。

而这种驱动模式下的夹头盘在实际运动过程中，一方面通过控制伺服电机，另一方面，则是通过装换齿轮变速器的机械装置，完成夹头盘的分度操作。在上述整个过程中，由于传统的制瓶机夹头盘在实际进行运行时，主要依赖伺服电机进行分度控制，且驱动装置与分度方法依然存在以下几点问题。

1.伺服电机在实际运行时，本身已经有了一个减速装置，为了更好地驱动夹头盘运转，还需要与齿轮变速器进行相连，做好后续的动力传递。而对整个齿轮分度盘而言，在该装置实际运行时，需要经过多级机械传动，才能够为夹头盘提供相应的驱动力。在上述整个过程中，不仅涉及到的驱动结构非常复杂，还很容易加重零部件之间的磨损，且不同装置零件之间需要长期不断地进行磨合，在长期受力的作用下，将会导致传递零件部分受到一定的损伤，最终对夹头盘精准度造成严重的影响。

2.齿轮变速器本身在运转时会受到较大的磨力，同时还会产生较大振动，振动不仅会加重零件的磨损，同时受上述两种因素的影响，在该机器运转时，还会产生非常大的噪音。尤其是该装置需要在车间内运行，因此噪音带来的影响会更大，不利于工人在车间内长期工作，很容易形成严重的噪声污染，影响工人的生产状态。

3.通过上述对传统制瓶机驱动过程的分析可知，夹头盘在实际运行时，需要经历非常复杂的驱动，这种复杂性还表现在动能传递上，同时由于传递零件众多，传递过程也比较复杂，一般动能需要经过多级传递。在上述整个过程中，必然会导致很多动能能量的损失。不仅不利于整体运行效率提升，而且在实际生产过程中，还会消耗大量的电能，很容易增加制瓶机的生产与维护成本，不利于制瓶机整体生产效益提升。

4.在生产车间内，由于制瓶机设备通常会长时间持续运转，受本身驱动、传动复杂等因素的影响，制瓶机的各种驱动零件自身磨损会逐渐加重，而这些零件通常都是精密性零件，最终会对自身的精度造成严重的影响。而零件精度地丢失，最终会影响制瓶机的生产质量。[2]因此为保障后续的生产质量，必然需要投入大量的人力物力进行检查、维护，从而导致运转费用显著增加。并且由于传动装置磨损严重，还需要经常性地进行零部件的更换，才能保障生产精度，这显然会增大企业维护成本。

3 智能化磁悬浮制瓶机关键技术

通过上文叙述，我们已经能够对传统制瓶机存在的技术问题缺陷有了一个详细的了解与认知。为有效实现上述问题解决，在提高制瓶机生产效率与质量的同时，有效降低了制瓶机的生产成本，还需要加强对智能化磁悬浮制瓶机关键技术的研究。尤其是在当前各种先进的信息技术、智能技术、自动化技术迅猛发展的当下，再加上市场对高质量的瓶罐需求日益提升，因此为了推动制瓶厂为了可持续发展，应注重引入智能化技术，加强对制瓶技术的研究分析。

在本文研究中，主要研究内容为制瓶机夹头盘驱动装置，研究目的是改进这一驱动装置，弥补其缺陷问题。通过研发智能化磁悬浮制瓶机直分度式的驱动装置，该装置由主轴套、直联式驱动电机等组成。其中直联式驱动电机选用基于磁悬浮技术的电机，该电机包括定子和转子，在主轴上端，一般固定有夹头盘。以下是具体分析。

3.1 智能化磁悬浮制瓶机直分度式分度方法

针对智能化磁悬浮制瓶机，主要采用的是直分度式分度方法，针对该项方法的研究，包括了以下几个关键步骤。

1.设置初始参数。需要在配置在制瓶机中的PLC中，输入单工位运行角度，该角度需要结合实际工位的数量而定，在具体计算方面，可以参考以下公式：360°/实际工位数。

2.基准点定位。首先，将直连式驱动电机的转子定位到基准点位置，然后再进行制瓶机零点定位。最后，还需要注重做好转子的控制，一般情况下，转子由定子完成分度的控制。

3.转子被定子进行分度控制。该控制步骤较为系统复杂，因此需要详细分析。首先，在PLC 单片机启动后，会对驱动器加以控制，并结合实际生产需求，发送针对性指令。此时驱动器在接收到相应指令后，会执行分度控制操作，即先输出正向的电流，使定子产生旋转磁场。而转子在转动时，则会对定子产生的磁场起到一定的切割作用。受此影响，将会形成一个正向的力矩，该力矩能够为夹头盘提供驱动力。使其能够处于加速转动的状态。然后，在PLC 的控制下，驱动器会再次输出电流，且本次的电流方向与第一次电流输出方向相反。如此一来，定子也会产生旋转磁场，但此时由于转子切割方向不变，因此产生的力矩也会变成反方向力矩，那么夹头盘的驱动力方向也会发生变化，在实际运动时，将会做减速运动的方式。与此同时，PLC 还可以结合实际需求，以向驱动器输出相应的指令，由驱动器输出电流，促使驱动电机能够带动夹头盘进行转动，便于夹头盘在下一个工位进行生产操作。

4.维持制瓶时间。制瓶机在实际生产操作时，需要一定的生产时间，在这一时间段内，夹头分度不得发生变化，基于此，此时在PLC 的控制下，驱动器输出稳态的电流，不会产生磁场，那么转子也不会形成磁场切割，夹头盘失去了驱动力，自然会停在工位上，由此能够有效地维持制瓶的时间。

5.后续在完成制瓶生产后，便可以从步骤2 开始，重新赋予夹头盘相应的驱动力，完成夹头分度的操作，进行下一批瓶子的生产，从而更好地维护了整体制瓶生产的稳定运行。

3.2 智能化磁悬浮制瓶机关键技术

在智能化磁悬浮制瓶机中，主要包括以下几点关键技术。

1.夹头盘直驱技术。直联式驱动电机的输出轴套直接与固定连接夹头盘的主轴套连接。因此在直连式驱动电机启动时，能够带动主轴套转动，进而带动夹头盘转动。该驱动技术无需进行减速机、齿轮等部件连接，因此实际运行时，能量的损耗更低。

2.固定技术。在主轴套与机身之间，固定连接有支撑套。通过主轴套间接支撑夹头盘，能够有序增强夹头盘的稳定性。直联式驱动电机通过在支撑座的帮助下，固定在机身的下方，能够有效提高整体驱动装置的稳定性。

3.磁场分度技术。PLC 向驱动器输出正反不同方向的电流，通过电流的方向，形成不同方向的力矩，带动夹头盘做减速或者加速运动，实现精准分度。

在上述关键技术中，主要包括以下几点技术指标：

（1）制颈等分盘在每站自转时，径向跳动要求控制在0.10mm 以内。

（2）制底等分盘在每站自转时，径向跳动要求控制在0.10mm 以内。

（3）制颈等分盘铝盘夹头过站时，要求夹头与夹头之间的等分位置偏差在0.04mm 以内。

（4）制底等分盘运转时，各站中心线对夹头座中心线位置相对偏差在0.02mm 以内。

3.3 智能化磁悬浮制瓶机关键技术创新点

本次针对智能化磁悬浮制瓶机关键技术的研究，主要有以下几点创新点。

1.本驱动装置在完成改进后，能够显著降低机械摩擦带来的磨损影响，从而促使自身的定位精度得到有效提升。除此之外，在实际定位的过程中，还可以结合实际的情况，在短时间内，完成多次的精准化定位，确保夹头盘能够始终在最佳的工作位置。除此之外，还能够避免因长期严重磨损导致的零部件损伤，降低生产维护成本。

2.本驱动装置在完成改进后，由于整个机械磨传动结构得到了有效的优化，且驱动力控制也更加精准。由此在装置实际运行时，产生的振动也大大降低。从而在实际运行的过程中产生噪音也比较小，解决了噪声污染问题，因此更加适合在车间中进行生产应用，这对整体制瓶生产效率提升也有着较为积极的影响意义。

3.本驱动装置在动能传递方面更加简洁高效，无需多级传动，因此动能利用效率更高，由此可以降低电能的消耗量，降低企业生产成本。除此之外，还能够减少直联式驱动结构之间的磨损，因此整体的故障发生概率大大降低，不再需要日常频繁的维护，有着良好的稳定性与可靠性，更有利于成本的降低与生产效益的提升。

4.本装置搭载有PLC 装置，能够实现生产装置的自动化控制，比如能够通过PLC，结合实际生产需求发出相应的控制信号，实现整个过程的精准化控制。同时在这种精准控制的帮助下，能够对零部件的磨损降至最低。因此相应的零部件可以长时间地使用。通常而言，只有零部件因为自身原因发生了老化，才需要更换，不再因为长期严重磨损而频繁更换零件，因此整体制瓶设备运行成本更低。

5.本智能化磁悬浮制瓶机在实际运行时，驱动装置由PLC 自动化控制，无需人工干预，因此整个生产过程会更加地精准。能够始终保证正常分度运转，降低故障的发生概率，提高生产稳定性与精准性，且无需大量劳动力。

6.本智能化磁悬浮制瓶机由传统的机械传动分度改进为磁场分度，分度准确度高，没有传统机械式分度方式组合装配主机后的累积误差[3]。本磁场分度方式不需要日常润滑，因此更加节能环保，同时没有触合点及摩擦点，使用寿命更长。

4 总结

总而言之，通过在分析传统制瓶机存在的技术缺陷基础上，探讨了智能化磁悬浮制瓶机的直分度式分度方法与相关的关键技术。其中驱动装置直接驱动制瓶机的夹头盘，能够避免因多级机械传动造成的能量损耗，并且对驱动装置的控制进行分析，实现制瓶机夹头盘的精准定位，提高了夹头盘的精度，解决了现有齿轮间接传动磨损严重、夹头盘定位精度差等技术问题，因此适合大面积推广应用。