• 引言

随着包装机包装速度的提高，在采用纸张（或塑料薄膜）为包装材料的包装机中，传统的 平张型包装纸已逐渐被卷筒型包装纸所取代，因为它有利于提高包装速度，简化机器结构。

在使用卷筒包装纸时，如何控制包装纸图案位置，使之符合产品包装装潢的工艺要求・ 是设计包装机的关键技术*

我们是在研制实际的包装机的基础上.对包装机的图案定位进行了深入系统的理论硏 究.并将其运用于生产实际取得了明显效果•

二、造成包装纸图案偏离正确位置的原因

卷筒型包装纸上印有图案和供光电设备检测的色标，从包装纸输送简图（见图1，可以 看出，卷筒包装纸通过导辗、送纸辕及刀辗到达包装位置,刀辗旋转一周,切下一张包装纸。

该卷筒纸上每张包装纸长度为L,刀辗的速度为n,送纸辐的理想速度为队，浅纸跟的 标称直径为也。

若包装机开车前，卷筒纸的理论切纸线对准刀辗切刀位置,同时满足那么刀 辗每次切下的包装纸就与卷筒纸上理论切纸线一致•产品包装后图案位置完全推确。

而实际上送纸辗的速度很难满足上式，这一方面是由于机械加工的送纸辗的实际尺寸 和标称尺寸有公差，另一方面圆周率k为无限不循环小数，而实际计算时只能取有限位小

数，因此刀辗切下的包装纸和理论切纸线之 间有偏差（.用S来表示｝,即使这种偏差很小， 例如S=0：lmm〈这对一般包装机来说,要求 已经很高了）。包装机的包装速度一般为 即0个/分左右,倘若没有补偿调节装置，即 在开环系统里.机器运行一分钟以后，刀辗切 下的包装纸与理论切纸线之间的偏差即达 20mm,此时，包装纸上的图案就会明显地偏 离产品的正确位置。当然，造成偏差的因素是

多方面的。例如包装纸的弹性变形产生脾性滑动,而弹性滑动又与送纸辗工作面与包装纸 弹性模数及摩擦系数有关.而且造成偏差的有些因素是随机的•

为了保证包装质量,满足包装工艺要求，必须建立自动定位的调节系统。

三、自动定位的补偿式调节系统

为了实现包装图案自动定位•就要求卷筒包装纸的输送速度完全适应刀辗速度•使刀辗 的刀切在卷筒包装纸理论的切纸线上,从系统参考输入特征来看,该系统属于随动系统E。

如果单纯从电的角度来满足该机包装纸图案自动定位的要求.电气线路是比校夏杂的， 这里采用机电相结合的补偿式调节系统，系统框图如图2所示,该系统结构简单实用，工作 稳定可靠口；机

其补偿调节原理简述如下:光电装置利用印在卷筒包装纸上的色标即可检测包装纸的 输送位置;与刀辗旋转同步的凸轮接触微动开关即反映了刀辗切纸动作的时间。二者均转换 为昧冲信号进行比较，比校后的信号决定伺服电机的旋转方向"伺服电机的运行时间由定时 器控制，可在一定范围内进行调节,以伺服电机的输出作为补偿量，它通过差动轮系与主传 动相合成，从而调节包装纸的运行速度，减少了刀辗切下的包装纸与理论切纸线的偏差，使 之偏差在允许的范围以内。

 

 

 

 

四、系统的数学模型

为了计算分析的方便，根据补偿式调节系统的特点,对系统作必要的简化。其简化的系 统框图如图3所示.图4为补標机构的继电持性口

设L(t)为参考输入量，它表示刀辗工作时,要求输送包装纸的理想长度；反馈量为实际 的送纸长度L(t)：K为卷筒包装纸的顺序号海(t)表示开环系统刀辗切下的包装纸长度与理 论包装纸长度的差值;F(t)为补偿量，它表示伺服电机工作对实际送筆长度的"卜偿量.差

 

五、自动定位系统误差计算机辅助分析

有了系统的数学模型，可以借助于计算机进行误差分析黑」,为了阅读的方便，有必要指 出程序“流程图”中各量的物理意义。

L：表示卷筒包装纸上每张包装纸长度(即理论包装纸长度)。

S：表示开环系统(即无补偿机构时)，刀観切下的每张包装纸长度与理论包装纸长度的 差值•

A：为非线性元件继电器特性的死区值，表示了比较机构的不灵敏区。

B：为非线性元件继电器特性的饱和值，表示调节系统对每张包装纸给予的补偿量，

N：表示刀辗切下的K张包装

纸总长度。

W：表示闭环系统（即有补偿 机构时）刀相切下的第K张包装 纸实际切纸线与理论切纸线之间 的误差。

按照“流程图”（见图5）可以

编制出计算程序，由计算机得到的 计算结果，绘制出三组曲线，分别 如图6、图7、图8所示。

从图6可以看出：

1. 包装纸图案定位误差是周 期循环变化的，这说明只要满足B >S,系统虽具有自振荡却能稳定 工作。

2,补偿值B在一定范围变化 S+A>B>A,其定位误差的最大 值不变，即B值在一定范围里变 化不影响系统的调节精度。因此对 补偿机构补偿精度的要求不必很 高。

从图7可以看出：

1.包装纸图寒定位误差是周 期循环变化的，且改变A值，周期

不变。                                     图5计算定位误差流程图

2. A越大,W越大,说明补尝器非线性特性不灵敏区不宜过大，否则定位误差会超过允 许值。

在图8中，由于波形图中K值取得小,只能从图中看到定位误差的一个周期,从计算机 打印的计数结果来看，图案定位误差仍然是周期变化的。

另外可以从波形图中明显看岀,S越大.W越太，说明系统开环误差越大，闭环误差也相 应增大。

 

六、结论

为保证图案定位误差在允许的范围以内，应注意到以下几个方面：

1.尽可能减小系统的开环误差，例如减小传动误差，提高送纸辗的加工精度，因为送纸 辗的直径应尽可能满足n₂ = n晟.同时要确保卷筒包装纸与送纸辗在运行过程中不产生滑动，尽可能减小引起V 定位误差的随机因素

2. 要适当减小 补偿机构非线性特性² 的死区值，有利于提丨 高定位精度。
3. 补偿机构的 补偿量有一定的取值 范围 S + A>B>A，w 在包装机运行时,由 于一些随机因素的影3 响，还需要调整(可通2 过改变定时器的整定t 时间来实现。

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