Korea Ever-Power · Vodič za inženjering aplikacija
Puž i pužni točak za indeksne pogone mašina za pakovanje
Hala za pakovanje sa 12 mašina koje rade istovremeno mora ostati ispod 85 dB(A) za 8-satnu izloženost radnika. Svaka mašina je budžetirana na 78 dB(A). Svaka mašina ima 6 do 10 izvora buke. Par zupčanika na indeksnom pogonu dobija dodjelu buke od 65 do 68 dB(A) - a da li ispunjava taj budžet zavisi od jedne specifikacije: završne obrade površine puža.
Mašine za pakovanje - kartonske mašine, mašine za pakovanje kutija, mašine za punjenje i zatvaranje, mašine za protočno pakovanje i tuneli za skupljanje - koriste parove pužnih zupčanika za indeksne pogone koji pomjeraju proizvod kroz mašinu u preciznim ciklusima pokretanja i zaustavljanja. Metoda alokacije budžeta za buku je alat za specifikaciju koji povezuje ograničenje buke na radnom mjestu u hali za pakovanje (85 dB(A) prema OSHA, 80 dB(A) prema EU direktivi) sa doprinosom buke pojedinačnog para pužnih zupčanika. Sa 6 do 10 izvora buke po mašini, svakom izvoru se dodeljuje 65 do 68 dB(A) - što se može postići sa uzemljenim pužem na Ra 0,4 µm, ali ne i sa pužem sa zupčastim na Ra 1,6 µm (koji proizvodi 70 do 76 dB(A)). Pogoni za indeksiranje pakovanja razlikuju se od aplikacija sa kontinuiranim kretanjem po svom radu pokretanja i zaustavljanja: 60 do 200 indeksnih ciklusa u minuti stvara skokove obrtnog momenta ubrzanja i usporavanja u svakom ciklusu, što zahtijeva faktor servisa od 1,5 do 2,0. Jednohodni pužni zupčanici omogućavaju držanje položaja između indeksa (karton ostaje na mjestu tokom punjenja, zatvaranja ili etiketiranja); dvohodni parovi poboljšavaju efikasnost na stanicama kontinuiranog kretanja gdje držanje položaja nije potrebno.
Zašto mašine za pakovanje koriste parove pužnih zupčanika za indeksne pogone
Mašina za pakovanje pomiče proizvod kroz niz operacija - sastavljanje kartona, stavljanje proizvoda unutra, zatvaranje preklopa, lijepljenje ili zatvaranje, štampanje datuma i grupisanje u kutije. Svaka operacija zahtijeva da se proizvod nakratko zaustavi (50 do 200 milisekundi) dok se operacija izvodi, a zatim pređe na sljedeću stanicu. Ovo kretanje pokretanja-zaustavljanja-napredovanja naziva se indeksiranje.
Pužni zupčanik je preferirani pogon za indeksiranje jer drži proizvod nepomičnim tokom faze rada (samostalni blok), glatko se kreće tokom faze prenosa (niske vibracije) i kompaktno se uklapa unutar okvira mašine (orijentacija motora od 90 stepeni). Ova tri svojstva čine puž i pužni točak standardnim za indeksiranje pakovanja brzinama do 200 indeksiranja u minuti.
Samoblokiranje drži transporter ili kupolu nepomično između indeksa. Proizvod ostaje precizno pozicioniran ispod glave za punjenje, zavarivačke trake ili aplikatora za etiketiranje bez zasebne kočnice ili mehaničke brave.
Inherentni klizni kontakt pužnog para zupčanika stvara glatku krivulju ubrzanja bez vibracija udara koje generiraju čeoni ili spiralni zupčanici pri svakom zahvatu zuba - što je važno jer vibracije u trenutku indeksnog početka mogu pomaknuti položaj proizvoda u kutiji ili na transporteru.
Hala za pakovanje sa 8 do 20 mašina mora ostati ispod granica buke na radnom mjestu za 8-satnu izloženost radnika. Buka kliznog zahvata pužnog para je 8 do 15 dB(A) niža od ekvivalentne buke zahvata cilindričnih zupčanika - što je značajan doprinos ukupnom budžetu za buku hale.
Raspodjela budžeta za buku — od ograničenja u hali do cilja za par pužnih zupčanika
Metoda budžeta buke funkcionira unatrag od regulatornog ograničenja do alokacije buke pojedinačnih komponenti. Logika se zasniva na pravilu sabiranja decibela: N identičnih izvora na nivou L svaki proizvodi kombinovani nivo L + 10 × log₁₀(N). Radeći unatrag: nivo pojedinačnog izvora mora biti L_total − 10 × log₁₀(N).
Donja tabela prikazuje kako se budžet buke pužnog para mijenja s brojem mašina u hali i primijenjenim regulatornim standardom.
Tabela otkriva ključni uvid: par pužnih zupčanika koji je savršeno prihvatljiv u OSHA hali sa 4 mašine (puž sa žaganim profilom Ra 0,8 µm uz budžet od 71 dB) postaje neusklađen u EU hali sa 20 mašina (zahtijeva puž sa žaganim profilom Ra 0,2 µm plus POM točak uz budžet od 57 dB). Ista specifikacija para pužnih zupčanika ne može se primijeniti na sve hale za pakovanje - budžet za buku zavisi od toga koliko mašina dijeli prostor. Proizvođači mašina za pakovanje koji prodaju globalno trebaju najmanje dvije klase buke para pužnih zupčanika: standardni (Ra 0,4 do 0,8 µm) za male do srednje hale i premium (Ra 0,2 µm + POM) za velike hale regulisane EU.
Indeksiranje start-stop rada — moment ubrzanja i faktor servisa
Pogoni za indeksiranje ambalaže razlikuju se od pogona kontinuiranog kretanja na fundamentalni način: motor ubrzava transporter od nule do pune brzine, pomiče ga za jedan indeksni korak (50 do 300 mm), a zatim usporava nazad na nulu - 60 do 200 puta u minuti. Svaka faza ubrzanja generira skok obrtnog momenta od 1,5 do 2,5 puta veći od obrtnog momenta u ustaljenom stanju, ovisno o masi proizvoda, indeksnom koraku i vremenu ubrzanja.
Faktor servisa za indeksni rad. Standardni katalozi pužnih zupčanika za kontinuirani rad pretpostavljaju rad u stacionarnom stanju. Indeksiranje zahtijeva faktor servisa od 1,5 do 2,0 primijenjen na vršni moment ubrzanja (ne prosječni moment). Za kartonsku mašinu koja indeksira pri 150 ciklusa u minuti s masom proizvoda od 0,5 kg po stanici i 20 stanica na transporteru: ukupna pokretna masa je približno 10 kg plus masa lanca transportera (obično 5 do 15 kg). Pri vremenu ubrzanja od 0,1 sekunde do brzine indeksiranja od 0,5 m/s, moment ubrzanja je otprilike 1,8 puta veći od momenta samo trenja pri radu. Sa SF 1,5 za indeksiranje, par pužnih zupčanika mora biti ocijenjen za 2,7 puta veći moment samo trenja - skoro tri puta veću vrijednost koju bi sugerirao naivan proračun samo na osnovu zategnutosti remena.
Jednokratno indeksiranje u odnosu na dvokratno. Indeksne stanice kojima je potrebno držanje pozicije tokom faze zadržavanja (glave za punjenje, trake za zatvaranje, aplikatori etiketa) zahtijevaju samoblokirajuće pužne parove s jednim pokretanjem. Stanice s kontinuiranim kretanjem (ulazne transportne trake, transportne trake) mogu koristiti parove s 2 pokreta za 15 do 25 postotnih poena veću efikasnost. Tipična mašina za pakovanje ima 2 do 3 indeksna pužna pogona (jednostruki pokretači) i 1 do 2 pogona s kontinuiranim kretanjem (dvostruki pokretači) - ispravna specifikacija je po stanici, a ne po mašini.
Korejski ugovorni paker kozmetike koji upravlja 8 mašina za kartoniranje u hali za pakovanje od 1.200 m² dobio je kaznu za buku od KOSHA (Korejske agencije za sigurnost i zdravlje na radu): vremenski ponderisani prosjek od 87,2 dB(A) na operaterskim stanicama - što je prekoračilo ograničenje od 85 dB(A). Kompanija je u početku istraživala akustične kućišta oko svake mašine po cijeni od 4.500 USD po mašini (ukupno 36.000 USD za 8 mašina). Prije nego što je nastavio, inženjer održavanja izmjerio je buku pojedinačnih komponenti i otkrio da su parovi pužnih zupčanika na 6 od 8 mašina bili obrađeni (Ra 1,2 do 1,6 µm), pri čemu je svaki doprinosio sa 72 do 76 dB(A). Zamjena svih indeksnih parova pužnih zupčanika (18 pari na 6 mašina) brušenim parovima (Ra 0,4 µm) smanjila je buku po mašini za 6 do 8 dB(A) - čime je TWA hale doveden sa 87,2 na približno 81 dB(A), što je znatno ispod ograničenja od 85 dB. Trošak zamjene para pužnih zupčanika: 18 pari × 95 USD = 1.710 USD. Akustična kućišta su otkazana. Status usklađenosti s propisima o buci postignut je po cijeni od 1.710 USD umjesto 36.000 USD - ušteda troškova od 95 posto. Pouka: prije specificiranja akustičnih kućišta na nivou mašine za bučnu halu za pakovanje, provjerite da li su parovi pužnih zupčanika obrađeni ili brušeni. Samo poboljšanje površinske obrade na parovima pužnih zupčanika može riješiti problem buke po cijeni od 5 posto od cijene kućišta.
Specifikacije za tri para pužnih zupčanika mašine za pakovanje
Slučaj 1 — Kartonska mašina za korejsku kozmetiku: 120 kopi u minuti, hala sa 8 mašina, specifikacija vođena bukom
Korejski ugovorni paker kozmetike specificirao je parove pužnih zupčanika za 3 indeksirajuća pogona po mašini za kartoniranje (glavni indeksni transporter, uspravnik kartona, zatvarač preklopa) na 8 mašina. Brzina indeksiranja: 120 kartona u minuti. Težina kartona: 85 g (s proizvodom). Masa transportera: 12 kg. Korak indeksiranja: 120 mm. Vrijeme ubrzanja: 0,08 sekundi. Vršni obrtni moment ubrzanja: 28 N·m. SF za indeksiranje: 1,5. T_required: 42 N·m po pogonu. Budžet buke sa 8 mašina u hali: 66 dB(A) po izvoru (OSHA ograničenje od 85 dB). Par pužnih zupčanika: jednostruki prolaz, modul 2, međuosno rastojanje 50 mm, omjer 20:1, brušeni Ra 0,4 µm. Izmjerena buka: 62 dB(A) po paru - unutar budžeta od 66 dB(A) sa marginom od 4 dB. Materijal: pocinkovani puž, točak od fosforne bronze. Cijena po paru: 68 USD. Cijena za 3 pogona × 8 mašina = 24 parice: 1.632 USD. Šum u dvorani nakon zamjene zupčastih parica uzemljenjem: 81 dB(A) TWA — u skladu sa standardima.
Slučaj 2 — Japanski farmaceutski blister paker: 180 cpm, u blizini čiste sobe, niske vibracije
Japanska kompanija za farmaceutsko pakovanje specificirala je parove pužnih zupčanika za pogon indeksnog termoformiranja pakerača blistera koji radi pri brzini od 180 blistera u minuti. Mašina se nalazila u prostoriji pored čiste sobe ISO klase 8. Dva zahtjeva pored standardnog pakovanja: niske vibracije (stanica za termoformiranje je osjetljiva na toplotu - vibracije uzrokuju neravnomjerno zagrijavanje PVC-a) i farmaceutska dokumentacija (EN 10204 tip 2.2 certifikati, NSF H1 mast). Par pužnih zupčanika: jednostruki hod, modul 2, međuosno rastojanje 50 mm, omjer 15:1, brušeni Ra 0,4 µm, puž AISI 304, točak od fosforne bronze. Sintetička mast NSF H1. Izmjerene vibracije na stanici za termoformiranje: 0,03 mm/s RMS - unutar granice od 0,08 mm/s koju proces oblikovanja toleriše. Buka: 60 dB(A) na 1 m. Cijena po paru: 125 USD (uključujući premiju za farmaceutsku dokumentaciju). Pregledajte pužni reduktor za pakovanje opcije dizajnirane za primjenu u pakovanju s kontrolom buke i u blizini čistih soba.
Slučaj 3 - Vijetnamska termoskupljajuća folija za pića: 80 cpm, konkurentna cijena, hala sa 4 mašine
Vijetnamska kompanija za proizvodnju pića specificirala je parove pužnih zupčanika za 2 indeksna pogona po mašini za umotavanje u foliju (indeks za uvlačenje i indeks za pomicanje folije) na 4 mašine. Brzina indeksiranja: 80 pakovanja u minuti. Težina pakovanja: 6 kg (12 × 500 ml PET boce). Korak indeksiranja: 250 mm. Vrijeme ubrzanja: 0,15 sekundi. Vršni obrtni moment ubrzanja: 85 N·m (teško pakovanje). SF za indeksiranje: 2,0 (veliko opterećenje, veliko ubrzanje). T_potrebna: 170 N·m. Budžet buke sa 4 mašine, OSHA 85 dB: 71 dB(A) po izvoru — ostvarivo sa parovima pužnih zupčanika sa završnom obradom od rezača pri Ra 0,8 µm (izmjereno 68 dB(A)). Veći budžet buke eliminirao je potrebu za brušenom završnom obradom — ušteda od približno 22 USD po paru. Par pužnih zupčanika: jednostruki prolaz, modul 3, razmak između osi 63 mm, omjer 25:1, odrezani Ra 0,8 µm. Materijal: pocinkovani puž, točak od fosforne bronze. Cijena po paru: 58 USD. Cijena za 2 pogona × 4 mašine = 8 parova: 464 USD. Slučaj pokazuje da metoda budžeta za buku ponekad opravdava jeftiniju završnu obradu puža od rezača - nije svaka primjena pakovanja potrebna brušena završna obrada.
Često postavljana pitanja
P: Kako da izmjerim doprinos buci para pužnih zupčanika na postojećoj mašini?
Izmjerite ukupnu buku mašine sa svim uključenim izvorima (L_total). Zatim zaustavite ili isključite pužni pogon (ako je mehanički moguće) i izmjerite buku sa svim ostalim uključenim izvorima (L_remaining). Doprinos pužnog para izračunava se iz: L_worm = 10 × log₁₀(10^(L_total/10) − 10^(L_remaining/10)). Ako se pužni par ne može izolovati, koristite mjerenje bliskog polja sa sondom za intenzitet zvuka postavljenom 50 do 100 mm od kućišta pužnog para - ovo daje nivo specifičan za izvor sa manje smetnji od drugih izvora. Uporedite izmjerenu buku pužnog para sa alokacijom budžeta buke za specifičnu konfiguraciju hale.
P: Da li se buka pužnog zupčanika povećava sa brzinom indeksiranja?
Da — buka zupčanika se povećava za približno 3 dB(A) po udvostručenju brzine rotacije. Pužni par zupčanika koji proizvodi 62 dB(A) pri 60 indeksa u minuti proizvest će otprilike 65 dB(A) pri 120 indeksa u minuti i 68 dB(A) pri 240 indeksa u minuti. Ovaj odnos brzine i buke znači da se budžet buke može ispuniti pri maloj brzini, ali premašiti pri velikoj brzini na istoj mašini. Mašine za pakovanje sa mogućnošću promjenjive brzine trebale bi se testirati na buku pri maksimalnoj nazivnoj brzini, a ne pri tipičnoj radnoj brzini — budžet buke mora se ispuniti u najgorem slučaju.
P: Mogu li koristiti servo motor s pužnim zupčanikom za indeksiranje ambalaže?
Da — servo motori s povratnom informacijom enkodera sve su češći za visokoprecizno indeksiranje pakiranja. Pužni par zupčanika osigurava mehanički omjer i samoblokiranje; servo motor osigurava preciznu kontrolu položaja s programabilnim profilima ubrzanja. Kombinacija eliminira potrebu za mehaničkim indekserima pokretanim bregastim pogonom (Geneva mehanizmi, bregasti pogoni) koji su ograničeni na fiksne korake indeksa. Kombinacija servo-puga može mijenjati korak indeksa, profil ubrzanja i vrijeme zadržavanja putem promjena softverskih recepata — omogućavajući brzu promjenu između formata proizvoda. Zazor pužnog para zupčanika treba biti specificiran na užem kraju raspona (ispod 8 lučnih minuta) kada se koristi sa servo pogonima, jer petlja položaja servo kontrolera može oscilirati ako zazor premaši postavku mrtve zone kontrolera.
P: Koliko dugo obično traju pužni zupčanici mašina za pakovanje?
Mašine za pakovanje obično rade u jednoj ili dvije smjene (2.000 do 4.500 sati godišnje) pri brzinama indeksiranja od 60 do 200 ciklusa u minuti. Sa 120 ciklusa u minuti i 3.000 sati godišnje, godišnji broj ciklusa je približno 21,6 miliona ciklusa - među primjenama pužnih zupčanika sa najvećim brojem ciklusa. Uprkos ovom visokom broju ciklusa, obrtni moment po ciklusu je nizak (tipično 10 do 100 N·m), tako da je kumulativno oštećenje od zamora po ciklusu skromno. Vijek trajanja bronzanog točka u ovim uslovima: 3 do 6 godina, ograničen više rastom zazora koji utiče na tačnost indeksiranja nego lomom zuba. Vijek trajanja čelične puževe: 8 do 15 godina. Godišnje mjerenje zazora je primarni alat za praćenje - planirajte zamjenu točka kada zazor premaši toleranciju položaja indeksiranja mašine (obično 0,1 do 0,3 mm na transporteru proizvoda).
P: Postoji li prednost u pogledu buke pri korištenju POM pužnog kotača umjesto bronzanog u pakovanju?
POM pužni kotači proizvode 8 do 12 dB(A) manje buke od bronze pri istoj brzini i opterećenju - prigušivanje materijala apsorbira energiju vibracija mreže. Za mašine za pakovanje koje rade u velikim halama regulisanim EU, gdje je budžet za par pužnih zupčanika ispod 60 dB(A), POM točak u kombinaciji sa brušenom ili lepljenom pužom (Ra 0,2 do 0,4 µm) može postići 48 do 55 dB(A) - što je u okviru najužeg budžeta. Kompromis je vijek trajanja točka: POM traje 1,5 do 3 godine pri radu indeksiranja ambalaže u odnosu na 3 do 6 godina za bronzu. Pri niskim obrtnim momentima tipičnim za ambalažu (10 do 80 N·m), POM je mehanički adekvatan - opterećenje je unutar granice kontaktnog napona POM-a. Razlika u cijeni po točku (POM 4 do 8 USD u odnosu na bronzu 15 do 25 USD) dodatno ide u prilog POM-u kao isplativom rješenju za buku uprkos kraćem ciklusu zamjene.
Pužni zupčanici mašina za pakovanje rade na presjeku regulacije buke i preciznosti indeksiranja. Metoda raspodjele budžeta za buku - radeći unatrag od ograničenja za rad u hali, preko broja mašina i izvora do ciljanog doprinosa pojedinačnog para pužnih zupčanika - određuje da li je potrebna završna obrada površine sa žaganjem, brušena ili lepljena. Hala sa 4 mašine ispod OSHA ograničenja može prihvatiti žagane parove sa Ra 0,8 µm; hala sa 20 mašina ispod EU ograničenja može zahtijevati lepljene parove sa POM točkovima sa Ra 0,2 µm. Indeksiranje od 60 do 200 ciklusa u minuti akumulira milione ciklusa pokretanja i zaustavljanja godišnje, što zahtijeva faktore servisa od 1,5 do 2,0 primijenjene na vršni obrtni moment ubrzanja - a ne na prosječni obrtni moment pri radu. Specifikacija se odnosi na svaku stanicu: indeksnim stanicama su potrebni samoblokirajući pužni parovi sa jednim pokretanjem; stanice sa kontinuiranim radom imaju koristi od efikasnosti sa 2 pokretanja.
Za proizvođače mašina za pakovanje, naš inženjerski odjel vrši proračun budžeta buke za konfiguraciju vaše hale i preporučuje vrstu završne obrade površine. Standardni katalog kompaktni pužni zupčanici Isporučuje se u rezanoj, brušenoj i lepanoj završnoj obradi s opcijama bronzanih i POM kotača od 40 do 80 mm međuosnog razmaka. Pošaljite zahtjev specifikacija pogona za pakiranje s indeksnom stopom, težinom proizvoda, veličinom hale i ograničenjem buke.
Specificiranje parova pužnih zupčanika za indeksiranje mašina za pakovanje?
Pošaljite indeksnu stopu (cpm), težinu proizvoda, broj mašina u hali, regulatorni standard buke (OSHA, EU, korejski) i da li se pogon kreće indeksno ili kontinuirano. Izračunat ćemo budžet za buku i preporučiti ispravnu površinsku obradu i materijal kotača.
Urednik: Cxm
