Кореја Евер-Пауер · Водич за инжењеринг апликација
Пуж и пужни точак за индексне погоне машина за паковање
Паковачка хала са 12 машина које раде истовремено мора да остане испод 85 dB(A) током 8-часовне изложености радника. За сваку машину је предвиђено 78 dB(A). Свака машина има 6 до 10 извора буке. Пар зупчаника на индексном погону добија расподелу буке од 65 до 68 dB(A) — а да ли испуњава тај буџет зависи од једне спецификације: завршне обраде површине пужа.
Машине за паковање — картонске машине, машине за паковање у кутије, машине за обликовање, пуњење и заптивање, машине за проточно паковање и тунели за скупљање — користе парове пужних зупчаника за индексне погоне који померају производ кроз машину у прецизним циклусима покретање-заустављање-покретање. Метода расподеле буџета буке је алат за спецификацију који повезује ограничење буке на раду у хали за паковање (85 dB(A) према OSHA, 80 dB(A) према директиви ЕУ) са доприносом буке појединачног пара пужних зупчаника. Са 6 до 10 извора буке по машини, сваком извору је додељено 65 до 68 dB(A) — што се може постићи са уземљеним пужем на Ra 0,4 µm, али не и са зупчастим пужем на Ra 1,6 µm (који производи 70 до 76 dB(A)). Индексни погони за паковање разликују се од апликација са континуалним кретањем по свом режиму покретања-заустављања: 60 до 200 индексних циклуса у минути ствара скокове обртног момента убрзања и успоравања у сваком циклусу, што захтева фактор сервиса од 1,5 до 2,0. Парови пужних зупчаника са једним ходом обезбеђују држање положаја између индекса (картон остаје на месту током пуњења, затварања или етикетирања); парови са 2 хода побољшавају ефикасност на станицама са континуираним кретањем где држање положаја није потребно.
Зашто машине за паковање користе парове пужних зупчаника за индексне погоне
Машина за паковање помера производ кроз низ операција - састављање картона, стављање производа унутра, затварање преклопа, лепљење или затварање, штампање датумског кода и груписање у кутије. Свака операција захтева да се производ накратко заустави (50 до 200 милисекунди) док се операција извршава, а затим пређе на следећу станицу. Ово кретање покретања-стајања-напредовања назива се индексирање.
Пужни зупчаник је преферирани погон за индексирање јер држи производ непокретним током фазе рада (самостално се блокира), глатко се креће током фазе преноса (ниске вибрације) и компактно се уклапа унутар оквира машине (оријентација мотора од 90 степени). Ова три својства чине пуж и пужни точак подразумеваним погоном за индексирање паковања брзинама до 200 индекса у минути.
Самоблокирање држи транспортер или куполу непокретним између индекса. Производ остаје прецизно позициониран испод главе за пуњење, шипке за затварање или апликатора за етикетирање без посебне кочнице или механичке браве.
Клизни контакт пара пужних зупчаника ствара глатку криву убрзања без вибрација удара мреже које стварају зупчаници са челичним или спиралним зупчаницима при сваком захвату зубаца - што је важно јер вибрације у тренутку почетка индексирања могу померити положај производа у кутији или на транспортеру.
Хала за паковање са 8 до 20 машина мора да остане испод граница буке на раду за 8-часовну изложеност радника. Бука клизног механизма пужног пара зупчаника је 8 до 15 dB(A) нижа од еквивалентне буке механизма са цилиндричним зупчаницима — што је значајан допринос укупном буџету буке у хали.
Расподела буџета за буку — од ограничења хола до циља пара пужних зупчаника
Метода буџета буке функционише уназад од регулаторног ограничења до расподеле буке појединачних компоненти. Логика се заснива на правилу сабирања децибела: N идентичних извора на нивоу L сваки производи комбиновани ниво L + 10 × log₁₀(N). Радећи уназад: ниво појединачног извора мора бити L_total − 10 × log₁₀(N).
Доња табела приказује како се буџет буке пужног зупчаника мења са бројем машина у хали и примењеним регулаторним стандардом.
Табела открива кључни увид: пар пужних зупчаника који је сасвим прихватљив у OSHA хали са 4 машине (пуж са точковима од Ra 0,8 µm са буџетом од 71 dB) постаје неусаглашен у EU хали са 20 машина (захтева преклопљени пуж од Ra 0,2 µm плус POM точак са буџетом од 57 dB). Иста спецификација пара пужних зупчаника не може се применити на све хале за паковање — буџет буке зависи од тога колико машина дели простор. Произвођачима машина за паковање који продају глобално потребна су најмање два степена буке пара пужних зупчаника: стандардни (Ra 0,4 до 0,8 µm) за мале и средње хале и премиум (Ra 0,2 µm + POM) за велике хале регулисане ЕУ.
Индексни рад старт-стоп — обртни момент убрзања и фактор сервиса
Погони за индексирање паковања се фундаментално разликују од погона са континуалним кретањем: мотор убрзава транспортер од нуле до пуне брзине, помера га за један индексни корак (50 до 300 мм), а затим успорава назад на нулу — 60 до 200 пута у минути. Свака фаза убрзања генерише скок обртног момента од 1,5 до 2,5 пута већи од обртног момента у стационарном стању, у зависности од масе производа, индексног корака и времена убрзања.
Фактор сервиса за индексирање дужности. Стандардни каталози за пужне зупчанике континуираног рада претпостављају рад у стационарном стању. Индексни режим захтева фактор сервиса од 1,5 до 2,0 примењен на вршни обртни момент убрзања (не просечан обртни момент). За картонску машину која индексира са 150 циклуса у минути са масом производа од 0,5 кг по станици и 20 станица на транспортеру: укупна покретна маса је приближно 10 кг плус маса ланца транспортера (типично 5 до 15 кг). При времену убрзања од 0,1 секунде до брзине индексирања од 0,5 м/с, обртни момент убрзања је отприлике 1,8 пута већи од обртног момента само трења. Са коефицијентом снаге 1,5 за индексни режим, пужни зупчаник мора бити оцењен за 2,7 пута већи обртни момент само трења - скоро три пута већу вредност од оне коју би сугерисао наиван прорачун само на основу затегнутости каиша.
Једнократно покретање наспрам двократног покретања за индексирање. Индексне станице којима је потребно држање положаја током фазе задржавања (главе за пуњење, шипке за затварање, апликатори етикета) захтевају једноходне самоблокирајуће пужне парове. Станице са континуалним кретањем (улазне транспортере, преносне траке) могу користити двоходне парове за 15 до 25 процентних поена већу ефикасност. Типична машина за паковање има 2 до 3 индексна пужна погона (једноходни) и 1 до 2 погона континуалног кретања (двоходни) — исправна спецификација је по станици, а не по машини.
Корејски произвођач козметике по уговору који је управљао 8 машина за картонирање у хали за паковање површине 1.200 м² добио је казну за буку од KOSHA (Корејске агенције за безбедност и здравље на раду): временски пондерисани просек од 87,2 dB(A) на операторским станицама — што је прекорачило ограничење од 85 dB(A). Компанија је првобитно испитала акустичне кућишта око сваке машине по наведеној цени од 4.500 америчких долара по машини (укупно 36.000 америчких долара за 8 машина). Пре него што је наставио, инжењер за одржавање је измерио буку појединачних компоненти и открио да су парови пужних зупчаника на 6 од 8 машина били обрађени (Ra 1,2 до 1,6 µm), при чему је сваки доприносио са 72 до 76 dB(A). Замена свих индексних парова пужних зупчаника (18 парова на 6 машина) брушеним паровима (Ra 0,4 µm) смањила је буку по машини за 6 до 8 dB(A) — чиме је TWA хале доведен са 87,2 на приближно 81 dB(A), што је знатно испод ограничења од 85 dB. Трошкови замене пара пужних зупчаника: 18 пари × 95 УСД = 1.710 УСД. Акустична кућишта су отказана. Статус усклађености са прописима о буци постигнут је са 1.710 УСД уместо 36.000 УСД — уштеда од 95 процената. Поука: пре него што се одреде акустична кућишта на нивоу машине за бучну халу за паковање, проверите да ли су парови пужних зупчаника обрађени или брушени. Само надоградња површинске обраде на паровима пужних зупчаника може решити проблем буке за 5 процената цене кућишта.
Спецификације за три пара пужних зупчаника машине за паковање
Случај 1 — Картонски апарат за корејску козметику: 120 копија у минути, хала са 8 машина, спецификација за смањење буке
Корејски произвођач козметике по уговору је одредио парове пужних зупчаника за 3 индексна погона по машини за картонирање (главни транспортер за индексирање, усисавач картона, затварач преклопа) на 8 машина. Брзина индексирања: 120 картона у минути. Тежина картона: 85 г (са производом). Маса транспортера: 12 кг. Корак индексирања: 120 мм. Време убрзања: 0,08 секунди. Вршни обртни момент убрзања: 28 N·m. SF за индексирање: 1,5. T_required: 42 N·m по погону. Буџет буке са 8 машина у хали: 66 dB(A) по извору (OSHA ограничење од 85 dB). Пар пужних зупчаника: једноходни, модул 2, међуосно растојање 50 mm, однос 20:1, брушени Ra 0,4 µm. Измерена бука: 62 dB(A) по пару — унутар буџета од 66 dB(A) са маргином од 4 dB. Материјал: поцинковани пуж, точак од фосфорне бронзе. Цена по пару: 68 УСД. Цена за 3 погона × 8 машина = 24 пара: 1.632 УСД. Бука у холу након замене зглобних парова са земљом: 81 dB(A) TWA — у складу са прописима.
Случај 2 — Јапанска фармацеутска блистер пакирница: 180 цм/мин, поред чисте собе, ниске вибрације
Јапанска компанија за фармацеутско паковање специфицирала је парове пужних зупчаника за погон термоформирајућег индексног паковања блистера који ради брзином од 180 блистера у минути. Машина се налазила у просторији поред чисте собе ISO класе 8. Два захтева поред стандардног паковања: ниске вибрације (станица за термоформирање је осетљива на топлоту — вибрације узрокују неравномерно загревање ПВЦ-а) и фармацеутска документација (сертификати EN 10204 тип 2.2, маст NSF H1). Пар пужних зупчаника: једноходни, модул 2, међуосно растојање 50 mm, однос 15:1, брушени Ra 0,4 µm, пуж AISI 304, точак од фосфорне бронзе. Синтетичка маст NSF H1. Измерене вибрације на станици за термоформирање: 0,03 mm/s RMS — унутар границе од 0,08 mm/s коју је процес обликовања толерисао. Бука: 60 dB(A) на 1 m. Цена по пару: 125 USD (укључујући премију за фармацеутску документацију). Прегледај пужни редуктор за паковање опције дизајниране за примене паковања са контролом буке и у близини чистих просторија.
Случај 3 — Вијетнамска термоскупљајућа фолија за пића: 80 копија у минути, конкурентна цена, хала са 4 машине
Вијетнамска компанија за производњу пића је специфицирала парове пужних зупчаника за 2 индексна погона по машини за омотавање фолијом (индексни погон за увлачење и индексни погон за померање фолије) на 4 машине. Брзина индексирања: 80 паковања у минути. Тежина паковања: 6 кг (12 × 500 мл ПЕТ боца). Корак индексирања: 250 мм. Време убрзања: 0,15 секунди. Врхунски обртни момент убрзања: 85 Н·м (тешко паковање). SF за индексирање: 2,0 (велико оптерећење, велико убрзање). T_required: 170 Н·м. Буџет буке са 4 машине, OSHA 85 дБ: 71 дБ(А) по извору — постиживо са паровима пужних зупчаника са завршном обрадом резањем при Ra 0,8 µм (измерено 68 дБ(А)). Већи буџет буке елиминисао је потребу за брушеном завршном обрадом — уштедевши приближно 22 УСД по пару. Пар пужних зупчаника: једноходни, модул 3, растојање између оси 63 мм, однос 25:1, резано Ra 0,8 µм. Материјал: поцинковани пуж, точак од фосфорне бронзе. Цена по пару: 58 УСД. Цена за 2 погона × 4 машине = 8 парова: 464 УСД. Случај показује да метода буџета буке понекад оправдава јефтинију завршну обраду пужа са резачем — није свака примена паковања захтевала брушену завршну обраду.
Често постављана питања
П: Како да измерим допринос буци пара пужних зупчаника на постојећој машини?
Измерите укупну буку машине са свим укљученим изворима (L_total). Затим зауставите или искључите погон пужног зупчаника (ако је механички могуће) и измерите буку са свим осталим укљученим изворима (L_remaining). Допринос пара пужних зупчаника се израчунава из: L_worm = 10 × log₁₀(10^(L_total/10) − 10^(L_remaining/10)). Ако се пар пужних зупчаника не може изоловати, користите мерење блиског поља са сондом за интензитет звука постављеном 50 до 100 mm од кућишта пужног зупчаника — ово даје ниво специфичан за извор са мање сметњи од других извора. Упоредите измерену буку пара пужних зупчаника са расподелом буџета буке за специфичну конфигурацију хале.
П: Да ли се бука пужног зупчаника повећава са брзином индексирања?
Да — бука зупчаника се повећава за приближно 3 dB(A) по удвостручавању брзине ротације. Пужни зупчаник који производи 62 dB(A) при 60 индекса у минути произвешће отприлике 65 dB(A) при 120 индекса у минути и 68 dB(A) при 240 индекса у минути. Овај однос брзине и буке значи да се буџет буке може испунити при малој брзини, али премашити при великој брзини на истој машини. Машине за паковање са могућношћу променљиве брзине треба тестирати на буку при максималној номиналној брзини, а не при типичној радној брзини — буџет буке мора се испунити у најгорем случају.
П: Могу ли да користим серво мотор са пужним зупчаником за индексирање паковања?
Да — серво мотори са повратном информацијом енкодера су све чешћи за високопрецизно индексирање паковања. Пар пужних зупчаника обезбеђује механички преносни однос и самоблокирање; серво пружа прецизну контролу положаја са програмабилним профилима убрзања. Комбинација елиминише потребу за механичким индексерима покретаним брегастим осовинама (Женева механизми, брегасте осовине са цилиндарским осовинама) који су ограничени на фиксне кораке индекса. Комбинација серво-пужних осовина може да промени корак индекса, профил убрзања и време задржавања путем промена софтверских рецепата — омогућавајући брзу промену између формата производа. Зазор пара пужних зупчаника треба да буде специфициран на ужем крају опсега (испод 8 лучних минута) када се користи са серво погонима, јер петља положаја серво контролера може да осцилује ако зазор пређе подешавање мртве зоне контролера.
П: Колико дуго обично трају пужни зупчаници машина за паковање?
Машине за паковање обично раде у једној или две смене (2.000 до 4.500 сати годишње) са брзинама индексирања од 60 до 200 циклуса у минути. Са 120 циклуса у минути и 3.000 сати годишње, годишњи број циклуса је приближно 21,6 милиона циклуса — међу применама пара пужних зупчаника са највећим бројем циклуса. Упркос овом великом броју циклуса, обртни момент по циклусу је низак (типично 10 до 100 N·m), тако да је кумулативна оштећења услед замора по циклусу скромна. Век трајања бронзаног точка под овим условима: 3 до 6 година, ограничен више растом зазора који утиче на тачност индексирања него ломом зуба. Век трајања челичног пужа: 8 до 15 година. Годишње мерење зазора је примарни алат за праћење — планирајте замену точка када зазор пређе толеранцију положаја индексирања машине (обично 0,1 до 0,3 мм на транспортеру производа).
П: Да ли постоји предност у погледу буке при коришћењу POM пужног точка уместо бронзе у паковању?
Пужни точкови од ПОМ производе 8 до 12 дБ(А) мање буке од бронзе при истој брзини и оптерећењу — пригушење материјала апсорбује енергију вибрација мреже. За машине за паковање које раде у великим халама регулисаним ЕУ, где је буџет за пужни пара испод 60 дБ(А), ПОМ точак у комбинацији са брушеним или преклопљеним пужем (Ra 0,2 до 0,4 µм) може постићи 48 до 55 дБ(А) — што је у оквиру најограниченијих буџета. Компромис је век трајања точка: ПОМ траје 1,5 до 3 године при индексирању паковања у односу на 3 до 6 година за бронзу. При ниским обртним моментима типичним за паковање (10 до 80 N·m), ПОМ је механички адекватан — оптерећење је у границама контактног напрезања ПОМ-а. Разлика у цени по точку (ПОМ 4 до 8 УСД у односу на бронзу 15 до 25 УСД) додатно иде у корист ПОМ-а као исплативог решења за буку упркос краћем циклусу замене.
Парови пужних зупчаника машина за паковање раде на пресеку регулације буке и прецизности индексирања. Метода расподеле буџета за буку – радећи уназад од ограничења запослености у хали, преко броја машина и извора до циљаног доприноса појединачних пара пужних зупчаника – одређује да ли је потребна површинска завршна обрада са зупчаником, брушена или лепљена. Хала са 4 машине испод OSHA ограничења може прихватити зупчане парове са Ra 0,8 µm; хала са 20 машина испод EU ограничења може захтевати лепљене парове са POM точковима са Ra 0,2 µm. Индексирање од 60 до 200 циклуса у минути акумулира милионе циклуса покретања и заустављања годишње, захтевајући факторе сервиса од 1,5 до 2,0 примењене на вршни обртни момент убрзања – а не на просечан обртни момент рада. Спецификација је по станици: индексним станицама су потребни једноходни самоблокирајући пужни парови; станице континуираног кретања имају користи од ефикасности 2 покретања.
За произвођаче машина за паковање, наш инжењерски одељење врши прорачун буџета буке за конфигурацију ваше хале и препоручује степен завршне обраде површине. Стандардни каталог компактни пужни зупчаници Испоручује се у резаној, брушеној и лепованој завршној обради са опцијама бронзаних и ПОМ точкова од растојања од 40 до 80 мм. Пошаљите спецификација погона за паковање са индексном стопом, тежином производа, величином хале и ограничењем буке.
Одређивање парова пужних зупчаника за индексирање машина за паковање?
Пошаљите индексну стопу (cpm), тежину производа, број машина у хали, регулаторни стандард буке (OSHA, EU, корејски) и да ли је погон индексни или континуирани. Израчунаћемо буџет буке и препоручити исправну завршну обраду површине и материјал точкова.
Уредник: Cxm
