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步进电机在包装机械中的应用

发布日期：2020-10-10 05:14:24 浏览次数：323

论述了步进电机的工作原理和应用特点，介绍了步进电机在包装机械中的应用实例，指出了步进电机在包装机械中的广阔应用前景。

经过近20年的发展，我国的包装机械取得了长足的进步，但与国外相比，还有很大的差距，差距在哪里？我们认为这主要是关于控制。鉴于此，温州大学的杨福山和河南科技大学的吴隆奇两位专家就自己的研究内容撰写了一系列文章，希望对相关专业人士有所启发。

一、步进电动机的工作原理

步进电动机是一种开环控制元件，它将给定的电脉冲信号转换成角位移或线性位移。

给定一个电脉冲信号，步进电机转子会转动相应的角度，这就是步进电机的步进角。目前常用的步进电机的步距角大多为1.8度（俗称一步）或0.9度（俗称半步进）。根据步距角1239，当电机转动（1236度）时，给电机一个1236度的信号。这样，如果连续给出脉冲信号，步进电机就可以连续运行。由于电脉冲信号与步进电机转角之间的线性关系，步进电机已广泛应用于速度控制和位置控制。

步进电机的使用至少需要三方面的配合。一种是电脉冲信号发生器，它根据给定的设定值，反复向步进电机发送电脉冲信号。目前，大多数信号是由可编程控制器或单片机完成的；另一种是驱动器（信号放大器），它不仅对电脉冲信号进行放大，而且还驱动步进电机，在步进电机系统中起着重要的作用。一般来说，步进电机可以根据不同的工作条件有多种驱动器；第三种是步进电机，它有多种控制原理和模型，现在常用的有反应式、电感式、混合式，

步进电机的速度控制是通过输入脉冲频率的速度来实现的。当脉冲频率降低时，步进电机的速度降低；当频率增加时，速度增加。通过改变步进电机的位置，也可以提高步进电机的定位精度。

步进电机的位置控制由给定的脉冲数控制。给定一个脉冲，转动一个步进角，当停止位置确定时，它也决定了步进电机需要给定的脉冲数。在包装机的控制中，给定脉冲数还与机构的参数有关，如螺杆直径。

在包装机械中，在许多情况下需要控制执行机构的运行速度和位置。以前，它是通过机械或其他手段来完成的，其机构复杂，难以调整。采用步进电机后，不仅可以使包装机械结构简单、调整方便、提高可靠性，而且可以大大提高包装机械的粗糙度。

二、步进电机在材料测量中的应用

1。粉料计量

螺旋计量是一种常用的容积计量方法。它可以通过螺杆的转数来实现测量。为了达到调整测量尺寸和提高测量精度的目的，{hottag}要求螺杆能够调节杆的速度和位置的精确定位。同时采用步进电机可以满足这两方面的要求。

例如，粉末包装机的计量采用步进电机控制螺杆的转速和转数，不仅简化了机械结构，而且使控制非常方便。在无过载的情况下，步进电机的转速和停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响。与电磁式计量相比，电磁式计量与螺旋式计量相比，具有计量精度高、计量精度高等优点。

步进电机与螺杆直接连接，结构简单，维修方便。值得指出的是，如果步进电动机的过载能力比较大，当它稍微过载时，会出现相当大的噪声。因此，在确定测量条件后，应选择较大的过载系数，以保证步进电机的平衡运行。

2。粘性物料计量

步进电机控制的齿轮泵也能实现精确计量。齿轮泵广泛应用于输送糖浆、豆浆、白酒、油脂、番茄酱等粘稠物质。目前，这些材料的测量大多采用活塞泵，存在调节困难、结构复杂、维护不方便、功耗高、测量不准确等缺点。

齿轮泵计量是以一对齿轮啮合旋转为基础，通过齿间间隙将物料从进料口强制到出料口。动力来自步进电机。步进电机旋转的位置和速度由可编程控制器控制。测量精度高于柱塞泵。

步进电机适用于低速运行。随着转速的提高，步进电机的噪声会明显增大，其它经济指标也会明显降低。对于高速齿轮泵，最好选择增速结构。我们开始在粘性包装机上采用步进电机直接齿轮泵的结构。因此，噪声难以避免，可靠性降低。之后，采用提高直齿轮转速的方法降低了步进电机的转速，控制了噪声，提高了可靠性，保证了测量精度。

三、步进电机在包装薄膜

的供应和交付中的应用在制袋、灌装、封口为一体的包装机中，要求包装用塑料薄膜固定，无论是断续供应还是连续供应，都能可靠地由步进电机完成。

1。采用步进电机供膜，可提高间歇包装机的可靠性。前包装膜主要由曲柄连杆机构间歇牵引供给，结构复杂，调节困难。尤其是在需要更换产品时，不仅调整困难，而且包装膜浪费很多。皮带通过步进电机直接与带轮连接，不仅简化了结构，而且调整非常方便。只要控制面板上的按钮可以实现，这样可以节省调整时间和包装材料。

在分批包装机中，包装材料的供应和发货控制有两种模式：袋长控制模式和色标控制模式。袋长控制方式适用于无色标包装膜。它是通过预先设定步进电机的转速来实现的，旋转空气比的设定可以通过拨码开关来实现。色标模式配有光电开关，检测色标位置。当检测到色标时，发出控制开关信号。步进电机按下信号后，停止转动，经过一定的延时后再旋转胶片。为保证供片按色标位置固定，循环重复提供胶片。

2。在连续包装机

中，步进电机连续旋转，包装膜均匀连续输送。改变袋长时，只能通过拨码开关实现。

四、步进电机在横向密封中的应用

在连续包装机中，十字密封是一种重要的执行机构，也是包装机中较为复杂的机构之一。特别是彩色齿轮的包装膜，对封切位置要求非常严格。为了提高切割精度，先后发展了偏心链轮机构和曲柄导杆机构，但这些机构存在调节困难、可靠性低等缺点。造成这些缺点的主要原因是工艺要求恒速横向密封和定位切断。

步进电机直接驱动十字密封轮实现速度同步。连续包装机的送膜轮为连续送膜。交叉封接时，要求横向封膜的线速度与送膜速度同步，以避免撕裂薄膜和积膜。由于横向密封轮的直径是恒定的，在改变袋长时，需要改变横向密封轮的转速，但横向密封需要一定的时间，即横向密封轮与薄膜接触离开需要恒定的时间，否则密封件会发出噪音。十字密封轮每转一圈的总时间与交叉密封所需的时间相同。为了满足速度同步的要求，步进电机在一个周期内的速度可以分为两部分，一部分满足速度同步的要求，另一部分空载时满足一个周期的总时间要求。

为了达到良好的密封质量，还可以通过横向密封轮上的步进电机实现非恒速控制方式，即在横向密封的每个点上都能实现速度同步，由于空间限制，这里不作说明。

步进电动机的特点主要有三个方面，一是具有良好的过载性能。它的速度不受负载大小的影响，与普通电机不同，当负载增加时，速度会下降，所以步进电机用于对速度和位置有严格要求的场合；二是控制方便。步进电机是一种“步进”旋转的单元，其数字特性比较明显，因此给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现为步进电机的使用开辟了更广阔的市场；第三，整机结构简单。传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，难以调整。采用步进电机后，整机结构简单紧凑。步进电机在包装机械中的应用才刚刚开始。许多传统的机械控制方法都可以用步进电机来代替。除上述用途外，还应用于印刷、灌装、包装等方面。相信在较短的时间内，我国包装机械行业将能够实现步进电机技术水平迈上一个新台阶。

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