ساخت بسته بندی خدمات مواد غذایی پایدار به مهندسی مکانیک قوی بستگی دارد. این پروژه موجودی کاغذ پهن شده را به محصولات کاربردی و سه بعدی- تبدیل می کند. ابزار اصلی برای این کار استدستگاه شکل دهی صفحه کاغذی هیدرولیک.این سیستم از هیدرودینامیک، کنترل حرارتی و فرمان های خودکار استفاده می کند. قطعات با هم کار می کنند، بنابراین تولید ثابت می ماند. درک هر بخش و آنچه انجام می دهد مهم است. اپراتورها، تعمیرکاران و خریداران به این دانش نیاز دارند. آنها از آن برای بررسی عملکرد دستگاه یا حل مشکلات استفاده می کنند. به نظر نمی رسد این فناوری به اندازه مواد فروش بر روی اعداد خروجی متمرکز باشد. در عوض، فضای داخلی این ماشین ها را مطالعه می کند. این مطالعه قوانین استاندارد مهندسی و هنجارهای صنعت را اتخاذ می کند. هر قسمت نقش مشخصی دارد. این نقش ها تضمین می کنند که فشار، گرما و زمان بندی به خوبی مطابقت دارند. این ترکیب تعداد زیادی صفحات کاغذی با کیفیت تولید می کند.

واحد برق هیدرولیک: تولید قلب و فشار سیستم

واحد برق هیدرولیک (HPU) منبع اصلی انرژی هر دستگاه تشکیل دهنده صفحه کاغذی هیدرولیک است. این دستگاه دارای موتور الکتریکی، پمپ هیدرولیک، ذخیره کننده انرژی، فیلتر و شیرهای فشار شکن می باشد. بر اساس کتاب های پایه هیدرودینامیک، کار اصلی HPU تبدیل برق به انرژی آبی است. این انرژی در سیال تحت فشار باقی می ماند [1]. پمپ روغن را از مخزن به مدار سیستم منتقل می کند. این جریان هنگام مواجهه با مقاومت سیلندر شکل دهنده فشار ایجاد می کند.
HPU های جدید از پمپ های جابجایی متغیر به جای پمپ های ثابت استفاده می کنند. پمپ های متغیر با توجه به زمان واقعی باید خروجی را تغییر دهند. این باعث کاهش اتلاف انرژی در هنگام بیکاری یا فشار کم دستگاه می شود. مطالعات مصرف انرژی نشان داده است که سیستم های تبدیل فرکانس می توانند مصرف برق را بین 20 تا 30 درصد کاهش دهند. این در مقایسه با سیستم جریان ثابت قدیمی در پرس دایره ای [2] است. فیلترها در HPU ها مایعات را تا سطح ISO 4406 تمیز نگه می دارند. این کار از گیر کردن هسته و سایش آب بندی جلوگیری می کند. در غیر این صورت، فشار ناهموار خواهد بود و قطعات پیش از موعد دچار شکستگی می شوند. بدون انتخاب یا حفظ HPU، هیچ بخش دیگری از سیستم کار نخواهد کرد.

شیرهای کنترل جهت و تنظیم جریان

هنگامی که سیال تحت فشار HPU را ترک می کند، شیرهای کنترل جهت جریان و زمان بندی را تعیین می کنند. این قطعات الکترومکانیکی مانند سیستم عصبی یک دستگاه تشکیل دهنده صفحه کاغذی هیدرولیک عمل می کنند. آنها سیگنال خود را از کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) دریافت می کنند. سپس هسته را حرکت می دهند تا روغن را به قسمت داخلی سیلندر اصلی یا درگاه بازیابی بفرستند. دریچه های متناسب در حال حاضر فناوری استاندارد هستند. آنها جریان قابل تنظیم را فراهم می کنند، نه فقط سوئیچ ها.
مطالعه سیستم های کنترل الکتروهیدرولیک نشان می دهد که شیر متناسب می تواند تغییر سرعت را ثابت کند. این امر تاثیر مکانیکی سوئیچ های گسسته شیر را از بین می برد [3]. این حرکت صاف برای تشکیل صفحه کاغذی بسیار مهم است. اگر حرکت مهر زدن خیلی سریع یا ناگهانی باشد، کاغذ جابه جا می شود، لبه ها ناهموار می شوند، یا پوشش آسیب می بیند. شیرهای کنترل جریان، که معمولاً یک بلوک منیفولد را با یک شیر کموتاتور تشکیل می دهند، می توانند سرعت ازدیاد طول و عقب را کنترل کنند. این کار حتی اگر بار تغییر کند. بنابراین، حتی اگر ضخامت یا رطوبت کاغذ بین دسته‌ها متفاوت باشد، مسیر قالب‌گیری یکسان باقی می‌ماند. این به طور مستقیم بر یکنواختی محصول و تکرارپذیری گردش اثر می گذارد.

کیت های سیلندر و قالب اصلی تشکیل دهنده

سیلندر شکل دهنده بخشی است که فشار هیدرولیک را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند. این نیرو کاغذ را بشقاب می دهد. در یک ماشین شکل دهی صفحه کاغذی هیدرولیک معمولی، این یک استوانه- دوتایی است. ابعاد حفاری آن برای تولید تناژ کافی در فشار کاری بالای سیستم تنظیم شده است. ریاضیات مهندسی قالب گیری خمیر کاغذ نشان می دهد که فشار شکل دهی خوب باید بر دو مشکل غلبه کند. یکی برگشت الاستیک الیاف فشرده است. دیگری ویسکوزیته پوشش های ترموپلاستیک در هنگام گرم شدن است [4].
مجموعه قالب در انتهای میله سیلندر قرار دارد. با قالب های بالا و پایین مطابقت داشت. آنها معمولا از آلومینیوم یا فولاد ساخته می شوند و کانال های گرمایشی در داخل دارند. اندازه صفحه مجموعه طرح قالب، سبک لبه، انباشته شدن بشقاب به عنوان یک. ماشینکاری دقیق پین های تراز و بوش های راهنما، قالب را نیمه-هسته نگه می دارد. این از ضخامت ناهموار دیوار و نازک شدن پانل ها جلوگیری می کند. جریان حرارتی ماده قالب مستقیماً بر زمان چرخه تأثیر می گذارد. قالب های آلومینیومی سریعتر از قالب های فولادی گرم می شوند. اما آلومینیوم سریعتر فرسوده می شود. بنابراین، مهندسان باید بین الزامات خروجی و انواع کاغذ یکی را انتخاب کنند. محل اتصال سیلندر و قالب محل تلاقی تمام کارهای هیدرولیک و کنترل بالادست است. آنجاست که محصول واقعی ساخته می شود.

سیستم های گرمایش و اجزای مدیریت حرارتی

قالب گیری صفحه کاغذی یک فرآیند ترموفرمینگ است. بنابراین نیاز به کنترل دقیق دما دارد. عناصر گرمایشی در حفره قالب قرار دارند. آنها مواد پوشش را فعال می کنند و ساختار فیبر را با روش های گرمایش کنترل شده تنظیم می کنند. رایج ترین انواع عناصر گرمایش خازنی یا لوله ای هستند. ابعاد آنها با توجه به تراکم وات تعیین می شود. این الزامات ناشی از کیفیت قالب و دمای هدف است.
کنترل کننده های دما از الگوریتم های PID استفاده می کنند. کنترلرها قدرت بخاری را تغییر داده اند. آنها نقطه تنظیم را در + -2 درجه نگه می دارند. مطالعات انجام شده بر روی عملیات حرارتی مواد سلولزی نشان می دهد که دمای سطح قالب از دمای واقعی مهمتر است. در برخی مناطق، نقاط داغ از طریق پوشش می سوزند. نقاط سرد در نواحی دیگر می تواند باعث آب بندی ضعیف و جدایی بین لایه ها شود [5]. ترموکوپل ها در مناطق مختلف قرار دارند. آنها بازخورد را برای کنترل کننده ارسال می کنند. این اجازه می دهد تا هر ناحیه قالب خودش را تنظیم کند. مدارهای خنک کننده، گاهی اوقات در همان ماژول ها نصب می شوند، پس از شکل گیری، گرما را به سرعت خارج می کنند. این شکل صفحه را قبل از بیرون ریختن تثبیت می کند. سیستم مدیریت حرارتی در کنار سیستم هیدرولیک اجرا می شود. عملکرد آن به عنوان چرخه تنظیم شده است

سریع ترین زمان ممکن مهم نیست که هیدرولیک چقدر خوب باشد.

سیستم کنترل الکتریکی و اینترلاک های ایمنی

کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) و رابط‌های{0}ماشین انسانی (HMI) مغز ماشین‌های کاغذ هیدرولیک هستند. PLC بر اساس منطق گام به گام عمل می کند. این منطق عملکرد سوپاپ، تغییرات بخاری، بررسی سنسور و تشخیص عیب را کنترل می کند. کنترلرهای مدرن بسیاری از تنظیمات محصول را ذخیره می کنند. در نتیجه، اپراتورها می‌توانند بهترین پارامترها را بر اساس اندازه‌ها و مواد مختلف صفحه به یاد بیاورند. آنها مجبور نیستند همه چیز را دوباره به صورت دستی تنظیم کنند.
اجزای ایمنی جزء ضروری سیستم کنترل هستند. پرده‌های نور، دکمه‌های دو-دستی، مدارهای توقف اضطراری و قفل‌های مکانیکی محافظ‌ها از قوانین ایمنی ISO 13849 پیروی می‌کنند. این قوانین افراد را از خطرات فشرده سازی و گرما محافظت می کند [6]. رله های سطح ایمنی سوئیچ های موقعیت محافظ را بررسی می کنند. اگر در حین حرکت خطرناک سد محافظ باز شود، پمپ هیدرولیک را متوقف می کنند. سنسورهای فشار و انکودرهای موقعیت بازخورد را به PLC ارسال می کنند. این امکان کنترل تطبیقی ​​را فراهم می کند. سیستم را می توان برای سایش، تغییرات ضخامت مایع یا تفاوت مواد تنظیم کرد. این ترکیب امنیت و کنترل فرآیند به ماشین اجازه می دهد تا در محدوده های تعیین شده کار کند. همچنین کارگران را از فشار و گرمای شدید شکل دهی هیدرولیک محافظت می کند.

نتیجه گیری

دستگاه شکل دهی ورق کاغذی هیدرولیک یک سیستم کامل. عملکرد هر بخش به طور مستقیم بر عملکرد کلی تأثیر می گذارد. هیدرولیک نیروی مورد نیاز را تامین می کند. دریچه های جهت و متناسب حرکت دقیق را کنترل می کنند. درام و مجموعه قالب به صورت فیزیکی شکل می گیرند. سیستم های حرارتی پاسخ مواد به گرما را مدیریت می کنند. سیستم کنترل الکتریکی تمام عملکردها را برای اطمینان از ایمنی اپراتور اجرا می کند. درک این بخش ها و چگونگی وابستگی آنها به یکدیگر می تواند به افراد در انتخاب درست کمک کند. این گزینه ها شامل انتخاب تجهیزات، اولویت های تعمیر و نگهداری و بهبود فرآیند است. همانطور که صنعت به سمت تولید پایدارتر و کارآمدتر حرکت می‌کند، طراحی بهتر این اجزای اصلی تعیین می‌کند که کدام تولیدکنندگان می‌توانند تقاضاهای جدید بازار را با تولید پایدار و با کیفیت- برآورده کنند. دانش فنی در این زمینه ها اساس قدرت رقابتی برای تولید بسته بندی یکبار مصرف است.

مراجع

[1] منرینگ، ن.، و جانسون، آر. (2021).سیستم های کنترل هیدرولیک: تئوری و عمل. انتشارات آکادمیک وایلی. مطالب آموزشی جامع شامل طراحی واحد قدرت هیدرولیک، انتخاب پمپ و اصول اولیه ساختار مدار برای کاربردهای پرس صنعتی.
[2] ایوانتیسینوا، ام.، و وبر، جی. (2022). "بهبود کارایی سیستم هیدرولیک از طریق فناوری جابجایی متغیر."مجله بین المللی نیروی سیال، 23 (1)، 45-62. در این مقاله، صرفه جویی در انرژی سیستم های پمپ تطبیقی ​​به صورت کمی مورد بررسی قرار گرفته است.
[3] جلالی، م. و سها، ب. (2023).فناوری سروو الکتروهیدرولیک و شیر متناسب. انتشارات مهندسی اسپرینگر. مواد مرجع آکادمیک برای دینامیک دریچه‌های متناسب، ویژگی‌های پاسخ و قابلیت‌های پروفیل حرکت برای کاربردهای شکل‌دهی دقیق.
[4] TAPPI (2022). "الزامات مکانیکی و حرارتی برای بسته بندی فیبر ترموفرم شده."مقالات فنی مجله TAPPI، 21 (9)، 78-89. انتشارات انجمن فنی که پارامترهای فشار و دما لازم برای فشرده سازی موثر فیبر سلولز و فعال سازی پوشش را مستند می کند.
[5] دیدون، ام.، و دومون، جی (2021). یکنواختی انتقال حرارت در قالب گیری خمیر: استراتژی های اندازه گیری و بهینه سازیمهندسی حرارتی کاربردی، 117452. تأثیر گرادیان حرارتی بر کیفیت محصول و زمان چرخه در طول فرآیند قالب‌گیری مورد مطالعه قرار گرفت.
[6] سازمان بین المللی استاندارد (2023).ISO 13849-1:2023 اجزای مرتبط با ایمنی-مکانیکی سیستم های کنترل. استاندارد فنی ISO استانداردهای ایمنی بین المللی که الزامات سطح عملکرد را برای قابلیت اطمینان دستگاه های حفاظتی و سیستم های کنترل در تجهیزات پرس هیدرولیک تعریف می کند.