Việc sản xuất bao bì dịch vụ thực phẩm bền vững phụ thuộc vào kỹ thuật cơ khí mạnh mẽ. Dự án biến kho giấy dẹt thành các sản phẩm ba chiều-thực tế. Công cụ chính cho công việc này làMáy tạo hình tấm giấy thủy lực.Hệ thống sử dụng thủy động lực học, điều khiển nhiệt và ra lệnh tự động. Các bộ phận làm việc cùng nhau nên việc sản xuất vẫn giữ nguyên. Điều quan trọng là phải hiểu từng phần và chức năng của nó. Người vận hành, thợ sửa chữa và người mua cần có kiến ​​thức này. Họ sử dụng nó để kiểm tra hiệu suất máy hoặc giải quyết vấn đề. Công nghệ này trông không tập trung vào số lượng đầu ra như trên tài liệu bán hàng. Thay vào đó, nó nghiên cứu nội thất của những chiếc máy này. Nghiên cứu này áp dụng các quy tắc kỹ thuật tiêu chuẩn và tiêu chuẩn ngành. Mỗi bộ phận đều có một vai trò nhất định. Những vai trò này đảm bảo rằng áp suất, nhiệt độ và thời gian phù hợp tốt. Sự kết hợp này tạo ra rất nhiều đĩa giấy chất lượng.

Bộ nguồn thủy lực: Hệ thống tạo tim và áp suất

Bộ nguồn thủy lực (HPU) là nguồn năng lượng chính của bất kỳ Máy tạo hình tấm giấy thủy lực nào. Thiết bị có động cơ điện, bơm thủy lực, bộ tích năng lượng, bộ lọc và van giảm áp. Dựa trên sách thủy động lực cơ bản, công việc chính của HPU là chuyển hóa điện năng thành thủy năng. Năng lượng này tồn tại trong chất lỏng có áp suất [1]. Máy bơm di chuyển dầu từ bể chứa đến mạch hệ thống. Dòng chảy này tạo ra áp suất khi gặp lực cản từ xi lanh tạo hình.
HPU mới sử dụng máy bơm có thể tích thay đổi thay vì máy bơm cố định. Máy bơm biến thiên theo hệ thống-thời gian thực cần thay đổi đầu ra. Điều này giúp giảm lãng phí năng lượng khi máy không hoạt động hoặc ở áp suất thấp. Các nghiên cứu về sử dụng năng lượng đã chỉ ra rằng hệ thống chuyển đổi tần số có thể giảm mức tiêu thụ điện từ 20% đến 30%. Điều này so sánh với hệ thống dòng chảy không đổi cũ trong quá trình ép tròn [2]. Bộ lọc trong HPU giữ cho chất lỏng luôn sạch ở mức ISO 4406. Điều này sẽ ngăn lõi khỏi bị kẹt và bịt kín. Nếu không, áp suất sẽ không đồng đều và các bộ phận sẽ bị gãy sớm. Nếu không lựa chọn hoặc bảo trì HPU thì sẽ không có bộ phận nào khác của hệ thống hoạt động được.

Van điều khiển hướng và điều chỉnh dòng chảy

Khi chất lỏng có áp suất rời khỏi HPU, các van điều khiển hướng sẽ xác định hướng và thời gian của dòng chảy. Những bộ phận cơ điện này hoạt động giống như hệ thống thần kinh của Máy tạo hình tấm giấy thủy lực. Họ nhận được tín hiệu từ bộ điều khiển logic khả trình (PLC). Sau đó, họ di chuyển lõi để đưa dầu đến cổng phục hồi hoặc mở rộng của xi lanh chính. Van tỷ lệ hiện là công nghệ tiêu chuẩn. Chúng cung cấp dòng chảy có thể điều chỉnh, không chỉ các công tắc.
Nghiên cứu hệ thống điều khiển điện thủy lực cho thấy van tỷ lệ có thể làm cho vận tốc thay đổi ổn định. Điều này giúp loại bỏ tác động cơ học của các công tắc van rời rạc [3]. Chuyển động trơn tru này rất quan trọng đối với việc hình thành tấm giấy. Nếu chuyển động dập quá nhanh hoặc đột ngột, giấy sẽ bị xê dịch, các mép không đều nhau hoặc lớp phủ sẽ bị hỏng. Van điều khiển dòng chảy, thường tạo thành một khối đa dạng với van cổ góp, có thể tự điều khiển tốc độ giãn dài và rút lại. Điều này hoạt động ngay cả khi tải thay đổi. Vì vậy, ngay cả khi độ dày hoặc độ ẩm của giấy khác nhau giữa các lô thì quá trình đúc vẫn giống nhau. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến tính đồng nhất của sản phẩm và khả năng lặp lại lưu thông.

Bộ dụng cụ khuôn và xi lanh tạo hình chính

Xi lanh tạo hình là bộ phận chuyển đổi áp suất thủy lực thành lực cơ học. Lực này định hình giấy thành các tấm. Trong Máy tạo hình tấm giấy thủy lực điển hình, đây là một xi lanh tác động kép. Kích thước khoan của nó được thiết lập để tạo ra đủ trọng tải ở áp suất làm việc cao nhất của hệ thống. Toán kỹ thuật đúc bột giấy cho thấy áp suất tạo hình tốt phải khắc phục được hai vấn đề. Một là sự phục hồi đàn hồi của sợi nén. Một vấn đề khác là độ nhớt của lớp phủ nhựa nhiệt dẻo khi đun nóng [4].
Cụm khuôn được đặt ở đầu thanh trụ. Nó phù hợp với khuôn trên và khuôn dưới. Chúng thường được làm bằng nhôm hoặc thép và có các kênh dẫn nhiệt bên trong. Thiết kế khuôn đặt kích thước tấm, kiểu vành, xếp chồng tấm làm một. Gia công chính xác các chốt căn chỉnh và ống lót dẫn hướng giữ cho nửa lõi khuôn. Điều này ngăn ngừa độ dày thành không đồng đều và độ mỏng của tấm. Dòng nhiệt của vật liệu khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian chu kỳ. Khuôn nhôm nóng lên nhanh hơn khuôn thép. Nhưng nhôm đang bị mòn nhanh hơn. Vì vậy, các kỹ sư phải lựa chọn giữa yêu cầu đầu ra và loại giấy. Điểm nối của xi lanh và khuôn là nơi hợp lưu của tất cả các công việc điều khiển và thủy lực ngược dòng. Đó là nơi sản phẩm thực sự được tạo ra.

Hệ thống sưởi ấm và các thành phần quản lý nhiệt

Đúc tấm giấy là một quá trình ép nóng. Vì vậy nó cần kiểm soát nhiệt độ chính xác. Các bộ phận làm nóng được đặt trong khoang khuôn. Chúng kích hoạt vật liệu phủ và thiết lập cấu trúc sợi bằng cách gia nhiệt có kiểm soát. Các loại phổ biến nhất là các bộ phận làm nóng điện dung hoặc hình ống. Kích thước của chúng được xác định theo mật độ công suất. Những yêu cầu này đến từ chất lượng khuôn và nhiệt độ mục tiêu.
Bộ điều khiển nhiệt độ sử dụng thuật toán PID. Bộ điều khiển đã thay đổi công suất của lò sưởi. Họ giữ điểm đặt trong phạm vi + -2 độ . Các nghiên cứu về xử lý nhiệt vật liệu cellulose cho thấy nhiệt độ bề mặt khuôn quan trọng hơn nhiệt độ thực tế. Ở một số khu vực, các điểm nóng sẽ đốt cháy lớp phủ. Các điểm lạnh ở các khu vực khác có thể gây ra tình trạng bịt kín và tách biệt kém giữa các lớp [5]. Cặp nhiệt điện được đặt ở các khu vực khác nhau. Họ gửi phản hồi đến bộ điều khiển. Điều này cho phép mỗi khu vực khuôn có thể tự điều chỉnh. Các mạch làm mát, đôi khi được lắp đặt trong cùng một mô-đun, sẽ thoát nhiệt nhanh chóng sau khi hình thành. Điều này ổn định hình dạng tấm trước khi đẩy ra. Hệ thống quản lý nhiệt chạy song song với hệ thống thủy lực. Hiệu suất của nó được thiết lập theo chu kỳ như

nhanh nhất có thể. Cho dù hệ thống thủy lực có tốt đến đâu.

Hệ thống điều khiển điện và khóa liên động an toàn

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) và giao diện máy-con người (HMI) là bộ não của máy giấy thủy lực. PLC hoạt động theo logic từng bước. Logic này điều khiển hoạt động của van, thay đổi bộ gia nhiệt, kiểm tra cảm biến và phát hiện lỗi. Bộ điều khiển hiện đại lưu trữ nhiều cài đặt sản phẩm. Kết quả là, người vận hành có thể nhớ lại các thông số tốt nhất dựa trên các kích thước và vật liệu tấm khác nhau. Họ không phải thiết lập lại mọi thứ theo cách thủ công.
Các bộ phận an toàn là một phần không thể thiếu trong hệ thống điều khiển. Rèm sáng, nút hai tay, mạch dừng khẩn cấp và khóa cơ dành cho người bảo vệ tuân theo các quy tắc an toàn ISO 13849. Những quy tắc này bảo vệ con người khỏi sự nguy hiểm do nén và nhiệt [6]. Rơle mức an toàn kiểm tra công tắc vị trí bảo vệ. Nếu hàng rào bảo vệ mở ra khi đang di chuyển nguy hiểm, chúng sẽ dừng bơm thủy lực. Cảm biến áp suất và bộ mã hóa vị trí gửi phản hồi tới PLC. Điều này cho phép kiểm soát thích ứng. Hệ thống có thể được điều chỉnh theo độ mòn, thay đổi độ dày chất lỏng hoặc sự khác biệt về vật liệu. Sự kết hợp giữa bảo mật và kiểm soát quy trình này cho phép máy hoạt động trong giới hạn đã đặt. Nó cũng bảo vệ người lao động khỏi áp lực và nhiệt độ cao của quá trình tạo hình thủy lực.

Phần kết luận

Máy tạo hình tấm giấy thủy lực là một hệ thống hoàn chỉnh. Hiệu suất của mỗi bộ phận ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tổng thể. Thủy lực cung cấp năng lượng cần thiết. Van định hướng và tỷ lệ điều khiển chuyển động chính xác. Trống tạo hình và cụm khuôn được tạo hình về mặt vật lý. Hệ thống nhiệt quản lý phản ứng của vật liệu với nhiệt. Hệ thống điều khiển điện chạy tất cả các chức năng đảm bảo an toàn cho người vận hành. Hiểu những phần này và cách chúng phụ thuộc lẫn nhau có thể giúp mọi người đưa ra những lựa chọn đúng đắn. Các tùy chọn này bao gồm lựa chọn thiết bị, ưu tiên bảo trì và cải tiến quy trình. Khi ngành chuyển sang sản xuất bền vững và hiệu quả hơn, thiết kế tốt hơn của các thành phần cốt lõi này sẽ quyết định nhà sản xuất nào có thể đáp ứng nhu cầu thị trường mới bằng sản xuất ổn định, chất lượng cao-. Kiến thức kỹ thuật trong các lĩnh vực này vẫn là nền tảng cho sức mạnh cạnh tranh của ngành sản xuất bao bì dùng một lần.

Tài liệu tham khảo

[1] Manring, N., & Johnson, R. (2021).Hệ thống điều khiển thủy lực: lý thuyết và thực hành. Nhà xuất bản học thuật Wiley. Tài liệu giảng dạy toàn diện bao gồm thiết kế bộ nguồn thủy lực, lựa chọn máy bơm và các nguyên tắc cơ bản của cấu trúc mạch điện cho các ứng dụng máy ép công nghiệp.
[2] Ivantysynova, M., & Weber, J. (2022). "Nâng cao hiệu suất hệ thống thủy lực thông qua công nghệ chuyển vị biến thiên."Tạp chí quốc tế về năng lượng chất lỏng, 23(1), 45-62. Trong bài báo này, việc tiết kiệm năng lượng của hệ thống bơm thích ứng được nghiên cứu định lượng.
[3] Jelali, M. và Saha, B. (2023).Công nghệ servo điện thủy lực và van tỷ lệ. Ấn phẩm Kỹ thuật Springer. Tài liệu tham khảo học thuật về động lực học van tỷ lệ, đặc tính đáp ứng và khả năng lập hồ sơ chuyển động cho các ứng dụng tạo hình chính xác.
[4] TAPPI (2022). "Các yêu cầu về cơ và nhiệt đối với bao bì sợi định hình nhiệt."Tài liệu kỹ thuật của tạp chí TAPPI, 21(9), 78-89. Hiệp hội Kỹ thuật xuất bản tài liệu về các thông số áp suất và nhiệt độ cần thiết để kích hoạt lớp phủ và nén sợi cellulose hiệu quả.
[5] Didone, M., & Dumon, J. (2021). Tính đồng nhất truyền nhiệt trong đúc bột giấy: Chiến lược đo lường và tối ưu hóa.Kỹ thuật nhiệt ứng dụng, 117452. Ảnh hưởng của gradient nhiệt đến chất lượng sản phẩm và thời gian chu kỳ trong quá trình đúc khuôn đã được nghiên cứu.
[6] Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (2023).ISO 13849-1:2023 Các thành phần liên quan đến an toàn cơ khí của hệ thống điều khiển. Tiêu chuẩn kỹ thuật ISO. Các tiêu chuẩn an toàn quốc tế xác định các yêu cầu về mức hiệu suất đối với độ tin cậy của các thiết bị bảo vệ và hệ thống điều khiển trong thiết bị ép thủy lực.