Izdelava trajnostne embalaže za hrano je odvisna od močnega strojništva. Projekt spremeni inventar sploščenega papirja v praktične,-tridimenzionalne izdelke. Glavno orodje za to delo jeHidravlični stroj za oblikovanje papirnih plošč.Sistem uporablja hidrodinamiko, termični nadzor in avtomatske ukaze. Deli delujejo skupaj, zato proizvodnja ostane enaka. Pomembno je razumeti vsak del in kaj počne. Operaterji, serviserji in kupci potrebujejo to znanje. Uporabljajo ga za preverjanje delovanja stroja ali reševanje težav. Tehnologija ni videti tako osredotočena na izhodne številke kot na prodajne materiale. Namesto tega proučuje notranjost teh strojev. Ta študija sprejema standardna inženirska pravila in industrijske norme. Vsak del ima določeno vlogo. Te vloge zagotavljajo, da se tlak, toplota in čas dobro ujemajo. Ta kombinacija daje veliko kakovostnih papirnatih krožnikov.

Hidravlična pogonska enota: srce sistema in ustvarjanje tlaka

Hidravlična pogonska enota (HPU) je glavni vir energije vsakega hidravličnega stroja za oblikovanje papirnih plošč. Naprava ima elektromotor, hidravlično črpalko, hranilnik energije, filter in tlačne varnostne ventile. Na podlagi osnovnih hidrodinamičnih knjig je glavna naloga HPU pretvorba električne energije v hidroenergijo. Ta energija ostane v tekočini pod pritiskom [1]. Črpalka premika olje iz rezervoarja v sistemski tokokrog. Ta tok ustvarja pritisk, ko naleti na upor oblikovalnega valja.
Nove HPE uporabljajo črpalke s spremenljivo prostornino namesto fiksnih. Spremenljive črpalke glede na-sistem v realnem času morajo spremeniti izhod. To zmanjša izgubo energije, ko stroj miruje ali je pod nizkim tlakom. Študije porabe energije so pokazale, da lahko sistemi za pretvorbo frekvence zmanjšajo porabo električne energije za 20 % do 30 %. To se primerja s starim sistemom s konstantnim pretokom pri krožnem stiskanju [2]. Filtri v enotah HPE ohranjajo tekočine čiste do ravni ISO 4406. To bo preprečilo zagozditev jedra in obrabo tesnila. V nasprotnem primeru bo pritisk neenakomeren in deli se bodo prezgodaj zlomili. Brez izbire ali vzdrževanja HPE ne bo deloval noben drug del sistema.

Smerni krmilni ventili in nastavitev pretoka

Ko tekočina pod tlakom zapusti HPE, smerni krmilni ventili določijo smer in čas pretoka. Ti elektromehanski deli delujejo kot živčni sistem hidravličnega stroja za oblikovanje papirnih plošč. Svoj signal dobijo iz programabilnega logičnega krmilnika (PLC). Nato premaknejo jedro, da pošljejo olje v podaljšek ali zbiralno odprtino glavnega valja. Proporcionalni ventili so zdaj standardna tehnologija. Zagotavljajo nastavljiv pretok, ne le stikala.
Študija elektrohidravličnih krmilnih sistemov kaže, da lahko proporcionalni ventil naredi spremembo hitrosti enakomerno. S tem se odpravi mehanski vpliv diskretnih ventilskih stikal [3]. To gladko gibanje je zelo pomembno za oblikovanje papirnatega krožnika. Če je žigosanje prehitro ali nenadno, se bo papir premaknil, robovi bodo postali neravni ali pa se bo premaz poškodoval. Ventili za regulacijo pretoka, ki običajno tvorijo razdelilni blok s komutatorskim ventilom, lahko sami nadzorujejo hitrosti raztezanja in umika. To deluje tudi, če se obremenitev spremeni. Tudi če se debelina ali vlaga papirja med serijami razlikujeta, pot oblikovanja ostane enaka. To neposredno vpliva na enotnost izdelka in ponovljivost kroženja.

Glavni oblikovalni valj in kompleti kalupov

Oblikovalni valj je del, ki pretvarja hidravlični tlak v mehansko silo. Ta sila oblikuje papir v plošče. V tipičnem hidravličnem stroju za oblikovanje papirnih plošč je to valj z dvojnim-delovanjem. Njegove dimenzije vrtanja so nastavljene tako, da proizvedejo dovolj tonaže pri najvišjem delovnem tlaku sistema. Inženirska matematika oblikovanja celuloze kaže, da mora dober preoblikovalni tlak premagati dve težavi. Ena je elastični odboj stisnjenih vlaken. Druga je viskoznost termoplastičnih prevlek pri segrevanju [4].
Sklop matrice se nahaja na koncu droga cilindra. Ujemal se je z zgornjim in spodnjim kalupom. Običajno so izdelani iz aluminija ali jekla in imajo v notranjosti grelne kanale. Die design nastavi velikost plošče, slog platišča, zlaganje plošč kot eno. Natančna obdelava poravnalnih zatičev in vodilnih puš ohranja polovično jedro matrice. S tem preprečimo neenakomerno debelino sten in tanjšanje plošč. Toplotni tok materiala matrice neposredno vpliva na čas cikla. Aluminijasti kalupi se segrejejo hitreje kot jekleni kalupi. Toda aluminij se obrabi hitreje. Zato morajo inženirji izbirati med izhodnimi zahtevami in vrstami papirja. Spoj cilindra in matrice je sotočje vsega gorvodnega hidravličnega in krmilnega dela. Tam nastane pravi izdelek.

Ogrevalni sistemi in komponente za upravljanje toplote

Oblikovanje papirnate plošče je postopek termoformiranja. Zato potrebuje natančen nadzor temperature. Grelni elementi so nameščeni v votlini matrice. Z nadzorovanim segrevanjem aktivirajo premazni material in vzpostavijo strukturo vlaken. Najpogostejši tipi so kapacitivni ali cevni grelni elementi. Njihove dimenzije so določene glede na gostoto moči. Te zahteve izhajajo iz kakovosti kalupa in ciljne temperature.
Regulatorji temperature uporabljajo algoritme PID. Regulatorji so spreminjali moč grelnika. Ohranjajo nastavljeno točko znotraj + -2 stopinj. Študije o toplotni obdelavi celuloznih materialov kažejo, da je temperatura površine matrice pomembnejša od dejanske temperature. Na nekaterih območjih vroče točke prežgejo premaz. Hladne točke na drugih področjih lahko povzročijo slabo tesnjenje in ločevanje med plastmi [5]. Termoelementi se nahajajo v različnih regijah. Krmilniku pošiljajo povratne informacije. To omogoča, da se vsako območje kalupa prilagodi samo sebi. Hladilni krogi, ki so včasih nameščeni v iste module, po oblikovanju hitro odvajajo toploto. To stabilizira obliko plošče pred izvrževanjem. Sistem toplotnega upravljanja deluje v tandemu s hidravličnim sistemom. Njegovo delovanje je nastavljeno na cikel kot

čim hitreje. Ne glede na to, kako dobra je hidravlika.

Električni nadzorni sistem in varnostne zapore

Programabilni logični krmilnik (PLC) in vmesniki človek-stroj (HMI) so možgani hidravličnih papirnih strojev. PLC deluje v skladu z logiko-za-koraki. Ta logika nadzoruje delovanje ventilov, menjave grelnika, preverjanja senzorjev in zaznavanje napak. Sodobni krmilniki shranjujejo številne nastavitve izdelka. Posledično lahko operaterji prikličejo najboljše parametre na podlagi različnih velikosti plošč in materialov. Ni jim treba znova ročno nastaviti vsega.
Varnostne komponente so nepogrešljiv del krmilnega sistema. Svetlobne zavese,-dvoročni gumbi, tokokrogi za zaustavitev v sili in mehanske ključavnice za stražarje upoštevajo varnostna pravila ISO 13849. Ta pravila varujejo ljudi pred nevarnostmi stiskanja in vročine [6]. Releji varnostnega nivoja preverjajo položajna stikala varovalke. Če bi se zaščitna pregrada med nevarnim gibanjem odprla, bi zaustavili hidravlično črpalko. Senzorji tlaka in dajalniki položaja pošiljajo povratne informacije PLC-ju. To omogoča prilagodljiv nadzor. Sistem je mogoče prilagoditi obrabi, spremembam debeline tekočine ali razlikam v materialu. Ta kombinacija varnosti in nadzora procesa omogoča, da stroj deluje znotraj nastavljenih omejitev. Prav tako ščiti delavce pred intenzivnim pritiskom in toploto hidravličnega oblikovanja.

Zaključek

Hidravlični stroj za oblikovanje papirnih plošč je celoten sistem. Zmogljivost vsakega dela neposredno vpliva na splošno zmogljivost. Hidravlika zagotavlja potrebno moč. Smerni in proporcionalni ventili nadzorujejo natančno gibanje. Oblikovalni boben in sklop matrice sta fizično oblikovana. Toplotni sistemi upravljajo odziv materiala na toploto. Električni nadzorni sistem izvaja vse funkcije za zagotavljanje varnosti operaterja. Razumevanje teh delov in njihove odvisnosti drug od drugega lahko ljudem pomaga pri pravilni odločitvi. Te možnosti vključujejo izbiro opreme, prioritete vzdrževanja in izboljšave postopkov. Ko se industrija premika k bolj trajnostni in učinkoviti proizvodnji, bo boljša zasnova teh ključnih komponent določila, kateri proizvajalci lahko izpolnijo nove zahteve trga s stabilno, visoko{9}}kakovostno proizvodnjo. Tehnično znanje na teh področjih ostaja osnova konkurenčne moči za proizvodnjo embalaže za enkratno uporabo.

Reference

[1] Manring, N. in Johnson, R. (2021).Hidravlični krmilni sistemi: teorija in praksa. Wiley Academic Press. Obsežno učno gradivo, ki zajema zasnovo hidravlične pogonske enote, izbiro črpalke in osnovna načela strukture vezja za uporabo v industrijskih stiskalnicah.
[2] Ivantysynova, M., & Weber, J. (2022). "Izboljšanje učinkovitosti hidravličnega sistema s tehnologijo spremenljive prostornine."International Journal of Fluid Power, 23 (1), 45-62. V tem prispevku je kvantitativno proučen prihranek energije adaptivnih črpalnih sistemov.
[3] Jelali, M. in Saha, B. (2023).Tehnologija elektrohidravličnega servo in proporcionalnega ventila. Springer Engineering Publications. Akademski referenčni materiali za proporcionalno dinamiko ventilov, karakteristike odziva in zmožnosti profiliranja gibanja za aplikacije natančnega oblikovanja.
[4] TAPPI (2022). "Mehanske in toplotne zahteve za embalažo iz termoformiranih vlaken."Tehnični dokumenti revije TAPPI, 21 (9), 78-89. Publikacija tehničnega združenja, ki dokumentira parametre tlaka in temperature, potrebne za učinkovito stiskanje celuloznih vlaken in aktivacijo prevleke.
[5] Didone, M. in Dumon, J. (2021). Enakomernost prenosa toplote pri oblikovanju celuloze: strategije merjenja in optimizacije.Uporabna toplotna tehnika, 117452. Proučevali so vpliv toplotnega gradienta na kakovost izdelka in čas cikla med procesom oblikovanja.
[6] Mednarodna organizacija za standardizacijo (2023).ISO 13849-1:2023 Mehanska varnost – komponente krmilnih sistemov, povezane z varnostjo. Tehnični standard ISO. Mednarodni varnostni standardi, ki opredeljujejo zahteve glede ravni delovanja za zanesljivost zaščitnih naprav in krmilnih sistemov v opremi za hidravlične stiskalnice.