在前面介紹電驅(qū)傳輸技術(shù)時(shí)，船舶主機(jī)高速機(jī)中速機(jī)低速機(jī)我們曾經(jīng)提到“很多設(shè)備的產(chǎn)能瓶頸其實(shí)是在傳輸系統(tǒng)的加速度上的”。類似的概念，我們其實(shí)在較早前一篇名為「提高設(shè)備速度，電機(jī)功率要增大多少船舶主機(jī)高速機(jī)中速機(jī)低速機(jī)？」的推文中就有探討過。

　　本期，讓我們換一個(gè)方式來說事兒，用一個(gè)“非典型”的設(shè)備機(jī)型案例把這個(gè)話題繼續(xù)下去。

　　廢話不多說，直接進(jìn)入本期案例機(jī)型：

　　嬰兒紙尿褲理片包裝機(jī)

　　在紙尿褲和衛(wèi)生巾等生產(chǎn)線中，理片機(jī)是介于產(chǎn)品的主機(jī)（Converting Line）與裝袋包裝之間的設(shè)備，它的主要作用就是將主機(jī)上高速飛出的每片產(chǎn)品逐一“接住”，按照規(guī)定的數(shù)量分組排列整齊，運(yùn)送至后道的成品裝袋工序。

　　坊間也稱此機(jī)器為“碼垛機(jī)”。

　　據(jù)我的船舶主機(jī)高速機(jī)中速機(jī)低速機(jī)了解，目前市場上主流的紙尿褲碼垛機(jī)，速度大概在 400 片/分鐘 左右，比較快的能開到 600 片/分鐘，極少數(shù)有能做到 800 片/分鐘 以上的。

　　而與此同時(shí)，受益于近年來伺服無軸傳動(dòng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，紙尿褲生產(chǎn)線的主機(jī)速度已經(jīng)普遍突破 600 片/分鐘 大關(guān)了。不少國內(nèi)的設(shè)備制造商都已經(jīng)能夠提供速度超過 800～1000 片/分鐘的主機(jī)了。

　　這種主機(jī)與后道工序設(shè)備之間的巨大速度落差，使得很多希望提升產(chǎn)能的紙品制造企業(yè)，因?yàn)橘I不到合適的碼垛機(jī)，而被迫放棄了對高速生產(chǎn)線的采購；有些企業(yè)購入了高端主機(jī)，卻無法開到全速，有時(shí)為了趕訂單開到高速，卻還因?yàn)槔砥瑱C(jī)速度跟不上，需要在后道工序投入大量人工進(jìn)行包裝作業(yè)。

　　不夸張的說，現(xiàn)在誰要是能夠提供可靠的高速紙尿褲理片包裝機(jī)，別說供不應(yīng)求，連訂單可能都接不過來了。

　　可是，究竟是什么限制了這種機(jī)型的產(chǎn)能和速度呢？

　　這就得先從傳統(tǒng)理片機(jī)的工作原理說起了。

　　這是傳統(tǒng)的紙尿褲理片機(jī)的工作示意圖（俯視圖）。

　　?? 在往下刷屏前，請牢牢記住各個(gè)工位的布局。

　　整個(gè)理片機(jī)最重要的部分就是那個(gè)圍成三角形的一圈“梳子”，每條邊長達(dá)好幾米。

　　在 A 驅(qū)動(dòng)輪的作用下，“梳子”會(huì)以與主機(jī)同步的速度逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就可以將主機(jī)上“飛”出的產(chǎn)品逐片接住，梳理整齊后運(yùn)送到 BC 輪之間的裝袋傳送帶的入口處。

　　在 BC 輪之間，會(huì)有一個(gè)推桿，沿著圖示的方向周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，將在“梳子”中已經(jīng)計(jì)數(shù)分組的產(chǎn)品推到它對面的裝袋傳送帶上。

　　需要注意的是，被梳理轉(zhuǎn)運(yùn)到 BC 段的產(chǎn)品，其實(shí)是和整個(gè)“梳子”鏈條一起跟隨主機(jī)持續(xù)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的，所以，為了能夠?qū)a(chǎn)品準(zhǔn)確的推到裝袋傳送帶上，需要采取措施，確保在推桿推送和返回時(shí)，BC 段梳子與傳送帶之間是相對靜止的。

　　?? 實(shí)際設(shè)備中，各個(gè)工位的布局會(huì)有很多類型的變種，不過動(dòng)作原理都是一樣的。

　　一種比較常見的方法，就是將 BC 兩個(gè)“鏈輪”的軸支撐在一條直線軌道上，并讓它們能夠沿著示意圖中虛線所示方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這樣，只要在推桿動(dòng)作時(shí)，給 BC 兩個(gè)鏈輪同步施加一個(gè)與梳子運(yùn)行速度相等、且方向相反（向左）的速度，BC 段梳子中的產(chǎn)品就“停在”裝袋傳送帶入口前了。

　　然后，當(dāng)推桿將這一組“靜止”的產(chǎn)品送入傳送帶后，BC 兩個(gè)鏈輪需要迅速向右移動(dòng)，將下一組產(chǎn)品送到傳送帶入口前。

　　大家可以這樣腦補(bǔ)一下碼垛機(jī)運(yùn)行時(shí)的場景：

梳子鏈輪高速逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)

BC 輪向左滑動(dòng)的同時(shí)，推桿向下推送

推桿向上返回的同時(shí)，BC 輪繼續(xù)向左滑動(dòng)

推桿返回靜止時(shí)，BC 輪迅速向右

返回重復(fù) a

　　可以想像，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，BC 鏈輪和推桿是需要跟隨主機(jī)的速度、進(jìn)行連續(xù)的高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，并且這個(gè)運(yùn)動(dòng)的節(jié)拍是與產(chǎn)線速度成正比的。換句話說，產(chǎn)線速度越快，它們的往復(fù)頻率越高、運(yùn)動(dòng)周期越短。

　　以一條速度為 600 片/分鐘的嬰兒紙尿褲產(chǎn)線為例，如果每 10 片一組包裝，那么 BC 鏈輪和推桿每一秒鐘就需要完成一次往復(fù)動(dòng)作。而要將產(chǎn)線速度提高到 1200 片/分鐘，它們的動(dòng)作周期就只有 0.5 秒了。

　　這其實(shí)就很容易看到傳統(tǒng)理片機(jī)產(chǎn)能提升的瓶頸了。

　　我們很早以前在「提高設(shè)備速度，電機(jī)功率要增大多少？」一文中就探討過，設(shè)備產(chǎn)能提高一倍，其功率要提升到原來的 8 倍之多。

　　目前市面上速度為 600 片/分鐘的理片機(jī)，在 BC 鏈輪的左右移動(dòng)上已經(jīng)普遍選用了超過 3 kW 的伺服電機(jī)；如果在此結(jié)構(gòu)上做各種優(yōu)化，加上電機(jī)功率適當(dāng)?shù)奶嵘?，一些高端設(shè)備廠商能夠?qū)⑺俣忍嵘?800 片/分鐘，但這基本上已經(jīng)是極限了。

　　而繼續(xù)提高理片機(jī)速度，就不只是硬件成本的問題了，因?yàn)楣β市枨髮?shí)在太大了，已經(jīng)無法選出合適的電機(jī)和相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)了。

　　即便能夠搞定電機(jī)功率，還有另外一個(gè)嚴(yán)重的問題，就是振動(dòng)。BC 段的高頻往復(fù)動(dòng)作，會(huì)帶動(dòng)整個(gè)梳子轉(zhuǎn)盤、尤其是 AB 段梳子的抖動(dòng)，這就極大的影響了理片的質(zhì)量。想象一下，經(jīng)過從 A 輪到裝袋入口的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中這幾米的長距離振動(dòng)后，這些產(chǎn)品還能依然保持很整齊的排列么？

　　除此以外，機(jī)器速度的提高會(huì)影響推桿和鏈輪往復(fù)運(yùn)動(dòng)的精度，這可能造成產(chǎn)品無法被準(zhǔn)確的推送到裝袋傳送帶上。

　　我曾經(jīng)就此問題問過業(yè)內(nèi)某些磚家，ta 們坦言

　　速度真的不是問題

　　問題是：

　　如果速度上去了，包裝質(zhì)量就會(huì)很差

　　那我想問，到底是速度的問題，還是速度的問題呢？

　　從上面的“非典型”案例看到，設(shè)備產(chǎn)能提速的瓶頸主要來自幾個(gè)方面：

動(dòng)力限制：因?yàn)楫a(chǎn)能提速對電機(jī)功率的需求是以幾何倍數(shù)增長的；

產(chǎn)品品質(zhì)：速度的增加會(huì)給設(shè)備帶來包括定位精度、機(jī)械振動(dòng)...等一系列的影響，這些都會(huì)讓產(chǎn)品品質(zhì)嚴(yán)重打折。

機(jī)械振動(dòng)：高速運(yùn)行引起的設(shè)備振動(dòng)，除了造成產(chǎn)品品質(zhì)下降，還會(huì)增加設(shè)備運(yùn)維難度、嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行壽命。

　　這些，其實(shí)都是我們在為設(shè)備提速做準(zhǔn)備時(shí)，需要兼顧并考慮采取措施的，不僅是本案中的碼垛機(jī)，對于很多生產(chǎn)設(shè)備其實(shí)都是適用的。

　　那么，具體來說，當(dāng)遇到上述這些瓶頸時(shí)，我們應(yīng)該采取什么樣的措施來幫助設(shè)備產(chǎn)能的提升呢？

　　這就是我們下一期要和大家討論的話題：

　　機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化

　　在進(jìn)入下期內(nèi)容之前，我想請大家先再去復(fù)習(xí)一下之前「電驅(qū)傳輸技術(shù)」一文中的內(nèi)容，尤其是那幾段設(shè)備視頻。

　　mcrazy

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