Разработка машины для изготовления пакетов
Остановский А.А., Никитин Е.В. (ШИ (Ф) «ЮРГТУ (НПИ)», г. Шахты, РФ)
The problems of the small business in the field of mechanization of the processes demanding a lot of hard lab our have been considered, the construction of the machine for producing paper Packets for packing the goods for using in food and other branches of industry has been suggested.
Одной из важнейших проблем предпринимательской инициативы по разработке, освоению в производстве и доведению новой продукции и технологий до рентабельности в свете инновационного развития ложится в основном на изобретателей, разработчиков продукции и технологий, т.е. профессионалов своего дела. Успех или провал перехода на инновационный путь развития будет в первую очередь определяться тем, насколько полно и эффективно будет задействована третья сила – интеллектуальный научно-технический потенциал страны, т.е. профессионалы: конструкторы, технологи, изобретатели, организаторы производства и кадровые рабочие.
Перед малым бизнесом, чтобы быть конкурентным в современных условиях современного рынка остро стоят проблемы механизации производственных процессов, так как многие технологические операции при изготовлении различного вида продукции производятся вручную, что является малопроизводительным процессом в большинстве сфер предпринимательской деятельности.
Одним из таких процессов с преобладанием ручных операций является изготовление бумажных пакетов для упаковки различных пищевых продуктов, например лаврового листа и др.
Изготовление упаковочных пакетов на одном из предприятий малого бизнеса в г. Шахты в настоящее время производится из бумажных заготовок пакетов вручную. При этом при изготовлении таких пакетов рабочему персоналу приходится выполнять длительные и утомительные операции по изгибу, нанесению слоя клея на склеиваемую поверхность, прижатию для склеивания половинок заготовок и передачу полученных пакетов далее для их сушки после процесса склеивания.
Ввиду этих причин у малых предприятий, изготовляющих подобный вид упаковок, возникает естественный вопрос – о необходимости поиска путей, способствующих повышения производительности при производстве упаковочных пакетов и снижения трудоемкости их производства.
Находящиеся в эксплуатации в настоящее время производственные линии для изготовления подобных пакетов, хотя и являются высокопроизводительными, но одновременно с этим и дорогостоящими. Например, существующие типы таких линий имеют высокую производительность, составляющую 100000 пакетов за 8 часов. Но одновременно с этим имеют стоимость порядка 3 млн. рублей. Для малого бизнеса, который преобладает в небольших городах и населенных пунктах, зачастую не требуется такая высокая производительность, а машины с производительностью порядка 1000-1200 пакетов в смену, неизвестны. Это обстоятельство вынуждает предпринимателей с целью своевременного выполнения заказов производить дополнительный набор дополнительных рабочих для выполнения производственной программы и значительный объем требуемых операций вручную.
Поэтому разработка машины, обладающей расчетной производительностью в пределах выполнения поступающих заказов для малого бизнеса и имеющую относительно малую стоимость, является в настоящее время актуальной задачей, которую можно реализовать путем создания специализированной машины.
Для разработки подобной машины на первом этапе была разработана технологическая операционная схема изготовления пакетов из исходного материала – бумажной полосы размерами 120×350 мм.
В результате поискового анализа в качестве исполнительного органа для каждой операции принята система управления с кулачковым приводом, находящемся в одной кинематической связи друг с другом. Для осуществления поставленной задачи был принято техническое решение, позволяющее использовать для передачи крутящего момента кулачкам цепную передачу, так как это значительно упрощает конструкцию и облегчает её обсаживание в процессе эксплуатации (рис. 1).
Важным условием проведения технологической операции является нанесение на склеиваемую поверхность клея таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение на краях полос заготовки пакета. Для этого на первом этапе был проведен анализ возможных вариантов реализации данного процесса с помощью различного типа масленок (дозаторов).
Рисунок 1 – Схема установки приводных звездочек машины:
1 – приводная рукоятка машины; 2 – кулачек привода подавателя; 3 – кулачек механизма прижима края заготовки к столу; 4 – натяжные е ролики; 5 – кулачек поднятия и опускания бачка нанесения клея; 6 – кулачек механизма склеивания пакета; 7 – кулачек сгибателя; 8 – приводная цепь; 9 – указатель поворота рукоятки
Так как исходная заготовка бумажного пакета в отличие от металла или пластмассы обладает специфическими свойствами: низкой прочностью, способностью к перегибам и т.д., то для нанесения клея на её поверхность возможны следующие способы:
1. Нанесения клея с помощью клеящего карандаша (рис. 2). Этот способ при осуществлении операции обладает тем недостатком, что в процессе работы будет необходимо выполнять точную и сложную регулировку поджатия поверхности карандаша подачами с помощью горизонтальной – S1 и вертикальной – S2 подач к склеиваемой поверхности бумаги заготовки 2. Поэтому от этого варианта на этапе проектирования пришлось отказаться.
Рисунок 2 – Схема нанесения клея с помощью склеивающего карандаша:
1 – лоток податчика; 2 – заготовка пакета; 3 – карандаш клеящий
2. Нанесения жидкого, например, клея типа ПВА с помощью форсунки (капилляра) (рис. 3). Однако из-за малого проходного отверстия в капиллярной системе трубопровода и не исключается скорое засыхание, и по этой причине сужение проходного отверстия трубки и как следствие – прекращение подачи клея в рабочую зону.
Рисунок 3 – Схема нанесения клея с помощью капилляра:
1 – заготовка пакета; 2 – лоток подавателя; 3 – бачек для клея ПВА
3. Нанесение жидкого клея с помощью специального устройства – дозатора, заполненного жидким клеем типа ПВА, в котором подачи его на склеиваемую поверхность будет осуществляться с помощью несложного клапана, состоящего из бачка 1, в котором изготовлены отверстия диаметром 4 мм и вставлены шарики 2 диаметром 5 мм (рис. 4). В устройстве для нанесения клея дозировка будет осуществляться через передачу возвратно-поступательного движения от кулачка к шарикам, надавливающего на упругий элемент. Этим самым будет обеспечено открытие за рабочий цикл каналов, через которые жидкий клей, находящийся в бачке, будет равномерными каплями согласно шагу изготовленных отверстий (12 шт.) на каждой стороне бункера поступать на поверхность заготовки пакета. Клей, капая на поверхность, ввиду своей текучести растечется на поверхности заготовки пакета и этим самым будет подготовлена возможность выполнения следующей операции – изгибу заготовки пакета на 180° и последующей склейки за счет осуществления прижатия смазанных половинок пакета.
Рисунок 4 – Дозатор подачи клея на рабочую поверхность заготовки пакета:
I – исходное положение бункера; II – подача и впрыск клея
Из рис. 1 следует, что для обеспечения согласованности работы кулачкового механизма требуется предварительная их установка относительно воздействий на процесс изменения состояния исходной заготовки. Для этого необходимо выставить все кулачки согласно разработанной карты наладки.
Работает машина следующим образом.
1. На подаватель 1 вручную устанавливается исходная заготовка изготавливаемого пакета таким образом, чтобы кромка изгиба заготовки совпадала с линией кромки подавателя (рис. 5).
Рисунок 5 – Машина для изготовления упаковочных пакетов:
1 – подаватель заготовки пакета; 2 – ручка привода; 3 – сгибатель;
4 – прижимное устройство
2. После этого производится вращение ручки цепного привода 2 (рис. 1) плавно на 360 градусов до указателя поворота рукоятки 9, нанесенного на внешней поверхности боковой стенки машины. При этом производится вращение приводимых от цепи кулачков, которые по мере взаимодействия с расположенными на общей раме основными рабочими элементами, совершающими возвратно-поступательные движения, производить за полный цикл (один оборот рукоятки: 1) подачу заготовки и прижим края заготовки к основанию рамы; 2) подачу клея на бумажную заготовку пакета с помощью дозатора; 3) перегибание с помощью сгибателя 3 заготовки пакета на 180 градусов и возврат его в исходное положение; 4) прижим (склеивание) намазанных поверхностей специальной рамкой для прижима половинок пакета 4. Склеенная заготовка пакета выпадает в приемный лоток или на транспортирующее устройство с обдувателем сформировавшегося пакета заготовки горячим воздухом для окончательного высыхания клея.
Машину, разработанную на основе предложенной схемы, необходимо в дальнейших исследованиях проверить на работоспособность и в случае получения положительных результатов её можно широко использовать на небольших предприятий малого бизнеса для изготовления пакетов других типоразмеров.
При необходимости по требованию заказчиков на эту машину могут быть разработаны электрический привод и автоматический укладчик бумажных заготовок.
Достоинством конструкции машины является то, что все её детали и узлы можно изготовить в небольших механических мастерских на стандартном станочном оборудовании. Ориентировочная стоимость одной такой машины составляет 45-50 тыс. рублей, срок окупаемости – 6-8 месяцев.