Izrada održive ambalaže za posluživanje hrane ovisi o snažnom strojarstvu. Projekt pretvara spljošteni papirnati inventar u praktične,-trodimenzionalne proizvode. Glavni alat za ovaj rad jeHidraulički stroj za oblikovanje papirnih ploča.Sustav koristi hidrodinamiku, toplinsku kontrolu i automatske naredbe. Dijelovi rade zajedno, tako da proizvodnja ostaje ista. Važno je razumjeti svaki dio i što on radi. Operateri, serviseri i kupci trebaju ovo znanje. Koriste ga za provjeru rada stroja ili rješavanje problema. Tehnologija ne izgleda toliko usredotočena na izlazne brojke koliko na prodajne materijale. Umjesto toga, proučava unutrašnjost tih strojeva. Ova studija usvaja standardna inženjerska pravila i industrijske norme. Svaki dio ima određenu ulogu. Ove uloge osiguravaju dobro podudaranje tlaka, topline i vremena. Ova kombinacija daje mnogo kvalitetnih papirnatih tanjura.

Hidraulička pogonska jedinica: Srce sustava i stvaranje tlaka

Hidraulička pogonska jedinica (HPU) glavni je izvor energije svakog hidrauličkog stroja za oblikovanje papirnih ploča. Uređaj ima elektromotor, hidrauličku pumpu, akumulator energije, filter i ventile za smanjenje tlaka. Temeljeno na osnovnim hidrodinamičkim knjigama, glavna zadaća HPU-a je pretvaranje električne energije u hidroenergiju. Ova energija ostaje u fluidu pod pritiskom [1]. Crpka pomiče ulje iz spremnika u krug sustava. Ovo strujanje stvara pritisak kada naiđe na otpor cilindra za oblikovanje.
Novi HPU-ovi koriste pumpe promjenjivog volumena umjesto fiksnih. Varijabilne pumpe prema-sustavu stvarnog vremena trebaju promijeniti izlaz. Ovo smanjuje rasipanje energije kada je stroj u stanju mirovanja ili pri niskom tlaku. Studije korištenja energije pokazale su da sustavi za pretvorbu frekvencije mogu smanjiti potrošnju električne energije za 20% do 30%. Ovo je u usporedbi sa starim sustavom konstantnog protoka u kružnom prešanju [2]. Filtri u HPU-ima održavaju tekućine čistima do razine ISO 4406. To će spriječiti zaglavljivanje jezgre i trošenje brtve. Inače će pritisak biti neravnomjeran i dijelovi će prijevremeno puknuti. Bez odabira ili održavanja HPU-a nijedan drugi dio sustava neće raditi.

Upravljački ventili i podešavanje protoka

Nakon što tekućina pod tlakom napusti HPU, usmjereni regulacijski ventili određuju smjer i vrijeme protoka. Ovi elektromehanički dijelovi djeluju poput živčanog sustava hidrauličkog stroja za oblikovanje papirnih ploča. Svoj signal dobivaju od programabilnog logičkog kontrolera (PLC). Zatim pomiču jezgru kako bi poslali ulje u produžetak ili otvor za oporavak glavnog cilindra. Proporcionalni ventili sada su standardna tehnologija. Omogućuju podesivi protok, a ne samo prekidače.
Studija elektrohidrauličkih sustava upravljanja pokazuje da proporcionalni ventil može učiniti promjenu brzine stabilnom. Time se eliminira mehanički utjecaj diskretnih ventilskih sklopki [3]. Ovaj glatki pokret je vrlo važan za oblikovanje papirnate ploče. Ako je žigosanje prebrzo ili naglo, papir će se pomaknuti, rubovi će biti neravni ili će se premaz oštetiti. Ventili za kontrolu protoka, koji obično tvore blok razdjelnika s komutatorskim ventilom, mogu sami kontrolirati brzine istezanja i uvlačenja. Ovo radi čak i ako se opterećenje promijeni. Stoga, čak i ako debljina ili vlažnost papira varira između serija, put oblikovanja ostaje isti. To izravno utječe na jednolikost proizvoda i ponovljivost cirkulacije.

Glavni cilindar za oblikovanje i kompleti kalupa

Cilindar za oblikovanje je dio koji hidraulički tlak pretvara u mehaničku silu. Ova sila oblikuje papir u ploče. U tipičnom hidrauličnom stroju za oblikovanje papirnih ploča, ovo je cilindar s dvostrukim-djelom. Njegove dimenzije bušenja postavljene su da proizvedu dovoljnu tonažu pri najvišem radnom tlaku sustava. Inženjerska matematika kalupljenja celuloze pokazuje da dobar pritisak oblikovanja mora prevladati dva problema. Jedan je elastični odskok komprimiranih vlakana. Drugi je viskozitet termoplastičnih prevlaka pri zagrijavanju [4].
Sklop matrice nalazi se na kraju šipke cilindra. Odgovarao je gornjim i donjim kalupima. Obično su izrađeni od aluminija ili čelika i imaju unutarnje kanale za grijanje. Die design postavlja veličinu ploče, stil oboda, slaganje ploča kao jednu. Precizna obrada klinova za poravnanje i čahura za vođenje zadržava polu-jezgru matrice. Time se sprječava nejednaka debljina stijenke i stanjivanje ploča. Tok topline materijala matrice izravno utječe na vrijeme ciklusa. Aluminijski kalupi zagrijavaju se brže od čeličnih kalupa. Ali aluminij se brže troši. Stoga inženjeri moraju birati između izlaznih zahtjeva i vrste papira. Spoj cilindra i matrice je spoj svih uzvodnih hidrauličkih i upravljačkih radova. Tamo nastaje pravi proizvod.

Sustavi grijanja i komponente za upravljanje toplinom

Oblikovanje papirnatih tanjura je proces termoformiranja. Stoga je potrebna precizna kontrola temperature. Grijaći elementi nalaze se u šupljini matrice. Oni aktiviraju premazni materijal i uspostavljaju strukturu vlakana kontroliranim zagrijavanjem. Najčešći tipovi su kapacitivni ili cijevni grijaći elementi. Njihove dimenzije određuju se prema gustoći snage. Ovi zahtjevi proizlaze iz kvalitete kalupa i ciljane temperature.
Regulatori temperature koriste PID algoritme. Kontroleri su mijenjali snagu grijača. Održavaju zadanu vrijednost unutar + -2 stupnjeva. Studije toplinske obrade celuloznih materijala pokazuju da je temperatura površine kalupa važnija od stvarne temperature. U nekim područjima, vruće točke izgaraju kroz premaz. Hladne točke u drugim područjima mogu uzrokovati loše brtvljenje i odvajanje između slojeva [5]. Termoparovi se nalaze u različitim regijama. Oni šalju povratne informacije kontroleru. To omogućuje svakom području kalupa da se prilagodi. Krugovi za hlađenje, ponekad ugrađeni u iste module, brzo odvode toplinu nakon formiranja. Ovo stabilizira oblik ploče prije izbacivanja. Sustav toplinskog upravljanja radi u tandemu s hidrauličkim sustavom. Njegova izvedba je postavljena na ciklus kao

što je brže moguće. Koliko god hidraulika bila dobra.

Električni kontrolni sustav i sigurnosne blokade

Programabilni logički kontroler (PLC) i sučelja čovjek-stroj (HMI) mozak su hidrauličkih strojeva za papir. PLC radi prema logici korak-po-korak. Ova logika kontrolira djelovanje ventila, promjene grijača, provjere senzora i otkrivanje greške. Moderni regulatori pohranjuju mnoge postavke proizvoda. Kao rezultat toga, operateri se mogu prisjetiti najboljih parametara na temelju različitih veličina ploča i materijala. Ne moraju sve ponovno ručno postavljati.
Sigurnosne komponente neizostavan su dio sustava upravljanja. Svjetleće zavjese, dvoručne tipke, krugovi za zaustavljanje u nuždi i mehaničke brave za čuvare slijede sigurnosna pravila ISO 13849. Ova pravila štite ljude od opasnosti kompresije i topline [6]. Releji sigurnosne razine provjeravaju prekidače položaja štitnika. Ako bi se zaštitna barijera otvorila tijekom opasnog kretanja, zaustavila bi hidrauličku pumpu. Senzori tlaka i enkoderi položaja šalju povratne informacije PLC-u. To omogućuje prilagodljivu kontrolu. Sustav se može prilagoditi trošenju, promjenama debljine tekućine ili razlikama u materijalu. Ova kombinacija sigurnosti i kontrole procesa omogućuje stroju da radi unutar postavljenih ograničenja. Također štiti radnike od intenzivnog pritiska i topline hidrauličkog oblikovanja.

Zaključak

Hidraulički stroj za oblikovanje papirnih ploča cjeloviti sustav. Izvedba svakog dijela izravno utječe na ukupnu izvedbu. Hidraulika osigurava potrebnu snagu. Smjerni i proporcionalni ventili kontroliraju precizno kretanje. Bubanj za oblikovanje i sklop kalupa su fizički oblikovani. Toplinski sustavi upravljaju odgovorom materijala na toplinu. Električni upravljački sustav pokreće sve funkcije kako bi se osigurala sigurnost operatera. Razumijevanje ovih dijelova i načina na koji oni ovise jedan o drugome može pomoći ljudima da donesu prave odluke. Te opcije uključuju odabir opreme, prioritete održavanja i poboljšanja procesa. Kako se industrija kreće prema održivijoj i učinkovitijoj proizvodnji, bolji dizajn ovih ključnih komponenti odredit će koji proizvođači mogu zadovoljiti nove zahtjeve tržišta stabilnom, visoko{9}}kvalitetnom proizvodnjom. Tehničko znanje u ovim područjima ostaje temelj konkurentske snage za proizvodnju jednokratne ambalaže.

Reference

[1] Manring, N. i Johnson, R. (2021).Hidraulički sustavi upravljanja: teorija i praksa. Wiley Academic Press. Opsežan nastavni materijal koji pokriva projektiranje hidrauličke pogonske jedinice, odabir crpke i osnovna načela strukture strujnog kruga za primjenu u industrijskim prešama.
[2] Ivantysynova, M. i Weber, J. (2022). "Poboljšanje učinkovitosti hidrauličkog sustava kroz tehnologiju promjenjivog pomaka."International Journal of Fluid Power, 23 (1), 45-62. U ovom radu se kvantitativno proučava ušteda energije adaptivnih crpnih sustava.
[3] Jelali, M. i Saha, B. (2023).Tehnologija elektrohidrauličkog servo i proporcionalnog ventila. Springer Engineering Publications. Akademski referentni materijali za proporcionalnu dinamiku ventila, karakteristike odziva i mogućnosti profiliranja kretanja za primjene preciznog oblikovanja.
[4] TAPPI (2022). "Mehanički i toplinski zahtjevi za ambalažu od termoformiranih vlakana."Tehnički radovi časopisa TAPPI, 21 (9), 78-89. Publikacija Tehničkog udruženja koja dokumentira parametre tlaka i temperature potrebne za učinkovitu kompresiju celuloznih vlakana i aktivaciju premaza.
[5] Didone, M. i Dumon, J. (2021). Jednolikost prijenosa topline u kalupljenju celuloze: strategije mjerenja i optimizacije.Primijenjena toplinska tehnika, 117452. Proučavan je utjecaj toplinskog gradijenta na kvalitetu proizvoda i vrijeme ciklusa tijekom procesa kalupljenja.
[6] Međunarodna organizacija za normizaciju (2023.).ISO 13849-1:2023 Mehanička sigurnost - komponente upravljačkih sustava povezane sa sigurnošću. ISO tehnički standard. Međunarodni sigurnosni standardi koji definiraju zahtjeve za razinu performansi za pouzdanost zaštitnih uređaja i sustava upravljanja u opremi hidrauličke preše.