Меню

В процессе изготовления гофрокартона использование присосок и вакуумных насосов с пневматическим приводом является предпочтительным методом захвата и обработки гофрокартона и гофрокоробов в устройствах для сборки коробок и в ротационных машинах. В роботизированных частях производства, например, загрузка на поддоны и снятие с поддонов, в настоящее время также часто применяются присоски и вакуумные насосы с пневматическим приводом. 

Рисунок 1

Процесс упаковки с несколькими устройствами для обработки гофрированного картона/картона

Заводские вакуумные системы зачастую не оптимизированы с точки зрения энергопотребления 

Гофрированный картон является пористым материалом, поэтому скорость потока воздуха через материал будет варьироваться. При использовании присосок утечка воздуха также будет зависеть от того, насколько хорошо кромка присоски прилегает к гофрированной поверхности, что может меняться от заказа к заказу, от коробки к коробке.

Рисунок 2

Утечка вакуума при прикладывании присоски к гофрированному картону происходит из-за пористого материала и гофрированной поверхности

При проектировании системы вакуумной обработки гофрированного картона общепринятым и часто используемым принципом является определение параметров для "наихудшего сценария" с точки зрения утечки воздуха, чтобы иметь достаточную силу захвата в каждом цикле. 

Обратная сторона такого подхода заключается в том, что система будет «перерабатывать», что требует дополнительных денег, потраченных на энергию для создания вакуумного потока для большинства циклов производства. Полевые испытания машины для сборки картонных коробок, проведенные в 2012 году в международной пищевой компании, производящей шоколад, показали, что вакуумная система “перерабатывала” на 43%  с точки зрения потребления энергии из-за базовой настройки на наихудший сценарий.

Идея: что если бы пропускную способность и, следовательно, потребление энергии вакуумного насоса с пневматическим приводом можно было бы автоматически регулировать в зависимости от качества картона для каждого цикла/образца? 

Повреждение поверхности картона и гофрокартона присосками из-за высокого вакуумного давления

Присоски обеспечивают бережный захват по сравнению с другими методами транспортировки и не повреждают поверхность картона при правильном использовании. Возможная сила захвата/подъема присосок более чем достаточна для большинства операций с картоном и гофрокартоном. Сила захвата может регулироваться размером присоски и давлением вакуума. Повреждение первых слоев поверхности картона присосками связано с давлением вакуума. Таким образом, существует баланс между подъемной/погрузочной силой и возможными повреждениями поверхности, который трудно точно настроить для каждого цикла/образца. Довольно часто для достижения достаточной силы всасывания используется излишне высокое вакуумметрическое давление, а не достаточно большие присоски. Это увеличивает риск повреждение поверхности картона, когда давление вакуума в присоске увеличивается из-за значительно более низкого, чем ожидаемый/средний, потока утечки в определенном цикле.

Рисунок 3

Типичные следы повреждений от присосок на гофрокартонной коробке

Что, если бы можно было гарантировать фиксированный/постоянный уровень вакуума независимо от качества картона в каждом цикле? Это позволит избежать повреждений/следов и при этом обеспечит достаточное давление вакуума для поддержания максимальной скорости производства.

Экономия энергии и затрат при снижении вакуумметрического давления без ущерба для грузоподъемности

Подъемная сила (F) от присоски определяется двумя факторами:

(1) F (N) = A x P

F = сила в ньютонах (Н)

A = Площадь присоски (м2) => Для круглой присоски: (π*Диаметр2)/4

P = давление вакуума (Pa = N/м2)

По формуле (1) и тому факту, что площадь измеряется метрами в квадрате, ясно, что сила будет увеличиваться или уменьшаться в большей степени при изменении площади присоски по сравнению с изменением вакуумного давления. Таким образом, небольшое снижение давления вакуума не сильно повлияет на силу.

Пример:

Присоска диаметром Ø40 мм уменьшит подъемную силу примерно на 15 %, если давление вакуума уменьшится с 65 кПа [19,2 дюйма рт. ст.] до 55 кПа [16,2 дюйма рт. ст.]. С другой стороны, переход от диаметра присоски Ø40 мм к диаметру Ø50 мм при давлении 55 кПа [16,2 дюйма ртутного столба] увеличит усилие более чем на 35%.

Простой вывод – можно использовать как можно более низкое давление вакуума и как можно большую присоску.

Снижение вакуумметрического давления на негерметичных материалах значительно повлияет на энергопотребление насосов с пневматическим приводом. Способность удалить утечку воздуха из вакуумного насоса резко снижается, когда вакуумное давление высокое, и это относится ко всем типам вакуумных насосов, а не только к пневматическим.

Пример: 

Экономия воздуха/энергии будет в диапазоне 25-30%, если давление вакуума можно уменьшить с 65 кПа [19,2 дюйма рт. ст.] до 55 кПа [16,2 дюйма рт. ст.] на гофрированном картоне/коробке диаметром 50 мм. присоски.  

Традиционное регулирование пневматических вакуумных насосов

Традиционно регулировка давления подачи для пневматических вакуумных насосов осуществляется с помощью ручного регулятора давления воздуха. Регулятор воздуха регулирует линии подачи высокого давления и подает установленное/регулируемое постоянное давление воздуха на устройство, например на насос с пневматическим приводом, независимо от расхода воздуха под давлением. В предыдущих разделах было доказано, было бы наиболее экономичным, энергоэффективным и щадящим (без следов/повреждений), если бы давление подачи в пневматический насос могло меняться от цикла к циклу, чтобы поддерживать постоянный уровень вакуума. С регулятором с ручным управлением потребовался бы штатный человек, который вручную регулировал бы давление подачи для каждого цикла.  

Компания piSAVE разработала автоматический регулятор piSAVE optimise. Это новый тип регулятора давления воздуха, специально разработанный для пневматических вакуумных насосов/эжекторов. Вместо того, чтобы вручную регулировать постоянное давление воздуха для вакуумного насоса/эжектора, оператор может вручную регулировать и устанавливать постоянный уровень вакуума. Регулятор будет измерять вакуум от насоса/системы через измерительный порт и регулировать его для поддержания постоянного уровня вакуума, увеличивая или уменьшая давление воздуха в вакуумном насосе. 

Производители регуляторов piSAVE optimise в результате опытов сделали вывод, что постоянное давление вакуума лучше всего подходит для производственных процессов, и этого можно достичь, регулируя давление подачи на вакуумный насос с пневматическим приводом, но с традиционным воздушным регулятором ручная наладка регулятора для каждого нового заказа, цикл за циклом, занимает слишком много времени. Оптимизация piSAVE выполняется автоматически. Желаемое давление вакуума устанавливается один раз на оптимальном уровне.

Выводы:

Постоянное и как можно более низкое вакуумметрическое давление (оптимизированное) в системе для работы с гофрокартоном:

- Устраняет риск повреждения/отметок на поверхности

- Сокращает энергопотребление на 30-50 % (на основании конкретного примера с шоколадной фабрикой). Это будет означать > 1000 кВтч экономии на работе я погрузочно-разгрузочного устройства. На некоторых производствах таких машин может быть много, поэтому экономия энергии складывается.

- Высокое потребление энергии вакуумной системой является следствием настройки аппарата на “наихудший сценарий”. Это создает ненужное глубокое вакуумное давление (дополнительное потребление энергии) для большинства циклов/образцов и риск повреждения поверхности.

- Постоянный уровень вакуума для гофрированного картона может быть легко достигнут с помощью нового типа регулятора давления воздуха с контролем вакуума. Piab предлагает оптимизацию piSAVE с этой функцией.

piSAVE optimise имеет рабочий диапазон заданного уровня вакуума от 25 кПа [7,4 дюйма рт. ст.] до 70 кПа [20,7 дюйма рт. ст.]. Он может работать с любым пневматическим насосом/эжектором с расходом воздуха от 100 нл/мин [3,5 станд. куб. фут/мин] до 900 нл/мин [31,8 станд. куб. фут/мин] при рекомендуемом давлении подачи. Если используются эжекторы меньшего размера, можно использовать одну оптимизацию piSAVE для двух или более небольших эжекторов. Оптимизация piSAVE может использоваться с одноступенчатыми вакуумными насосами/эжекторами с пневматическим приводом, а также с многоступенчатыми вакуумными насосами/эжекторами. 

Помимо положительного эффекта энергосбережения с экологической точки зрения, для новых установок небольшая разница в цене по сравнению с традиционным регулятором воздуха окупится через несколько месяцев. Модернизация старой системы, в которой уже есть регулятор, обычно окупается менее чем за год при работе с присосками для гофрированного картона.