УСТРОЙСТВО РАЗМАТЫВАНИЯ И ПРОТЯГИВАНИЯ РУЛОННОГО МАТЕРИАЛА
DEVICE FOR UNWINDING AND DRAWING OF ROLL MATERIAL

Изобретение относится к устройствам для разматывания рулонного материала, а именно для разматывания и протягивания в дискретном режиме различных ленточных материалов в фасовочно-упаковочном оборудовании.
При дискретном режиме работы фасовочно-упаковочного оборудования к устройствам для разматывания лент предъявляются специальные требования, а именно: на всех этапах разматывания: при разгоне (в начале цикла), при установившемся движении и при торможении (в конце цикла) лента должна быть натянута, провис ленты не допускается. Привод механизма протягивания не должен воспринимать нагрузку от инерционности рулона.
Из уровня техники известны устройства разматывания рулонного материала с постоянным натяжением. Таковым является, например, размоточное устройство с постоянным натяжением [US 7338004 опубл. 20.04.2006], содержащее узел установки рулона, рулон, тормозной барабан, неподвижную тормозную колодку, установленный на шарнирной опоре двуплечий поворотный рычаг, на одном плече которого установлен рулон с тормозным барабаном, а на втором пружина растяжения.
В данном устройстве тормозной барабан поджат к неподвижной колодке пружиной растяжения, обеспечивая тормозной момент. Усилие натяжения рулонного материала при разматывании преодолевает усилие пружины, в результате чего тормозной момент уменьшается, и рулон растормаживается. При установившемся движении усилие будет постоянным и определяться из равенства тормозного момента моменту от силы натяжения ленты. Однако устройство не может быть широко использовано в фасовочно-упаковочном оборудовании, работающем в дискретном режиме, из-за недостатков, возникающих при переходных процессах: при разгоне привод протягивания воспринимает нагрузку от момента инерции массивного рулона, а при торможении, несмотря на максимальный тормозной момент, будет иметь место инерционный выбег рулона и потеря натяжения рулонного материала.
Известен также Регулятор натяжения гибкого элемента, сматываемого с рулона [RU 2162435 опубл. 21.01.2001], содержащий рулон с гибким элементом, коромысло на шарнирной опоре, ролики, два из которых неподвижны, а один - натяжной, установлен на одном плече коромысла, и тормозную колодку, установленную на другом плече коромысла и контактирующую с тормозным барабаном. В другом варианте того же устройства кроме натяжного ролика установлена пружина, дополнительно прижимающая колодку к тормозному барабану. Из рассмотрения статики такого механизма понятно, что момент трения зависит от массы натяжного ролика и равен моменту от силы натяжения гибкого элемента. Поэтому усилие натяжения гибкого элемента можно регулировать путем изменения массы ролика или усилия пружины. При использовании данного устройства на фасовочно-упаковочной машине, работающей в дискретном режиме, гибкий элемент будет натянут только на двух первых фазах движения: при разгоне - за счет усилия пружины, веса натяжения ролика и его инерционности, и при установившемся движении - за счет указанного выше равновесия моментов. На третьей же фазе движения, при торможении и остановке протягивания данный механизм обеспечивает максимальный момент торможения, что не исключает инерционный выбег массивного рулона. В рулоне на третьей фазе движения теряется натяжение гибкого элемента и наблюдается его провис. Этот недостаток препятствует применению данного устройства в фасовочно-упаковочных машинах, работающих в дискретном режиме.
Известно устройство разматывания и протягивания рулонного материала, содержащее узел установки рулона, ролики, по которым протягивается ленточный материал, один из которых натяжной выполнен подвижным, узел зажима и обработки ленточного материала, узел захвата и протягивания ленточного материала.
[RU 2753622 опубл. 18.08.2021].
Данное изобретение по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к предложенному, и поэтому, принято в качестве его прототипа.
Суть известного изобретения заключается во введении дополнительного привода для размотки рулона при зажатой ленте. Отматываемого участка ленты достаточно для выполнения нескольких шагов упаковочной машины, после чего цикл размотки повторяется. Данное техническое решение удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к устройствам размотки и протягивания рулонного материала, а именно: лента всегда натянута весом натяжного ролика; привод протягивания преодолевает нагрузку только от усилия натяжения ленты и постоянной инерционности натяжного ролика и не нагружен переменной инерционной составляющей рулона при его размотке.
Недостатком известного устройства, препятствующим его широкому использованию, является узкий диапазон регулирования усилия натяжения ленты, что ограничивает его использование изготовлением только тонких или только тяжелых толстых пленок.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Техническим результатом изобретения является расширение универсальности устройства, заключающееся в возможности размотки и протягивания в дискретном режиме различных, как тонких, легких - покровных материалов, так и толстых, тяжелых - корпусных, ленточных материалов в фасовочно-упаковочном оборудовании.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для разматывания и протягивания рулонного материала, содержащее узел установки рулона, ролики, по которым протягивается ленточный материал, один из которых натяжной выполнен подвижным, узел зажима и обработки ленточного материала, узел захвата и протягивания ленточного материала, для натяжения ленты при разматывании рулона снабжено рычагом, несущим натяжной ролик, поворотной планшайбой, жестко связанной с рычагом, кулачками, установленными на планшайбе, и колодочным тормозом, тормозной барабан которого жестко связан и соосен с рулоном, а колодки установлены на поворотных рычагах, взаимодействующих с кулачками и стянутых пружиной, обеспечивающей тормозной момент.
Целесообразно, когда поворотные рычаги колодок снабжены регулируемыми упорами, позволяющими устанавливать свободный ход планшайбы путем изменения зазора между кулачками и поворотными рычагами колодок.
Желательно, чтобы пружина, стягивающая поворотные рычаги колодок, была выполнена с возможностью регулирования усилия. Изобретение иллюстрируют примером выполнения.
На фиг. 1 показан вид устройства для разматывания рулонного материала с подвижным роликом в исходном положении.
На фиг. 2 показан вид устройства для разматывания рулонного материала с подвижным роликом в крайнем верхнем положении.
На фиг. 3 показан вид устройства для разматывания рулонного материала с подвижным роликом в крайнем нижнем положении и дополнительной парой упоров.
Устройство для разматывания и протягивания рулонного материала содержит узел установки рулона 1 (фиг. 1), на котором установлен рулон 2 с ленточным материалом 3. Лента 3 протянута по двум отклоняющим опорным роликам 4, между которыми размещен подвижный натяжной ролик 5. Далее лента 3 протягивается через механизм зажима 6 (механизмом зажима может быть любая технологическая станция упаковочной машины, например контактный нагреватель пленки и/или станция термосваривания) и узел захвата и протягивания 7 ленты 3, оснащенный приводом, например, пневмоцилиндром 8.
Новым является то, что натяжной ролик 5 смонтирован на рычаге 9, жестко связанным с поворотной планшайбой 10. На планшайбе 10 установлены два кулачка 11, а в узле установки рулона 1 смонтирован колодочный тормоз, тормозной барабан 12 которого соосен с рулоном 2 и жестко с ним связан.
Колодки 13 тормоза закреплены на поворотных рычагах 14, стянутых пружиной 15. Пружина 15 прижимает колодки 13 к тормозному барабану 12, обеспечивая тормозной момент. Планшайба 10 смонтирована между поворотными рычагами 14, несущими колодки 13 и оснащенные регулируемыми упорами 16. Через эти упоры кулачки 11, установленные на планшайбе 10, имеют возможность взаимодействовать с рычагами 14, раздвигая их, и соответственно, уменьшая или даже полностью устраняя тормозной момент. Дополнительные регулируемые упоры 16' представлены на фиг. 3.
Устройство для разматывания и протягивания рулонного материала в составе фасовочно-упаковочной машины, работающей в дискретном режиме, функционирует следующим образом.
Устройство, как и упаковочная машина, работает циклами. Каждый цикл включает подачу порции рулонного материала 3 на все технологические станции 6 машины и некоторый выстой, в течение которого станции 6 зажимают ленту 3 и выполняют технологические операции. Пусть в начальный момент узел захвата 7 зажимает ленту 3, пневмоцилиндр 8 находится в крайнем правом положении, а механизмы зажима 6 технологической станции открыты. По сигналу от системы управления (на фиг. 1 не показана) срабатывает пневмоцилиндр 8, и узел 7 протягивает порцию ленты 3 через все технологические станции 6, сматывая ее с рулона 2. После завершения подачи ленты срабатывают механизмы зажима 6 и начинается выполнение технологических операций. Захват 7 отпускает ленту, пневмоцилиндр 8 возвращается в крайнее правое положение, захват 7 зажимает ленту 3. После выполнения технологических операций механизмы зажима 6 открываются - цикл завершен, система находится в исходном положении.
Упаковочное оборудование работает в достаточно интенсивном режиме: 15-20 циклов/мин. Для обеспечения точности подачи порции ленты на технологические станции 6 упаковочной линии ни на каком этапе каждого цикла нельзя допускать отсутствия натяжения ленты 3, ее провиса; привод 8 протягивания должен воспринимать нагрузку только от натяжения ленты 3, от инерционности натяжного ролика 5 и ни в коем случае от инерционности рулона 2. Именно на достижение этих качеств направлено настоящее изобретение. Рассмотрим работу предлагаемого механизма на всех фазах протягивания ленты 3: при разгоне, установившемся движении и торможении.
В исходном состоянии (в начале каждого цикла) между кулачками 11 и упорами 16 имеет место зазор, следовательно, колодки 13 тормоза прижаты к тормозному барабану 12 усилием пружины 15, обеспечивающей максимальный тормозной момент. Рулон 2, жестко связанный с тормозным барабаном 12, заторможен, и вся лента от рулона 2 до узла захвата 7 натянута усилием Р/2 от веса Р натяжного ролика 5. При срабатывании пневмоцилиндра 8 в начальной фазе движения - при разгоне - пневмоцилиндр 8, преодолевая нагрузку Р/2 и инерцию ролика 5, будет поднимать ролик 5, поворачивая рычаг 9 и жестко связанную с ним планшайбу 10. В результате между кулачками 11, установленными на планшайбе 10, и упорами 16 выберется зазор, и рычаги 14 с колодками 13 начнут раздвигаться (фиг. 2), преодолевая усилие пружины 15 и уменьшая тормозной момент. Когда тормозной момент станет меньше, чем момент от силы натяжения ленты Р/2, рулон 2 начнет вращаться, а лента 3 с него сматываться. По мере разгона рулона 2 натяжной ролик 5 перестанет подниматься вверх и остановится в положении, когда момент от силы натяжения ленты Р/2 станет равным тормозному моменту - начало фазы установившегося движения. После ее завершения при торможении и остановке пневмоцилиндра 8 массивный рулон 2 продолжит вращение по инерции, натяжной ролик 5 будет перемещаться вниз, рычаг 9 и планшайба 10 повернется против часовой стрелки. В конечном итоге между кулачками 11 и упорами 16 образуется исходный зазор, колодки 13 станут обжимать тормозной барабан 12, и вся кинетическая энергия, полученная рулоном 2 в первых двух фазах протягивания, будет погашена максимальным тормозным моментом от полного усилия пружины 15. Как видим, на всех фазах протягивания сохраняется усилие натяжения ленты 3, а привод 8 протягивания не загружен инерционностью рулона 2.
Следует отметить, что воздействие рычага 9 через кулачки 11 на растормаживание тормоза несколько увеличивает усилие натяжения ленты 3. Однако это увеличение незначительно вследствие большого передаточного отношения плеч рычагов а/b (фиг. 1). Данный вывод подтвержден статическим анализом рассматриваемого механизма (здесь не приводится).
1
1
1
Наладка устройства достаточно проста. Как следует из описания его работы, зазор между кулачками 11 и упорами 16 определяет некоторый угол ϕ (фиг. 1) поворота рычага 9, разделяющий область положений натяжного ролика 5 на две зоны А и Б: если текущий угол ϕ поворота рычага 9 меньше либо равен ϕ, то тормоз зажат максимальным тормозным моментом, если же ϕ>ϕ, то тормозной момент меньше максимального или равен нулю. Устройство, а точнее рычаг 9 и ролик 5 всегда находятся в районе этой границы, автоматически переходя из одной зоны в другую за период одного цикла протягивания. Поэтому зазор устанавливается такой, чтобы при контакте элементов И и 16 натяжной ролик 5 занимая правильное (симметричное или близкое к нему) положение относительно опорных роликов 4. Важно только, чтобы зазоры в двух парах элементов И и 16 были одинаковы. Существенным также является установка максимального тормозного момента. Он должен быть несколько больше, чем момент от половины веса натяжного ролика 5. Для его настройки необходимо ослабить пружину 15 до ситуации, когда тормоз не будет удерживать рычаг 9, а затем затянуть ее на 1,5-2 оборота.
1
2
1
2
1
Если на рычаги 14 колодок 13 установить еще одну пару упоров 16' (фиг. 3), контактирующих с теми же кулачками 11, то получим еще одну зону А отпущенного тормоза при ϕ≤-ϕ. Наличие второй зоны существенно облегчает наладку упаковочной машины. После установки нового рулона пленки при опущенном вниз рычаге 9 тормоз расторможен и не мешает проводке ленты 3 через ролики 4, 5 и рабочие станции 6 упаковочной машины. Интересно отметить, что после такой проводки натяжной ролик 5 автоматически за 2-3 цикла протягивания выбирает слабину ленты 3, проходит всю зону зажатого тормоза (ϕ+ϕ) и начинает работать в соответствии с изложенным выше алгоритмом в районе верхней границы ϕ.
Использование изобретения позволяет расширить диапазон эксплуатации устройства для размотки и протягивания как тонких, так и толстых ленточных материалов в фасовочно-упаковочном оборудовании.