지속 가능한 식품 서비스 포장을 만드는 것은 강력한 기계 공학에 달려 있습니다. 이 프로젝트는 납작하게 펴진 종이 재고품을 실용적인 3차원 제품으로 변환합니다.- 이 작업의 주요 도구는유압 종이 접시 성형 기계.이 시스템은 유체역학, 열 제어 및 자동 명령을 사용합니다. 부품이 함께 작동하므로 생산이 동일하게 유지됩니다. 각 부분과 그 역할을 이해하는 것이 중요합니다. 운영자, 수리공 및 구매자에게는 이러한 지식이 필요합니다. 그들은 이를 사용하여 기계 성능을 확인하거나 문제를 해결합니다. 이 기술은 판매 자료만큼 생산량에 초점을 두지 않는 것으로 보입니다. 대신, 이 기계의 내부를 연구합니다. 본 연구에서는 표준 엔지니어링 규칙과 업계 표준을 채택합니다. 각 부분에는 명확한 역할이 있습니다. 이러한 역할은 압력, 열 및 타이밍이 잘 일치하도록 보장합니다. 이 조합을 통해 고품질의 종이 접시가 많이 생산됩니다.

유압 동력 장치: 시스템 심장 및 압력 생성

유압 동력 장치(HPU)는 모든 유압 종이 접시 성형 기계의 주요 에너지원입니다. 이 장치에는 전기 모터, 유압 펌프, 에너지 축전지, 필터 및 압력 릴리프 밸브가 있습니다. 기본적인 유체역학 서적을 바탕으로 HPU의 주요 임무는 전기를 수력 에너지로 변환하는 것입니다. 이 에너지는 가압된 유체에 유지됩니다 [1]. 펌프는 오일을 저장소에서 시스템 회로로 이동시킵니다. 이 흐름은 성형 실린더의 저항에 직면할 때 압력을 생성합니다.
새로운 HPU는 고정 펌프 대신 가변 변위 펌프를 사용합니다. 실시간 시스템에 따른 가변 펌프는 출력을 변경해야 합니다.- 이는 기계가 유휴 상태이거나 압력이 낮을 때 에너지 낭비를 줄여줍니다. 에너지 사용에 대한 연구에 따르면 주파수 변환 시스템은 전력 소비를 20~30%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다. 이는 원형 프레싱의 기존 일정 흐름 시스템과 비교됩니다[2]. HPU의 필터는 유체를 ISO 4406 수준으로 깨끗하게 유지합니다. 이렇게 하면 코어의 막힘과 씰 마모를 방지할 수 있습니다. 그렇지 않으면 압력이 고르지 않게 되어 부품이 조기에 파손될 수 있습니다. HPU를 선택하거나 유지하지 않으면 시스템의 다른 부분이 작동하지 않습니다.

방향 제어 밸브 및 유량 조정

가압된 유체가 HPU를 떠나면 방향 제어 밸브가 흐름 방향과 타이밍을 결정합니다. 이러한 전기 기계 부품은 유압식 종이 접시 성형 기계의 신경계처럼 작동합니다. PLC(프로그래밍 가능 논리 컨트롤러)로부터 신호를 받습니다. 그런 다음 코어를 이동하여 오일을 메인 실린더의 확장 포트 또는 복구 포트로 보냅니다. 비례 밸브는 이제 표준 기술입니다. 스위치뿐만 아니라 조정 가능한 흐름도 제공합니다.
전기 유압식 제어 시스템에 대한 연구는 비례 밸브가 속도 변화를 일정하게 만들 수 있음을 보여줍니다. 이는 개별 밸브 스위치의 기계적 영향을 제거합니다[3]. 이러한 부드러운 움직임은 종이판을 성형하는데 매우 중요합니다. 스탬핑 동작이 너무 빠르거나 갑작스러우면 용지가 이동하고 가장자리가 고르지 않게 형성되거나 코팅이 손상됩니다. 일반적으로 정류자 밸브가 있는 매니폴드 블록을 형성하는 유량 제어 밸브는 신장 및 후퇴 속도를 자체적으로 제어할 수 있습니다. 이는 부하가 변경되더라도 작동합니다. 따라서 배치마다 종이의 두께나 수분이 다르더라도 성형 과정은 동일하게 유지됩니다. 이는 제품 균일성과 순환 반복성에 직접적인 영향을 미칩니다.

주요 성형 실린더 및 금형 키트

성형 실린더는 유압을 기계적 힘으로 변환하는 부품입니다. 이 힘은 종이를 판으로 만듭니다. 일반적인 유압식 종이 플레이트 성형기에서 이는 이중-액션 실린더입니다. 드릴링 치수는 시스템의 최고 작동 압력에서 충분한 톤수를 생산하도록 설정되어 있습니다. 펄프 성형의 공학 수학은 좋은 성형 압력이 두 가지 문제를 극복해야 함을 보여줍니다. 하나는 압축된 섬유의 탄성 반동입니다. 또 다른 하나는 가열 시 열가소성 코팅의 점도입니다[4].
다이 어셈블리는 실린더 로드 끝에 위치합니다. 상부 금형과 하부 금형이 일치했습니다. 일반적으로 알루미늄이나 강철로 만들어지며 내부에 가열 채널이 있습니다. 다이 디자인은 플레이트 크기, 림 스타일, 플레이트 스태킹을 하나로 설정합니다. 정렬 핀과 가이드 부싱의 정밀 가공으로 다이 하프-코어를 유지합니다. 이는 벽 두께가 고르지 않고 패널이 얇아지는 것을 방지합니다. 다이 재료의 열 흐름은 사이클 시간에 직접적인 영향을 미칩니다. 알루미늄 금형은 강철 금형보다 더 빨리 가열됩니다. 그러나 알루미늄은 더 빨리 마모됩니다. 따라서 엔지니어는 출력 요구 사항과 용지 유형 중에서 선택해야 합니다. 실린더와 다이의 교차점은 모든 업스트림 유압 및 제어 작업의 합류점입니다. 실제 제품이 만들어지는 곳입니다.

난방 시스템 및 열 관리 구성 요소

종이판 성형은 열성형 공정입니다. 그래서 정확한 온도 조절이 필요합니다. 가열 요소는 다이 캐비티에 위치합니다. 이는 코팅 재료를 활성화하고 가열을 제어하여 섬유 구조를 설정합니다. 가장 일반적인 유형은 용량성 또는 관형 가열 요소입니다. 치수는 와트 밀도에 따라 결정됩니다. 이러한 요구사항은 금형 품질과 목표 온도에 따라 결정됩니다.
온도 컨트롤러는 PID 알고리즘을 사용합니다. 컨트롤러가 히터의 전원을 변경했습니다. 그들은 설정값을 + -2도 이내로 유지합니다. 셀룰로오스 재료의 열처리에 관한 연구에 따르면 금형 표면의 온도가 실제 온도보다 더 중요하다는 것을 알 수 있습니다. 일부 지역에서는 핫스팟이 코팅을 통해 연소됩니다. 다른 영역의 콜드 스팟은 레이어 간 밀봉 및 분리가 제대로 되지 않을 수 있습니다[5]. 열전대는 다른 지역에 있습니다. 그들은 컨트롤러에 피드백을 보냅니다. 이를 통해 각 금형 영역이 자체적으로 조정될 수 있습니다. 때로는 동일한 모듈에 설치되는 냉각 회로는 형성 후 빠르게 열을 배출합니다. 이는 배출 전에 플레이트 모양을 안정화시킵니다. 열 관리 시스템은 유압 시스템과 함께 작동합니다. 성능은 다음과 같이 순환하도록 설정됩니다.

가능한 한 빨리. 유압 장치가 아무리 좋아도 마찬가지입니다.

전기 제어 시스템 및 안전 인터록

PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)와 HMI(인간{0}}기계 인터페이스)는 유압 제지기의 두뇌입니다. PLC는 단계별-별-로직에 따라 작동합니다. 이 로직은 밸브 작동, 히터 변경, 센서 점검 및 결함 감지를 제어합니다. 최신 컨트롤러는 다양한 제품 설정을 저장합니다. 결과적으로 작업자는 다양한 플레이트 크기와 재료에 따라 최상의 매개변수를 불러올 수 있습니다. 모든 것을 수동으로 다시 설정할 필요가 없습니다.
안전 구성 요소는 제어 시스템에 없어서는 안될 부분입니다. 라이트 커튼, 양-손잡이 버튼, 비상 정지 회로 및 경비원용 기계식 잠금 장치는 ISO 13849 안전 규칙을 따릅니다. 이러한 규칙은 압축과 열의 위험으로부터 사람들을 보호합니다[6]. 안전 레벨 릴레이는 가드 위치 스위치를 확인합니다. 위험한 움직임 중에 보호 장벽이 열리면 유압 펌프가 정지됩니다. 압력 센서와 위치 인코더는 PLC에 피드백을 보냅니다. 이를 통해 적응형 제어가 가능합니다. 시스템은 마모, 유체 두께 변화 또는 재료 차이에 따라 조정될 수 있습니다. 이러한 보안과 프로세스 제어의 조합을 통해 기계는 설정된 한계 내에서 작동할 수 있습니다. 또한 유압 성형 시 발생하는 강한 압력과 열로부터 작업자를 보호합니다.

결론

유압식 종이판 성형 기계는 완전한 시스템입니다. 각 부품의 성능은 전체 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 유압장치는 필요한 동력을 제공합니다. 방향 및 비례 밸브는 정밀한 움직임을 제어합니다. 성형 드럼과 다이 어셈블리는 물리적으로 형성됩니다. 열 시스템은 열에 대한 재료의 반응을 관리합니다. 전기 제어 시스템은 운전자의 안전을 보장하기 위해 모든 기능을 실행합니다. 이러한 부분과 이들이 서로 어떻게 의존하는지 이해하면 사람들이 올바른 선택을 하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 옵션에는 장비 선택, 유지 관리 우선 순위 및 프로세스 개선이 포함됩니다. 업계가 보다 지속 가능하고 효율적인 생산을 향해 나아가면서 이러한 핵심 구성 요소의 더 나은 설계를 통해 어느 제조업체가 안정적인 고품질 생산으로 새로운 시장 수요를 충족할 수 있는지가 결정될 것입니다.- 이러한 분야의 기술 지식은 일회용 포장 제조에 있어 경쟁력의 기초로 남아 있습니다.

참고자료

[1] 맨링, N., & 존슨, R.(2021).유압 제어 시스템: 이론 및 실제. 와일리 학술 출판사. 유압 동력 장치 설계, 펌프 선택 및 산업용 프레스 응용 분야의 회로 구조 기본 원리를 다루는 포괄적인 교육 자료입니다.
[2] Ivantysynova, M., & Weber, J. (2022). "가변 배기량 기술을 통해 유압 시스템 효율성을 향상시킵니다."국제 유체 동력 저널, 23(1), 45-62. 본 논문에서는 적응형 펌프 시스템의 에너지 절약을 정량적으로 연구한다.
[3] Jelali, M. 및 Saha, B. (2023).전기유압식 서보 및 비례 밸브 기술. Springer 엔지니어링 간행물. 정밀 성형 응용 분야를 위한 비례 밸브 역학, 응답 특성 및 모션 프로파일링 기능에 대한 학술 참고 자료입니다.
[4] 타피(2022). "열성형 섬유 포장에 대한 기계적 및 열적 요구 사항."TAPPI 저널 기술 논문, 21(9), 78-89. 효과적인 셀룰로오스 섬유 압축 및 코팅 활성화에 필요한 압력 및 온도 매개변수를 문서화한 기술 협회 간행물입니다.
[5] Didone, M., & Dumon, J. (2021). 펄프 성형의 열 전달 균일성: 측정 및 최적화 전략.응용열공학, 117452. 성형 공정 중 제품 품질과 사이클 시간에 대한 열 구배의 영향을 연구했습니다.
[6] 국제표준화기구(2023).ISO 13849-1:2023 제어 시스템의 기계적 안전-안전 관련 구성요소. ISO 기술 표준. 유압 프레스 장비의 보호 장치 및 제어 시스템의 신뢰성에 대한 성능 수준 요구 사항을 정의하는 국제 안전 표준입니다.