Этикетировочный автомат: пневмоприжим этикетки и отсечка тары

Содержание статьи (15 разделов)

1. Какое пневматическое оборудование нужно этикетировочному автомату?
2. Из чего состоит этикетировочный автомат и где в нём пневматика?
3. Какое усилие прижима нужно этикетке?
4. Какой цилиндр даёт нужное усилие?
5. Как выглядит пример на артикуле MAL-25-50-CA?
6. Какое усилие упора и какая схема у отсечки потока тары?
7. Как связаны расход воздуха и такт?
8. Какие подготовка воздуха, распределители и дроссели нужны?
9. Что вне каталога и что мы не считаем?
10. Как обеспечить безопасность?
11. Что из этого есть в каталоге WAALPC?
12. Какие типичные ошибки бывают?
13. Какие вопросы чаще всего задают про этикетировочный автомат?
14. Откуда взяты данные?
15. Какие материалы пригодятся ещё?

Какое пневматическое оборудование нужно этикетировочному автомату?

В найденных паспортах серийных этикетировочных автоматов пневматика названа в двух местах — цилиндр фиксации бутылки и прижим; подачу и отделение этикетки ведёт шаговый двигатель, вращение тары — ролики. Если вы проектируете свой узел, пневматике разумно отдать прижим этикетки и отсечку потока тары (отсечку упорами мы предлагаем сами — в паспортах её устройство не описано); «автомат на одной пневматике» не получится. Прижим считают как силу цилиндра, а не как «давление на этикетку»: числа усилия для самоклеящихся этикеток источники не дают, известно только, что прочность склейки зависит от давления, с которым этикетку прижали (Wikipedia, Pressure-sensitive adhesive). Цилиндр WAALPC MAL Ø25 при 0,4 МПа по формуле даёт 196 Н, а с трением (около 10 %, Festo) — 177 Н; на нижнем пределе давления цилиндра 0,15 МПа выходит около 66 Н при допущении трения 10 %. Отсечка потока тары держит колонну бутылок: для 10 бутылок по 0,5 л сила упора около 16 Н, с двукратным запасом хватает Ø20. Всего на цикл «отсечка–прижим» уходит около 0,40 нл воздуха: при 50 бутылках в минуту это примерно 20 нл/мин по расчёту снизу. Что важно: фотодатчики, шаговый двигатель, ПЛК и конвейер в каталоге WAALPC отсутствуют — это внешние узлы, мы их не подбираем и не считаем.

F_{прижима} = η · p · π · D² / 4 — усилие цилиндра; F_упора = μ · n · m · g — сила, которую колонна тары давит на отсекатель

η — доля усилия, доходящая до штока (принято 0,9); p — давление воздуха, МПа; D — диаметр поршня, мм (МПа · мм² = Н); μ — коэффициент трения тары по ленте (допущение автора); n — число бутылок в колонне; m — масса одной бутылки с содержимым, кг; g = 9,81 м/с². Родственные разборы: укупорочная машина, пневматические тиски, пневмоотсечка нити, прижим рулона стрейч-плёнки.

Из чего состоит этикетировочный автомат и где в нём пневматика?

На самом простом уровне автомат выполняет четыре действия: определяет приход изделия, отделяет этикетку от подложки, наносит её на поверхность, отправляет изделие дальше. Из паспортов и страниц изготовителей, которые мы разобрали, узлы распределяются так.

листайте таблицу вбок →

Данные серийных машин из источников: автомат для круглых бутылок с прижимным цилиндром — скорость 25–50 шт/мин, точность ±1 мм, диаметр тары 30–120 мм, высота 30–200 мм, за один цикл выполняется подача бутылки и наклеивание этикетки; подача этикетки управляется шаговым двигателем, бутылку и этикетку контролируют фотодатчики (страница zvi-pack.ru). Полуавтомат для цилиндрической тары: оператор ставит тару на ролики, нажимает педаль, верхний ролик прижимает тару, подаётся этикетка и отделяется на ноже, ролик возвращается; диаметр тары 10–150 мм, точность ±0,5 мм, давление воздуха 0,4–0,8 МПа (страница praktikmetiket.ru; у той же страницы в паспорте рядом с давлением стоит значение «30 л» без пояснения — мы его не используем). В описании оборудования Etipack: отделение этикетки происходит «на резком перегибе на отделительной пластине», в составе есть узел круговой обкатки для цилиндрических изделий и прижимные механизмы (printing-group.ru). Это описания производителей и дилеров, а не проверенные нами паспорта.

Какой цилиндр даёт нужное усилие?

Для лёгкого прижима подходят мини-цилиндры серии MAL: двустороннего действия, диаметры Ø20, 25, 32 мм (в каталоге также Ø16, Ø40 и Ø50), рабочее давление 0,15–0,9 МПа по таблице завода, скорость поршня 50–800 мм/с (карточка серии); ходы 25, 50, 100, 150 мм по карточке серии (в каталоге есть и другие — от 75 до 500 мм, ряд зависит от диаметра). В карточке серии «прижим этикеток» прямо назван одним из применений. Полезное усилие ниже теоретического на трение; в справочнике Festo (Technical information, стр. 7) полезное усилие считают как F = p · A − R, где трение R ≈ 10 %. Ниже — оба значения, давления 0,15 МПа (нижний предел цилиндра), 0,3 и 0,4 МПа.

листайте таблицу вбок →

Что это значит. Нижняя граница прижима определяется не регулятором (фильтр-регулятор AW выставляет от 0,05 МПа), а самим цилиндром: ниже 0,15 МПа его рабочий диапазон заканчивается, и Ø25 не даст меньше примерно 66 Н. Но 66 Н — при допущении трения 10 % (Festo); на нижнем пределе давления доля трения выше, поэтому реальное усилие может быть меньше — проверяйте динамометром. Вес узла ролика при вертикальном ходе (1 кг — около 10 Н) в расчёт не входит. Если на тонкой ПЭТ-таре или тюбике нужно 30 Н, цилиндр придётся ставить через рычаг, у которого ролик сидит на плече вдвое длиннее, чем шток (усилие на ролике падает вдвое, ход растёт вдвое), либо брать Ø20 (42 Н). Расчёт по нижнему давлению цилиндра — наш вывод из карточки серии, а не значение из паспорта тары. Тонкостенную тару и стекло можно раздавить: предельные усилия для них у нас нет, регулятор выставляют с запасом вниз и повышают ступенями.

Если нужно усилие выше и долгий ход, берут цилиндры SC (двустороннего действия, 0,1–0,9 МПа, регулируемое пневматическое демпфирование против бамперного у MAL, по карточкам серий): SC-32-50 при 0,4 МПа даёт то же 322 / 290 Н, что и MAL Ø32, но подходит для ходов длиннее и более тяжёлых узлов.

Как выглядит пример на артикуле MAL-25-50-CA?

Прижимной ролик шириной 60 мм на штоке цилиндра MAL-25-50-CA (Ø25, ход 50 мм), давление воздуха 0,4 МПа, ход вниз к бутылке. Тара — ПЭТ 0,5 л, 50 бутылок в минуту.

1. Площадь поршня: A = π · 25² / 4 = 491 мм².
2. Усилие при 0,4 МПа: теоретическое 0,4 · 491 = 196 Н; с трением 10 % — 177 Н.
3. Нижний предел давления цилиндра 0,15 МПа: 74 Н теории, 66 Н полезного. Значит, диапазон настройки регулятора 0,15–0,4 МПа даёт 66–177 Н, или 1,1–2,9 Н на миллиметр валика шириной 60 мм.
4. Уставка для заданного усилия: p = F / (0,9 · A). Для 100 Н получается 100 / (0,9 · 491) = 0,226 МПа. Для 60 Н расчёт даёт 0,136 МПа — ниже 0,15 МПа цилиндра, значит 60 Н этим цилиндром не получить.
5. Чувствительность: каждые 0,05 МПа на регуляторе меняют усилие на 0,05 · 491 · 0,9 ≈ 22 Н. Регулятор с манометром здесь нужен; класс точности манометра на карточке не указан, поэтому 0,05 МПа на шкале не принимайте за измерение усилия.
6. Расход воздуха на цикл «вниз–вверх», ход 50 мм при 0,4 МПа: V = A · S · 2 · (p + 1,013) / 1,013 · 10⁻⁶ = 491 · 50 · 2 · 5,013 / 1,013 · 10⁻⁶ ≈ 0,243 нл (объём штока не вычтен).
7. Время хода 50 мм при скорости поршня 50–800 мм/с: от 1,0 до 0,06 с. На цикл 1,2 с (50 бутылок в минуту) прижим должен уложиться в малую долю такта, так что скорость подхода нужно ограничивать не по цилиндру, а по опыту на таре.

Оценить скорость хода в вашей схеме можно в калькуляторе скорости цилиндра, усилие — в калькуляторе усилия.

Какое усилие упора и какая схема у отсечки потока тары?

Отсекатель поштучно выпускает бутылки из колонны на позицию этикетирования. Сила, которую колонна давит на упор: F = μ · n · m · g (лента движется, бутылки стоят у упора и скользят по ней). Коэффициент трения тары по ленте у нас без источника: принято μ = 0,3 как допущение автора; его надо проверить, потянув полную бутылку по вашей ленте динамометром. Массу бутылки с содержимым принимаем как содержимое плюс 0,05 кг тары (для канистры 5 л — 0,2 кг). Цилиндр берём с двукратным запасом по силе (тот же совет даёт карточка серии MAL: нагрузка 200 Н означает Ø32, а не Ø25). Отсекатель и счёт деталей на вибропитателе разобраны в статье «Вибропитатель на пневмовибраторе».

листайте таблицу вбок →

Числа зависят от допущений, поэтому это порядок величины, а не паспортное значение: при μ = 0,2 сила для 0,5 л и десяти бутылок — 11 Н, при μ = 0,4 — 22 Н. Схема самая простая: один упор держит колонну, другой выпускает одну бутылку; две такие ступени — классическое решение, но источник описания у нас именно на такую конструкцию не нашёлся, поэтому это наше инженерное предложение, а не пересказ паспорта. Ещё одно замечание из механики: колонна давит на упор поперёк оси штока, а допустимой боковой нагрузки на шток MAL в карточке серии нет, поэтому упор делают отдельной планкой на направляющей, а цилиндр только перемещает её. Тогда усилие цилиндра нужно только на сдвиг планки, а не на удержание колонны.

Сколько бутылок в колонне и как быстро они подходят, определяет лента. Шаг тары на ленте принимаем 100 мм (допущение), тогда при 25–50 бутылках в минуту скорость ленты 2,5–5 м/мин; на такте 50 шт/мин на одну бутылку приходится 1,2 с, на 25 шт/мин — 2,4 с.

Как связаны расход воздуха и такт?

Одна бутылка проходит через два упора (Ø20, ход 25 мм) и один прижим (Ø25, ход 50 мм); давление везде 0,4 МПа, цикл «туда и обратно».

листайте таблицу вбок →

В расчёте штоки не вычтены (расход чуть завышен), мёртвые объёмы арматуры и трубок не учтены (занижен): порядок величины верен. Запас ×2 — наше допущение: у другого узла малой пневматики паспортный расход вышел примерно вдвое больше расчётного; для этой схемы замера нет. Даже удвоенные 40 нл/мин на порядок меньше номинального расхода распределителя 4V110 (500–700 нл/мин по карточке серии): распределитель по расходу можно брать любой из ряда. Клапан выбирают по пиковому расходу: при 800 мм/с Ø25 даёт около 120 нл/мин — тоже ниже 500. Полный расчёт линии — в статье про расход воздуха пневмосистемы.

Время срабатывания распределителя 4V — 30 мс на включение и 30 мс на выключение (карточка серии). Это меньше времени хода цилиндра почти на всех скоростях: при ходе 25 мм и скорости 800 мм/с ход длится около 31 мс — столько же, сколько клапан. На практике скорость ограничивают дросселями, поэтому такт определяют ход и настройка дросселей, а не клапан.

Какие подготовка воздуха, распределители и дроссели нужны?

Подготовка воздуха. Фильтр-регулятор WAALPC AW2000-02 (порт G1/4) по карточке серии: вход до 1,0 МПа, выход 0,05–0,85 МПа, фильтрация 25 мкм (в другом разделе той же карточки указано 5 мкм), исполнение со сбросом давления и манометром. Цилиндрам MAL требуется воздух фильтрации 40 мкм, поэтому любой из этих вариантов подходит. Смазка не требуется (в карточке MAL — опционально для ресурса); маслораспылитель в узел этикетирования мы не ставим, потому что масляный туман на выхлопе попадёт на этикетку и тару, а влияние масла на адгезив в найденных источниках не описано. Для прижима удобна отдельная ветка с собственным регулятором: давление прижима и давление упоров разные, и подстраивать их независимо проще.

Распределители. Каждому цилиндру нужен свой распределитель 5/2. Для Ø20 и Ø25 (порты G1/8) подходит компактный моностабильный 4V110-06 (порты 4V100: M5 / G1/8, по карточке серии): рабочее давление 0,15–0,8 МПа, катушка 24 В постоянного тока около 3 Вт, возврат золотника пружиной при снятии катушки (индекс «10»). Пружинный возврат означает, что при пропаже питания катушки золотник встаёт в исходное положение, но куда при этом двинется шток, определяет схема подключения портов; без схемы отвод прижима при потере питания считать гарантированным нельзя. Порты MAL Ø32: по даташиту серии G1/8 (в карточке указано G1/4) — сверьте перед покупкой.

Дроссели. Скорость хода задают дросселями ASC (по карточке серии, как правило, с обратным клапаном; направление регулирования уточняйте по артикулу): воздух проходит в одну сторону через регулируемый проход, в обратную — свободно. Порт G1/8 — исполнение ASC4000-01 (по порядку исполнений в карточке серии, сверьте перед заказом). Как ставить дроссель — на входе или на выходе — разобрано в статье про дросселирование пневмоцилиндра: там рекомендовано дросселирование на выходе. Для упора и прижима это значит: ход туда и обратно регулируют раздельно, по одному дросселю на порт.

Что вне каталога и что мы не считаем?

• Датчики. Фотодатчики бутылки и этикетки в каталог WAALPC не входят. Датчик положения на цилиндре (геркон серии CMS и твёрдотельный DMSG в каталоге есть) работает только с цилиндром с магнитным поршнем. Магнитный поршень у наших цилиндров, в том числе серии MAL, встроен в любом исполнении (суффикс CA — поворотная задняя крышка, к магниту отношения не имеет), поэтому датчики DMSG на них сработают. Фотодатчики бутылки и этикетки подбираются отдельно.
• Привод этикетки. Шаговый двигатель, отделительная пластина, натяжение подложки — вне каталога; параметры рулона и подачи мы не считаем.
• Вращение тары. Приводные ролики для обкатки — вне каталога; привод не считаем.
• Электрика. Питание 24 В, реле или ПЛК, педаль или сигналы датчиков — вне каталога; схему электроуправления не описываем.
• Конвейер. Лента, направляющие, рама — ваша конструкция.

Схема соединений в статью не входит: её строят отдельно, по позициям и с изоляцией энергии.

Как обеспечить безопасность?

• Ограждения. Сначала ограждения зоны ролика и упоров (ISO 14120); двуручное управление — когда ограждение невозможно, оно защищает только оператора.
• Защемление пальцев. Прижим Ø25 при 0,4 МПа даёт около 177 Н, то есть около 18 кгс: руке между роликом и тарой этого достаточно для травмы. Ролик закрывают ограждением или ставят ход так, чтобы зазор до тары оставался безопасным; допустимые зазоры для частей тела — в ISO 13854:2017, но эта статья не подменяет проектирование.
• Оценка рисков по ISO 12100. Решение о защитных мерах принимают по ней. Если выбрано двуручное управление, оно должно соответствовать ISO 13851:2019 тип III: синхронность кнопок не более 0,5 с; простая пневматическая логика «И» сама по себе не является сертифицированным узлом двуручного управления по ISO 13851:2019 (см. статью про пневматические тиски).
• Сброс давления. ГОСТ ISO 4414-2016 требует средство изоляции подачи воздуха и сброса остаточного давления перед доступом людей — подробнее в статье про безопасный сброс давления.
• Стекло и тонкая тара. Раздавить бутылку можно и небольшим усилием; предельных значений для тары у нас нет, поэтому давление прижима повышают ступенями от нижнего предела.

Эти пункты — перечень требований из источников, а не гарантия безопасности вашей установки: её оценивает тот, кто её собирает.

Что из этого есть в каталоге WAALPC?

Автомата, фотодатчиков и привода этикетки у нас нет. В каталоге — пневматическая часть; цены — из каталога на сайте.

Артикул	Цена, ₸	Что это
MAL-20-25-CA	7 800 ₸	Мини-цилиндр Ø20, ход 25; при 0,4 МПа полезное усилие 0,11 кН; упор отсекателя (2 шт.)
MAL-25-50-CA	10 020 ₸	Мини-цилиндр Ø25, ход 50; при 0,4 МПа 0,18 кН; прижим этикетки (артикул расчёта)
MAL-32-50-CA	11 220 ₸	Мини-цилиндр Ø32, ход 50; при 0,4 МПа 0,29 кН; прижим тяжёлой тары или колодка фиксации; порт G1/8 по даташиту — сверьте с карточкой
SC-32-50	11 640 ₸	Цилиндр SC Ø32, ход 50, регулируемое демпфирование; при 0,4 МПа 0,29 кН
4V110-06-DC24V	6 180 ₸	Компактный распределитель 5/2, катушка 24 В (постоянный ток); рабочее давление 0,15–0,8 МПа; по одному на цилиндр
AW2000-02	8 000 ₸	Фильтр-регулятор G1/4, регулировка выхода 0,05–0,85 МПа, фильтрация 25 мкм (в карточке также указано 5 мкм); один на линию и один на ветку прижима
ASC4000-01	15 540 ₸	Дроссель, как правило с обратным клапаном, латунь, до 1,0 МПа; по одному на порт цилиндра; размер G1/8 — по порядку исполнений карточки (-01), сверьте перед заказом

Срок поставки — по карточкам серий. Длина хода взята для расчёта; реальную выбирайте по вашему узлу: у MAL ходы от 25 до 500 мм, ряд зависит от диаметра. Подобрать: цилиндры — серия MAL и серия SC, распределитель — каталог 4V, регулятор — серия AW, дроссели — серия ASC.

Какие типичные ошибки бывают?

• Ищут «давление на этикетку» в паспорте. Числа усилия для самоклеящейся этикетки в источниках нет; подбирают опытом от нижнего предела.
• Берут слишком крупный цилиндр. Ниже 0,15 МПа MAL не работает, и Ø25 не даст меньше примерно 66 Н (при трении 10 %, реально может быть меньше); для нежной тары нужен рычаг или Ø20.
• Держат колонну самим штоком. Боковая нагрузка на шток мини-цилиндра в карточке не указана; упор делают планкой на направляющей.
• Берут коэффициент трения из головы. μ = 0,3 у нас допущение; ленту и тару проверяют динамометром.
• Выставляют давление «на глаз». Шаг 0,05 МПа даёт около 22 Н на Ø25.
• Дают полное давление сразу. Ролик падает на тару с ударом; скорость ограничивают дросселями.
• Ставят блок с маслораспылителем. На выхлопе масло попадает на этикетку; для узла смазка не требуется.
• Ждут пневматику там, где нужен шаговый двигатель. Подачу и отделение этикетки серийные автоматы ведут двигателем.

Какие вопросы чаще всего задают про этикетировочный автомат?

Что делает пневматика в этикетировочном автомате?

Прижимает этикетку к таре и отсекает поток тары, выпуская бутылки по одной. Подачу и отделение этикетки серийные автоматы ведут шаговым двигателем, бутылку и этикетку находят фотодатчиками; эти узлы в каталоге WAALPC отсутствуют.

Какой цилиндр взять для прижимного ролика?

Для тары до 1 л обычно достаточно мини-цилиндра MAL Ø20–25. Ø25 при 0,4 МПа даёт полезное усилие 177 Н (с трением 10 %, Festo); каждые 0,05 МПа на регуляторе меняют усилие примерно на 22 Н. Усилие на готовом узле проверяют динамометром.

Как рассчитать усилие отсекателя тары?

По формуле F = μ · n · m · g: коэффициент трения тары по ленте, число бутылок в колонне, масса бутылки. Для десяти бутылок по 0,55 кг и μ = 0,3 получается около 16 Н; цилиндр берут с двукратным запасом. Значение μ — допущение, его проверяют динамометром на вашей ленте.

Сколько воздуха расходует автомат?

Прижим Ø25 с ходом 50 мм и два упора Ø20 с ходом 25 мм при 0,4 МПа дают около 0,40 нл на бутылку: 10 нл/мин при 25 бутылках в минуту и 20 нл/мин при 50. Это оценка снизу без мёртвых объёмов арматуры.

Вы продаёте этикетировочные автоматы?

Нет. WAALPC поставляет пневматическую часть: цилиндры, распределители, фильтры-регуляторы и дроссели. Автомат, фотодатчики, привод подачи этикетки и электрическую часть берут у других изготовителей.

Нужны ли дроссели в узле прижима?

Да, чтобы ролик не падал на тару с ударом. Дроссель ASC (по карточке — как правило с обратным клапаном) регулирует поток в одном направлении, в другом пропускает свободно; как его ставить — в статье про дросселирование пневмоцилиндра.

Нужно ли двуручное управление?

Решение принимают по оценке рисков (ISO 12100). Если выбрано двуручное управление, оно должно соответствовать ISO 13851:2019 тип III: синхронность не более 0,5 с; простая пневматическая логика «И» сама по себе не является сертифицированным узлом двуручного управления по ISO 13851:2019. Сброс остаточного давления перед доступом требует ГОСТ ISO 4414-2016.

Откуда взяты данные?

• Этикетировочный автомат с прижимным цилиндром, страница zvi-pack.ru: скорость, точность, размеры тары, пневмоцилиндр фиксации, подача этикетки шаговым двигателем, фотодатчики.
• Этикетировочный автомат для цилиндрической тары, страница praktikmetiket.ru: работа по педали, ролик, отделение на ноже, диаметр тары, давление воздуха.
• Принтинг-Групп (printing-group.ru), описание систем нанесения самоклеящихся этикеток Etipack: отделение на перегибе, узел обкатки, прижимные механизмы.
• Wikipedia, Pressure-sensitive adhesive: связь при лёгком давлении, влияние давления прижима и состояния поверхности.
• Festo, Technical information, стр. 7: F = p · A − R, трение около 10 %.
• Карточки серий MAL, SC, 4V, AW, ASC на corneta.kz; каталог на сайте; даташит серии MAL.

Подобрать по теме

Какие размеры по теме есть у нас?

Страницы с размерами, ценой и обозначениями других марок для серий из этой статьи: MAL-40-125, MAL-40-75, MAL-25-80.

Какие материалы пригодятся ещё?

• Укупорочная машина: расчёт усилия прижима головки
• Пневматические тиски: расчёт усилия
• Мешкозашивочная машина: пневмоотсечка нити
• Дросселирование пневмоцилиндра
• Безопасный сброс давления: отсечной клапан и блокировка
• Расход воздуха пневмосистемы
• Калькулятор усилия цилиндра
• Калькулятор скорости цилиндра
• Пневмоцилиндры MAL
• Пневмоцилиндры SC
• Распределители 4V
• Фильтры-регуляторы AW
• Дроссели ASC
• Пневмокран: шаровой кран с пневмоприводом и подбор привода

Ещё по теме: артикулы, аналоги и статьи (12)

• Пневмоцилиндр SC-63-150 Ø63 ход 150
• SC-125-300: усилие, ход, цена
• Пневмоцилиндр SC-32-300 Ø32 ход 300
• Пневмоцилиндр SC-100-50 Ø100 ход 50
• Пневмоцилиндр SC-40-275 Ø40 ход 275
• Пневмоцилиндр SC-63-275 Ø63 ход 275
• Пневмоцилиндр SC-80-75 Ø80 ход 75
• Пневмоцилиндр SC-40-75 Ø40 ход 75
• Пневмоцилиндр SC-80-25 Ø80 ход 25
• совместимый аналог AirTAC SC Ø100×250
• пневмоцилиндры
• WAALPC MAL-16-25-CA