全自动纸浆模塑餐具生产线的研究
摘要
纸浆模塑餐具是发泡聚笨乙稀(EPS)餐具的理想替代品，世界上纸浆模塑餐具的生产厂家大部分集中在中国。现有纸浆模塑餐具生产设备存在自动化程度低、生产成本高、且生产过程及产品仍有不同程度的污染等问题，影响了产品的市场竞争力，制约了纸浆模塑工业的发展。从降低餐具生产成本和保护环境角度出发进行全自动生产线的研究，显得尤为迫切。
餐具生产成本主要由四方面组成，即原料成本(约40％)、能耗成本(约30％)、助剂成本(20％)和人工费(10％)。降低餐具成本必须从上述四方面入手，探索低成本浆料的工艺及与之相适应的物料自动传送系统、高效能源与节能模具、与浆料相匹配的低成本防水防油剂及高效稳定的控制系统是本项目研究的核心内容也是本项目研究的创新点。论文重点突出物料传送系统关键部件——承载梁的优化设计及控制系统稳定性与可靠性的设计。
按成本指标和污染程度分析各浆料的特点，选择低成本、高得率、无污染的磨石机械浆(GP)为原料，在原料组分分析的基础上，设计成型工艺，选择成型质量好、生产率高、易实现自动化的往复式单板成型机，采取各种措施解决GP浆成型不均匀的问题及选择与机械浆相匹配的助剂；分析几种定型方式和加热方式，采用定型效果好、生产率高、成本低的油加热与模内一次性定型相结合的热压定型节能技术，节能30％；为了使生产线适应磨石机械浆(CP)原料，采取相应措施解决由于粘网造成物料转移困难，对全自动设备结构进行改进设计，着重对物料传送系统的关键部件——承载梁的进行优化设计，使设备更加紧凑合理，提高设备的定位精度和产品质量；根据生产线工艺流程和现场特点，选用OMRON CPM1A型PLC为主核心，接近开关作为检测元件，替代有触点开关，选用可编程终端代替常规面板按扭，并按照时序图科学合理地设计软件，有效地简化系统硬件构成，提高系统的可靠性，保证系统的稳定性，从而使生产更加通畅有序；从理论上探索将神经元应具有的自组织、自学习要求与PID控制结构简单、稳定性好的
全自动纸浆模塑餐具生产线的研究
特点结合起来，构成神经元自适应PID控制器，当参数的变化时，系统能自行参数整定，
保持优良的工作性能指标，满足实际需求．
本全自动纸浆模塑生产线自动化程度高，适应性广，既适于磨石机械浆（GP），又适
于其他浆种作为原料，生产的产品外观质量好、重量轻（相同性能要求），防水防油性好、
降解快、成本低。它是绿色生产线，具有很好的社会效益和巨大的经济效益，对于保护
环境和推动我国纸浆模塑餐具工业发展具有重要意义。
Pulp molding tableware is the perfect substitute of EPS, these factories of which are mainly located in China. Problems of present equipment of Pulp molding tableware which are made up of low automatization, high production cost, pollution in the product process, influence product competition in market, confine development of Pulp molding industry. According to reduce the production cost of tableware and protect the environment, it is important urgent to research fully automatic production line of pulp molding tableware.
The production cost of tableware consist of material cost(approximately 40%) > energy cost(approximately 30%), helpful dosage(approximately 20%) and manual cost(approximately 10%),so reducing production cost of tableware must start with above four points. The technology of low cost pulp, automatic carrying system, high efficient energy, mould saving energy, water-resistance and oil-resistance dosage, efficient and stable control system are researched, which are not only important points ,but also creative points of this paper. Optimum design of loaded beam which is key part of carrying system, design of stability and reliability control system are emphasized.
In the light of cost index and pollution degree, the characteristics of kinds of pulp are analyzed in detail, and the GP pulp which is low cost, high-yield, no-pollution is chosen as the material of tableware. Based on material element analyzed, shaping technology is designed, the to and for single plane shaping equipment which is high shaping quality, high production efficiency and is easy to automatize is chosen. All kinds of measure are taken to solve the problems which are inequality in the shaping process of GP pulp, and dosage which matches with GP pulp is chosen. Some ways of fixing shape and heat up are analyzed, the technology of saving energy of heat pressing to fix shape being composed of oil heat and only one fixed shape in the mold is applied, with which it is high production efficiency, low cost to fix shape effectively, which saves energy 30 percent. In order to make the production line meet with material of GP pulp, measure are taken to solve the problem of pulp adhered to netlike molding which can lead to carry material difficult, the structure of fully automatic equipment is renovated, the loaded beam is optimizationally designed to make equipment structure compact
and improve location precision and products quality. According to technologic flow and actual characteristic, Omron PLC is chosen as the core of the control system, proximity switch as detect unit take the place of touch switch, software is designed reasonably according to time order figure, hardware is simplified, the reliability of system is advanced, the stability of system is assured to make production order. Intelligence neuron PID system is studied theoretically which is made up of both neuron with self-organizing and self-learning function and ordinary PID with the characteristic of the simple structure and high stability, which can automatically tune the parameter with the change of system parameter, remain perfect performance.
The fact shows that the production line of fully automatic pulp molding tableware has high automatization and wide adaptability, the product of surface is beautiful, which of weigh is light that has good water-resistance and oil-resistance, which is quickly decomposing and low cost. It is a green production line, having good society benefit and huge latent economy benefit. It is important to protect environment and improve pulp molding tableware industry.
餐具生产成本主要由四方面组成，即原料成本(约40％)、能耗成本(约30％)、助剂成本(20％)和人工费(10％)。降低餐具成本必须从上述四方面入手，探索低成本浆料的工艺及与之相适应的物料自动传送系统、高效能源与节能模具、与浆料相匹配的低成本防水防油剂及高效稳定的控制系统是本项目研究的核心内容也是本项目研究的创新点。论文重点突出物料传送系统关键部件——承载梁的优化设计及控制系统稳定性与可靠性的设计。
按成本指标和污染程度分析各浆料的特点，选择低成本、高得率、无污染的磨石机械浆(GP)为原料，在原料组分分析的基础上，设计成型工艺，选择成型质量好、生产率高、易实现自动化的往复式单板成型机，采取各种措施解决GP浆成型不均匀的问题及选择与机械浆相匹配的助剂；分析几种定型方式和加热方式，采用定型效果好、生产率高、成本低的油加热与模内一次性定型相结合的热压定型节能技术，节能30％；为了使生产线适应磨石机械浆(CP)原料，采取相应措施解决由于粘网造成物料转移困难，对全自动设备结构进行改进设计，着重对物料传送系统的关键部件——承载梁的进行优化设计，使设备更加紧凑合理，提高设备的定位精度和产品质量；根据生产线工艺流程和现场特点，选用OMRON CPM1A型PLC为主核心，接近开关作为检测元件，替代有触点开关，选用可编程终端代替常规面板按扭，并按照时序图科学合理地设计软件，有效地简化系统硬件构成，提高系统的可靠性，保证系统的稳定性，从而使生产更加通畅有序；从理论上探索将神经元应具有的自组织、自学习要求与PID控制结构简单、稳定性好的
全自动纸浆模塑餐具生产线的研究
特点结合起来，构成神经元自适应PID控制器，当参数的变化时，系统能自行参数整定，
保持优良的工作性能指标，满足实际需求．
本全自动纸浆模塑生产线自动化程度高，适应性广，既适于磨石机械浆（GP），又适
于其他浆种作为原料，生产的产品外观质量好、重量轻（相同性能要求），防水防油性好、
降解快、成本低。它是绿色生产线，具有很好的社会效益和巨大的经济效益，对于保护
环境和推动我国纸浆模塑餐具工业发展具有重要意义。
Pulp molding tableware is the perfect substitute of EPS, these factories of which are mainly located in China. Problems of present equipment of Pulp molding tableware which are made up of low automatization, high production cost, pollution in the product process, influence product competition in market, confine development of Pulp molding industry. According to reduce the production cost of tableware and protect the environment, it is important urgent to research fully automatic production line of pulp molding tableware.
The production cost of tableware consist of material cost(approximately 40%) > energy cost(approximately 30%), helpful dosage(approximately 20%) and manual cost(approximately 10%),so reducing production cost of tableware must start with above four points. The technology of low cost pulp, automatic carrying system, high efficient energy, mould saving energy, water-resistance and oil-resistance dosage, efficient and stable control system are researched, which are not only important points ,but also creative points of this paper. Optimum design of loaded beam which is key part of carrying system, design of stability and reliability control system are emphasized.
In the light of cost index and pollution degree, the characteristics of kinds of pulp are analyzed in detail, and the GP pulp which is low cost, high-yield, no-pollution is chosen as the material of tableware. Based on material element analyzed, shaping technology is designed, the to and for single plane shaping equipment which is high shaping quality, high production efficiency and is easy to automatize is chosen. All kinds of measure are taken to solve the problems which are inequality in the shaping process of GP pulp, and dosage which matches with GP pulp is chosen. Some ways of fixing shape and heat up are analyzed, the technology of saving energy of heat pressing to fix shape being composed of oil heat and only one fixed shape in the mold is applied, with which it is high production efficiency, low cost to fix shape effectively, which saves energy 30 percent. In order to make the production line meet with material of GP pulp, measure are taken to solve the problem of pulp adhered to netlike molding which can lead to carry material difficult, the structure of fully automatic equipment is renovated, the loaded beam is optimizationally designed to make equipment structure compact
and improve location precision and products quality. According to technologic flow and actual characteristic, Omron PLC is chosen as the core of the control system, proximity switch as detect unit take the place of touch switch, software is designed reasonably according to time order figure, hardware is simplified, the reliability of system is advanced, the stability of system is assured to make production order. Intelligence neuron PID system is studied theoretically which is made up of both neuron with self-organizing and self-learning function and ordinary PID with the characteristic of the simple structure and high stability, which can automatically tune the parameter with the change of system parameter, remain perfect performance.
The fact shows that the production line of fully automatic pulp molding tableware has high automatization and wide adaptability, the product of surface is beautiful, which of weigh is light that has good water-resistance and oil-resistance, which is quickly decomposing and low cost. It is a green production line, having good society benefit and huge latent economy benefit. It is important to protect environment and improve pulp molding tableware industry.
引文
[1]柯继芳，纸浆快餐具的研制与市场前景[J]．中国包装，1996，16(3)．：23—24
[2]刘志忱、王延红．正在崛起一次性植物秸杆餐具[J]，包装与食品机械，1998，16(4)：26—28
[3]卢义成、陈宏伟．早籼稻谷生产一次性可降解餐具的工业化开[J]．粮食与饲料工业，1999(12)：46—48
[4]郭文川、朱新华．一次性可降解餐具的研究与应用现状[J]．中国包装工业，2000，12(78)：48—50
[5]郭元新、沈开惠．绿色纤维餐具的生产工艺技术[J]，安徽农业技术师范学院学报，1999，13(2)：51—53
[6]徐景珩、许立燕．我国纸浆模塑机械及制品的发展现状和展望[J]．包装与食品机械．1997，15(1)．27—30
[7]缪宗华、黄祖泰、李正红等．环保型植物纤维一次性餐具生产工艺及其设备设计管见[J]．林业机械与木工设备，1999(11)：10—12
[8]蓝辉旋、张晓剑．我国一次性环保餐具的发展与思考[J]，经济师，2001(3)：154—155
[9]李捷．可以减少白色污染的纸浆模塑餐具[J]．郑州工业大学学报，1998．VOL 19 Suppl．Sep：5—6
[10]刘晔、孙智慧、黄群．新型绿色环保餐具纸浆模塑餐具及技术[J]．中国包装，2000，20(2)：46—48
[11]吴姣平、詹怀宇等．纸浆模塑餐具的生产技术及其发展前景[J]．广东造纸，2000(1)：24—29
[12]董金狮．各种新型环保餐具生产、使用情况及优缺点比较和评价[J]．中国包装工业，2000，12(78)：37-41
[13]郭驸、刘鸿飞、田呈样．纸浆模塑餐具取代EPS餐具前景可观[J]．化工新型材料2000，28(4)：4—5
[14]陈港、刘志辉．无污染快餐盒的现状和展望[J]．广东造纸：1997(1)：30—32
[15]吴振烈．纸浆模塑餐具的发展前景[J]，轻工机械，1999(3)：5—6
[16]谢益林．试析高效利用木材生产“三剩物”[J]。林业机械与木工设备，2000，28(9)：9—10
[17]陈礼辉、何北海、詹怀宇等．纸浆抄造性能的评价方法[J]．福建林学院学报，2001，21(2)：116—119
[18]马恒臣、刘华宾．浅谈纸浆模塑餐具防油，防水性能的影响因素[J]．中国包装工
[18]马恒臣、刘华宾．浅谈纸浆模塑餐具防油，防水性能的影响因素[J]．中国包装工业，．2000(7)．：31—32
[19]戴红旗、毕松林．纸浆模塑餐具防油防水性能研究[J]，林产工业，1998，25(4)：19—21
[20]吴茂昶，纸浆模塑制品的有关技术问题[J]．广东造纸．1999(3)：38—40
[21]江仲文、吴其叶．纸浆模塑制品成型技术的新进展[J]，轻工机械，1997(3)：3—6
[22]章胜亮．新型高效节能纸浆模塑成型机[J]。轻工机械，2000(4)：32—35
[23]刘志忱．纸浆模塑机理及其模具设计研究[J]．广东包装．，2001(2)．：12—15
[24]刘志忱、黄俊彦．纸浆模塑制品的模具设计[J]，纸和造纸．，2001(3)：27—29
[25]杨世铭．传热学[M]，北京：人民教育出版社，2000，28(3)：17—18
[26]韩丽艳，李佰民，高明楣．人造板生产用热油炉的设计[J]．林业机械与木工设备，2000，28(3)：17—18．
[27]张静、王铁．双圆弧齿轮传动的模糊可靠性优化设计[J]．山西机械，2001，6(2)：14—16
[28]曾庄生、林国汀．工程车辆传动轴的模糊可靠性设计[J]．现代机械，2001(2)：49—50
[29]令弧选霞、徐德民、唐大军．混合式遗传算法在机械优化设计中的应用[J]．机械设计，2001，3(3)：28-30
[30]毛培元．盘管热交接器的优化设计[J]．化工装备技术．1999，20(2)36-37
[31]刘明革、刘树琪．卧式容器基本尺寸的优化设计[J]．油气田地面工程，1997，17(10)：8—13
[32]尹洪超、崔峨，热功联蒸汽动力系统的优化设计[J]，节能，1994(4)：3—6
[33]甘学温、冯小敏．CMOS电路参数的统计优化设计[J]．电子学报，1999，27(5)：126-128
[34]高明振 李群湛．无源-有源混合滤波器容量优化设计[J]．铁道学报，1999，21(5)：43—46
[35]谢菁青．制造成本最低的机械产品公差设计方法[J]，工程设计，2000(4)：51—54
[36]包世华．结构力学(上册)[M]．武汉：武汉工业大学出版社，2001
[37]郑星河，机械优化设计[M]．南京：东南大学机械系，1991
[38]刘鸿文．材料力学(上)第二版[M]，北京：高等教育出版社，1991
[39]景林、郭建钢．可编程序控制器网络技术及应用[M]．北京：中国林业出版社，2000
[40]李玉长．PLC在全自动高效污水处理装置中的应用[J]．机电工程，1997，14(5)．：21—22
[41]张西良，张世庆．PLC在自动吹塑机中的应用[J]．机械与电子，2000(4)：66—67
[42]霍利民、蔡振江、张曙光．PLC在全自动纸浆模塑生产线上的应用[J]．河北农大学报，98，21(1)：70—73
[43]陈再峰、李小华、朱志红等，无污染一次性餐具生产线自动控制系统的设计[J]．电子技术，1997(2)：28—29
[44]雷秀、张治务、侯守全等．热(液)压PLC控制系统开发与应用[J]．内蒙古工业大学学报 1997，16(4)：54—58
[45]郭森民．PLC控制系统在人造板生产线的应用[J]．木材工业，1997，11(4)：25—31
[46]CPM1A Programmable Controllers Operational Manual, May ,2002
[47]童树鸿．智能PID控制器在纸浆浓度控制系统中的应用．哈尔滨工业大学硕士学位论文，1999
[48]涂时亮、张友德．单片微机控制技术[M]．上海：复旦大学出版社，1994：363
[49]蔡自兴、徐光佑．人工智能及其应用．北京：清华大学出版社，1996
[50]徐秉铮、张百灵、韦岗．神经网络理论与应用．广州：华南理工大学出版社，1994
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[61]余永权等，单片机模糊逻辑控制．北京：北京航空航天大学出版社，1995，7
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