氣動馬達：纏卷工藝的理想驅動系統

氣動馬達是實現生產過程自動化和機械化的重要元件之一。它具有速度范圍廣、結構緊湊、高效耐用、清潔安全、易維護等優點，特別適合應用在食品加工和包裝機械、以及飲料灌裝設備中。本文將詳細介紹作為安全耐用的驅動系統，氣動馬達如何為包裝機中的纏繞成型過程提供可靠的驅動解決方案。

繞卷驅動可以應用在多種生產過程中：它可以實現將連續的材料纏繞在螺旋槽、輥筒、卷軸或球體上。用于纏繞的材料可以是寬達10米的原紙或6微米厚的薄膜，也可以是高拉伸強度、低彈性的碳纖維。每一種用于纏繞的材料因其表面、硬度、拉伸強度、橫截面或厚度等差異對繞卷驅動系統有著不同的要求。例如，很多纏繞直徑在兩米左右的紙材需要在高達2,000米/分的速度下進行纏繞。薄膜是非常敏感的材料，這意味著其纏繞和解繞過程均須操作非常精確。而金屬材料則因質量較大，也會影響繞制過程。

葉片式氣動馬達內的轉子在轉子氣缸的偏心空腔內運轉。由于這個偏心腔，葉片形成密閉工作室，它的體積會在轉動方向上增大，隨著壓縮供應空氣的膨脹，壓縮能轉換成為動能，最終驅使轉子旋轉。

氣動馬達的特點在于其轉速可以隨負載的變化而自動調整。氣動馬達在滿載時會發生空轉。若馬達主軸承受較低的負載和扭矩低于滿載情況時，其工作速度將接近空轉速度。扭矩上升，則轉速隨之下降。氣動馬達在其轉速為空轉轉速的50% 時達到最大輸出功率?！斑@也是氣動馬達的最佳工作范圍。氣動馬達的轉速在空轉轉速40%~50% 的范圍內時最為節能。這也是我們在馬達設計過程中尤為重視的一個標準?！钡屡蓺鈩玉R達產品經理Dagmar Dübbelde 解釋道。

此外，相比于電動馬達，氣動馬達可以加載直至停轉，而自身不受損壞。卸載后，其又能立即運轉。在扭矩曲線中，氣動馬達還有一個較電動馬達明顯的優勢：電動馬達在最大扭矩（堵轉扭矩）時能耗最大，而氣動馬達的能耗（耗氣量）則隨扭矩的增加而減少。同時，空氣是極為可靠的能源，沒有電纜或是電接頭短路等安全隱患。

葉片式氣動馬達——適用于大扭矩應用

馬達的設計中有兩個決定性的因素：所需繞卷的轉速和最大扭矩。在計算最大扭矩時，需要考慮其最大可能的繞卷直徑，即輥筒繞滿時的直徑。繞卷速度也應在繞滿的情況下確定。當輥筒所繞卷材料較少時，輥身直徑較小，馬達可以自動地以更快的速度進行纏繞，纏繞轉速會依據負載（此時的扭矩）進行調整。如果馬達旋轉的過快，則可以通過改變氣體供應、工作壓力或兩者結合的方式進行無級調速來控制轉速。

通過調節氣體供應調節轉速

通過調控氣流量可以靈活地調節馬達的轉速。根據具體的應用情況，有兩種方法可以選擇：進氣節流或排氣節流。通過排氣節流，馬達可以在不顯著降低輸出功率或扭矩的情況下降低轉速。節流閥控制空氣排出從而產生所謂的反壓力或稱之為背壓以降低馬達轉速。

如果想在降低氣動馬達轉速的同時降低輸出功率或扭矩，則建議使用進氣節流的方法。纏卷過程中的另外一個要求在于要始終保持連續材料處于張緊狀態。未達到此目的，氣動氣體必須連續供應。為了減少耗氣量，應采用更低的工作壓力對供應氣體進行節流，以滿足節能需求。

通過調節工作壓力調節轉速

除了通過調節供氣量來調整轉速外，還可以通過調節工作氣壓的方式對轉速進行調整。德派氣動馬達驅動系統的技術數據是在工作壓力為6bar的情況下獲得的。每一臺德派氣動馬達工作氣壓區間為4-6.3bar，以滿足轉速和扭矩的調節需求。對于用作繞卷作業（如繞卷紙材）的大功率馬達，通過減少工作氣壓的方式調節轉速往往能起到很好的效果。例如，如果馬達的輸出功率過大，紙材很有可能在纏繞的過程中撕裂。通過調節進氣量的方式可以減小馬達的輸出功率從而預防撕裂。如采用降低工作壓力的方式，每降低1bar，則扭矩會減少降低17%。如氣動馬達的工作壓力為4bar，則扭矩將會降低33%。

氣動馬達應用在繞卷工藝時，在空載情況下，即使工作氣壓為4bar 時，動力仍較強勁，為了拓寬氣動馬達的扭矩范圍，德派可提供帶彈簧的葉片氣動馬達，所謂“強制啟動葉片”，用這些帶彈簧的葉片，可以驅動馬達在低于1bar的工作氣壓下工作。產品經理Dagmar解釋道：“氣動馬達在運轉過程中，由于離心力的作用，葉片被向外擠壓而產生工作腔，這需要幾分之一秒的時間。如果強制啟動葉片，就是將帶彈簧的葉片被壓向著轉子氣缸壁的方向，從而葉片間形成的工作室彼此密閉，馬達輸出功率的調節范圍幾乎可以實現從0到最大功率的全面覆蓋- 這對繞卷驅動來說是極為理想的應用工況。

氣動馬達系統應用在繞卷驅動過程中有幾大優勢：馬達的功率大；此外，氣動馬達的尺寸僅為電動馬達的1/3，且重量僅為其1/5。

食品工業應用的防爆要求

應用于食品包裝設備時，氣動馬達必須可反復清潔和耐蒸汽。德派高級系列馬達的表面是不銹鋼材質，密封性極好，所以其表面不需要做特殊的外部保護處理。因其極好的密封性，也適合水下環境作業。德派氣動馬達可無油操作，即可以使用無油潤滑氣體供應。同時行星齒輪的氣動馬達使用的潤滑油也是符合食品級安全衛生認證的USDA-H1潤滑油。

德派基本系列和高級系列氣動馬達均通過ATEX防爆認證，這意味著其可以在具有潛在爆炸性的環境下工作。氣動馬達利用解壓氣體冷卻摩擦生熱部件的工作方式使其可以適應嚴苛的工作環境。因而氣動馬達可以在過載和過熱的情況下仍舊保持冷卻，從而避免引燃氣體。內部高壓環境也防止了有害灰塵滲入。

此外，只要配置合適的葉片，可以使用蒸汽對氣馬達進行消毒——這一優勢使其可以應用于醫療技術行業。因而這類動力強勁的馬達驅動系統是有抗震性、耐熱性，防塵需求應用工況的最佳選擇。

小結

隨著食品加工工藝的日益提高，食品包裝的自動化水平也在不斷提升。選擇合適的驅動系統，將能減少工人勞動強度，提升食品包裝設備的效率，從而幫助企業實現高效的生產效率。