【可研报告】4G在线监测双螺杆ABA三层共挤吹膜机

2018年度市科技创新项目申报材料“4G在线监测双螺杆ABA三层共挤吹膜机”项目可行性研究报告及经费概算二○一七年九月一、目符合项目申报指南一、4.3（《2018年度市工业科技创新项目申报指南》/一、机械方向/4.3面向节材、轻量化、环境友好型高分子材料成型加工制造装备）。

二、立项背景与意义随着塑料薄膜的应用越来越广泛，单一塑料薄膜已经不能满足生产中薄膜包装材料一些特殊性能的需要（如透气、防水、保温及韧性等），需要多种性能物料共挤在一起，形成多功能的塑料薄膜，以发挥多种材料的优点，规避单种材料或者单层膜的一些缺点。

目前市面上仍以低端的吹膜机居多，其温度控制系统大多选择温控表与接触器组合的方式，在系统运行过程中，接触器经常在大电流通断的环境下运行，导致其故障率非常高，而且每个温控表只能控制独立的一段温度，造成很多温控表散落在各处，操作非常不便。

大多数的主控制电路采用继电器互锁的形式，线路复杂、可靠性不高、维护维修难度极大。

生产厂家必须为如此落伍的设备配置多名员工进行操作和维护，维修停机时间长、零配件损耗高等问题突出。

本项目“4G在线监测双螺杆ABA三层共挤吹膜机”使用一台三层共挤模具，主机部分仅有两根螺杆为外、中、内三层供料，这种供料方式将节省一台挤出机由此可降低购机、磨损、电力、人工、占地空间等各项成本，自主开发的4G在线监测系统可使5台作为一个工作组，由一位工人安排生产，自动化程度高，人工耗费少，故障率低。

项目产品在生产HDPE、LDPE和LLDPE材料，都有着独特的优势，通过多层共挤改善了薄膜的物理强度，其两台主机供应三层挤出，一台提供内外涂料层，另一台供应内部填充层，可以减少一台主机的配置，达到降低成本，节能低耗的目的。

同时，内部填充层可以添加回收料和碳酸钙其总比超过总量的80%以上，可以大大降低生产过程中的原料成本。

三、国内外研究现状与发展趋势近年来多层共挤技术倍受中国软包装生产企业的青睐，不仅在物料组合、配方研究以及模头的设计、制造方面取得成效，而且在推动共挤出复合成膜技术的创新方面，也获得一定进展。

随着多层共挤复合薄膜成为包装市场的新宠，该种产品的生产设备也就随之成为市场的开发热点。

目前多层共挤吹塑设备的发展现状和趋势为：①吹塑薄膜层数逐渐增加，整条生产线采用模块化设计，全自动化计算机闭环控制，实现远程通讯；②共挤模头采用平面叠加模头和低形体模头；③风环都采用多种形式的自动风环，同时配内冷系统；④牵引系统采用360度水平和垂直往复旋转系统，但结构上有多种形式；⑤卷取装置采用表面卷取、中心翻转卷取和间隙卷取等多种自动卷取形式；⑥辅助设备包括计量称重喂料系统、纠偏装置、电晕处理装置、自动装卸膜卷装置和在线测厚装置等。

在生产多层共挤塑料薄膜时，一个机头往往需要两条挤料螺杆给吹膜模头进行供料，两个机头就至少需要四条挤料螺杆。

不仅如此，现有吹膜机的其它设计也不尽合理，因此设备结构不简单紧凑，占地空间大，同时上牵引部件，不能很好满足牵引需要，影响吹膜产品质量。

本项目在全面了解国内外吹膜机发展现状的基础之上，积极引进国外先进技术进行升级，采用西门子S7-200 PLC作为吹膜机的核心控制设备，科创思PID控制模块作为温度控制的关键设备，西门子Smart 1000IE触摸屏作为吹膜的人机交互界面，台达VFD-CP2000系列变频器作为挤出电机的变频调速设备，台达VFD-E系列变频器作为其他辅助电机的变频调速设备。

针对中高端吹膜机提出的操作简便、维护维修方便和人机交互友好的要求，开发设计出一套完整实用的基于4G网络的吹膜机在线检测系统，确保吹膜机工作的稳定性、可靠性和智能性，并充分利用了西门子S7-200 PLC 控制系统强大的逻辑控制功能和良好的稳定性。

四、项目主要研究内容、关键技术与创新点4.1 项目主要研究内容本项目机械设计：包括有机架、吹膜机构、牵引机构及收卷机构。

吹膜机构包括挤出模头、A进料部件及B进料部件，挤出模头具有三层出膜口，分别为由A料加工的第一层、B料加工的第二层以及A料加工的第三层，A进料部件和B进料部件均包括有料斗、挤出通道及设置在挤出通道内的挤出螺杆，挤出通道前端与料斗连接，挤出通道的后端与挤出模头连接，挤出螺杆采用合金材质，合金材质硬度高，使粒子充分有效的得到挤压碾磨，出料更加均匀平缓。

收卷机构包括有收卷部件、换卷部件及将换卷部件上的换卷轴送至收卷部件上的送卷部件，收卷部件包括有送膜滚筒、收料架、置于收料架上的收卷轴及带动收料架摆动的动力源，送卷部件包括有送卷架及带动送卷架转动的动力源，换卷部件包括有换卷架及带动换卷架摆动的动力源，动力源均可以采用气缸。

牵引机构、收卷机构及挤出模头均设置有两组，两组牵引机构和收卷机构均并排设置，在吹膜工况时，两个挤出模头挤出的两组薄膜分别由各自的牵引机构被输送至其收卷机构处收卷。

项目产品工艺特点：A料和B料分别由A料斗和B料斗进入，经挤出通道内的挤出螺杆挤压，由挤出模头挤出，挤出的薄膜经牵引机构牵引，将薄膜输送至收卷机构，由收卷机构的收卷轴进行收卷，收卷轴收卷完成后，将薄膜切断，气缸推动收卷架摆动，将收卷轴置于地面上或工作台上，由人工进行收集，而后气缸带动收卷架复位，而此时送卷架在其气缸带动下向换卷架转动，换卷架摆动使其上的换卷轴置于送卷架上，而后，送卷架反向转动，使其靠向收卷架，并将送卷架上的换卷轴置于收卷架上进行收卷工作，如此完成自动换卷，继而继续进行收卷工作。

4.2 项目关键技术整机框架本项目发明了双螺杆ABA三层共挤吹膜机结构，将吹膜机构与两组牵引机构及收卷机构有机结合，实现了一机两工位，即吹膜机构采用双出膜，分别经各自的牵引机构牵引输送，最后再由各自的收卷机构实现自动收卷，生产效率提高了一倍，体积与两台设备相比则要小，运输更加方便，成本更低，便于用户安置，不仅适用于大型企业，也适用于中小型企业。

4.3 项目创新点（1）创新设计了吹膜头结构，包括模筒、模盖、模芯头及模芯，模芯头的前部与模盖之间形成吹膜流道，薄膜就从该吹膜流道吹出，为了吹出三层薄膜，将模芯设计成三段式圆台阶结构，其中模芯的上圆台与模芯头固定连接，中圆台上设有内模筒，内模筒套在上圆台外，内模筒上端与模芯头之间形成中间隙，内壁与上圆台之间形成第一流道，内模筒外套有外模筒，外模筒下端置于下圆台上，上端与模芯头之间形成下间隙，内壁与外模筒之间形成第二流道，外表面与模筒内壁之间形成第三流道，下间隙、中间隙与吹膜流道形成主流道，第一流道、第二流道以及第三流道与主流道连通，即第一流道、第二流道以及第三流道经中间隙与下间隙流入吹膜流道，最终从吹膜流道吹出三层薄膜。

为了方便注塑螺杆接入，模芯内具有三段式圆柱式注塑腔，上注塑腔通过第一通孔与第一流道连通，中注塑腔通过第二通孔与第三流道连通，而下注塑腔通过第三通孔与第二流道连通，模芯的三段式圆柱式注塑腔有助于与两条注塑螺杆连接，两个注塑螺杆的好处是内中层薄膜的材料源于一条螺杆，这样能使吹出的薄膜更加均衡。

流道座是一种连接吹膜头与进料螺杆的连接件，作为中间的连接件，流道座可以更方便连接吹膜头与进料螺杆的拆装，而且使各部件的连接密封性更好。

本项目流道座包括有座体与主体，座体的左右侧分别具有第一进料孔与第二进料孔，而主体具有进料通孔，主体的进料通孔与第一进料孔相通，主体与座体之间具有进料环槽，进料环槽与第二进料孔相通。

从座体的第一进料孔与第二进料孔进入的物料就分别流经进料通孔与进料环槽，而进料通孔与进料环槽内的物料又分别流入到吹膜头内，吹膜头最终实现吹膜。

（2）创新设计了塑料薄膜的收卷机构。

通过传动组件带动中心轴和主动滚筒转动，主动滚筒和被动滚筒配合对薄膜进行牵引，收卷架上的收卷轴进行收卷工作，待收卷轴收满后，薄膜切断，收卷架将收卷轴置于地面上或工作台上，由人工进行收集，而后复位，而此时气缸推动送卷架以中心轴为中心向换卷架转动，换卷架摆动使其上的换卷轴置于送卷架上，而后，气缸拉动送卷架反向转动，使其靠向收卷架，并将送卷架上的换卷轴置于收卷架上进行收卷工作，完成自动换卷。

中心轴通过传动组件与电机连接，减少对中心轴的损伤，避免中心轴断裂；送卷架通过轴承安装在中心轴上，提高送卷架与齿轮一及主动滚筒的同心度，使得换卷更加稳定，减少磨损，延长使用寿命。

（3）4G网络在线监测控制系统设计。

在系统内设计七个温度控制区，每个温区配置制冷风机，每一个温区有独立的温度加热，制冷控制开关，当温度过高时开启风机制冷；监测系统具有温度记忆功能，可以记录二十组不同的温度设定值，根据不同情况自动优选方案调出使用；逻辑动作有油泵启停、牵引辊压紧放松、人字板上升下降、风机启停及模转启停控制，保证吹膜机工作的稳定性、可靠性和智能性。

通过4G网络采集的设备运行信息将随时被管理员（维护人员）调用，因此设备的运行状态随时都在管理员掌握之中，发现设备有异动，管理员可以通过手机直接对设备进行维护和升级，提高故障的检测和处理能力，同时设备的生产数据还可以传送到管理员，用于大数据分析。

五、项目预期目标5.1 技术指标序号技术指标技术参数1 螺杆直径50mm×22 螺杆长径比30:13 主驱动电机15kw×24 模头直径150mm5 最大折径800mm6 薄膜单面厚度0.01～0.10mm7 挤出产量60～90kg/h8 牵引速度30～100m/min5.2 经济指标（1）销售收入：550万元/年；（2）利润总额：60万元/年；（3）新增税收：40万元/年；（4）出口创汇：30万元/年。

5.3 社会效益目前石油及新料价格不断攀升。

使用再生料和填充碳酸钙可以大大减低购买新料的成本。

项目产品“4G在线监测双螺杆ABA三层共挤吹膜机”采用西门子作为吹膜机的核心控制设备，科创思PID控制模块作为温度控制的关键设备，西门子Smart 1000IE 触摸屏作为吹膜的人机交互界面，台达VFD-CP2000 系列变频器作为挤出电机的变频调速设备，台达VFD-E 系列变频器作为其他辅助电机的变频调速设备，针对中端吹膜机提出的操作简便、维护维修方便和人机交互界面友好的要求，开发设计出一套完整实用的基于4G网络的吹膜机在线检测系统，科学合理自动化的保证吹膜机工作的稳定性、可靠性和智能性。

本项目“ABA双螺杆双机头吹膜机”使用A层输出内外两层的涂料层，可使生产的薄膜表面光滑明亮，抗拉伸性强，满足工业、民用的使用标准。

内层使用超过涂料层4倍总量的再生原料和碳酸钙填充，其生产的薄膜品质大大优于普通单层处理方式且较三层机械更少的购机成本，以此方式节省生产过程中购买原料和购机成本，并且提高品质优势。

项目产品充分利用了西门子S7-200 PLC 强大的逻辑控制功能、高效可靠性、良好的稳定性和性价比高、环境适应性强的特点，它的开发成功促进了我国多层共挤吹膜设备生产水平的进一步发展，提高了国产化水平。