ปั๊มเฟืองเซอร์โวในเครื่องบรรจุทำงานอย่างไร และต้องดูแลอย่างไร

ถ้าเปิดสเปกเครื่องบรรจุของเหลวสมัยใหม่ จะเจอคำว่า “ปั๊มเฟืองเซอร์โว” หรือ “Servo Gear Pump” อยู่บ่อย ๆ พร้อมราคาที่สูงกว่าเครื่องแบบลูกสูบลมพอสมควร คำถามที่ตามมาคือ ข้างในมันทำงานอย่างไร ทำไมถึงแม่นกว่า และมีข้อควรระวังอะไรบ้างในการใช้งานจริง

บทความนี้จะเปิดดูกลไกข้างในกันแบบละเอียด ตั้งแต่หลักการทำงาน ไปจนถึงวิธีดูแลรักษาที่ทำให้เครื่องอยู่กับเราได้นาน

เครื่องบรรจุของเหลว HD-SGP1 พร้อมถังพักวัตถุดิบ 40 ลิตร และสายพานลำเลียง 1.8 เมตร

ปั๊มเฟืองทำงานอย่างไร

ปั๊มเฟืองเป็นปั๊มประเภท Positive Displacement คือปั๊มที่ “กวาด” ของเหลวออกไปเป็นปริมาตรที่แน่นอนต่อรอบการหมุน ต่างจากปั๊มหอยโข่งที่เหวี่ยงของเหลวออกไปด้วยแรงเหวี่ยง ซึ่งปริมาณจะเปลี่ยนตามแรงต้านปลายทาง

ภายในหัวปั๊มมีเฟืองสองตัววางขบกันอยู่ในโพรงที่พอดีตัว ตัวหนึ่งเป็นเฟืองขับที่ต่อกับเพลามอเตอร์ อีกตัวเป็นเฟืองตาม เมื่อเฟืองขับหมุน เฟืองตามก็หมุนสวนทางกัน

ด้านดูด — ตรงจุดที่ฟันเฟืองสองตัวแยกออกจากกัน เกิดช่องว่างขึ้น ทำให้ความดันลดลงและของเหลวไหลเข้ามาเติมช่องว่างนั้น
ช่วงลำเลียง — ของเหลวถูกกักอยู่ในร่องระหว่างฟันเฟืองกับผนังโพรง แล้วถูกพาไปตามการหมุนของเฟือง
ด้านจ่าย — ตรงจุดที่ฟันเฟืองกลับมาขบกันอีกครั้ง ฟันจะเข้าไปแทนที่ของเหลวในร่อง ดันของเหลวออกทางท่อจ่าย

หัวใจอยู่ตรงนี้ — ปริมาตรที่ถูกกวาดออกไปต่อการหมุนหนึ่งรอบเป็นค่าคงที่ กำหนดโดยขนาดของร่องฟันเฟืองและความกว้างของเฟือง ไม่เปลี่ยนตามแรงดันขาเข้า ไม่เปลี่ยนตามระดับของเหลวในถัง ไม่เปลี่ยนตามแรงดันลมในระบบ ตราบใดที่เฟืองยังหมุนครบรอบ ของเหลวก็ออกมาเท่าเดิม

แล้วมอเตอร์เซอร์โวเข้ามาเกี่ยวตรงไหน

ถ้าปริมาณผูกกับจำนวนรอบหมุน สิ่งที่ต้องควบคุมให้แม่นคือ “หมุนไปกี่รอบ” ซึ่งเป็นงานของ มอเตอร์เซอร์โว

มอเตอร์เซอร์โวต่างจากมอเตอร์ทั่วไปตรงที่มี เอนโคเดอร์ ติดอยู่ที่ปลายเพลา คอยอ่านตำแหน่งการหมุนจริงแล้วส่งกลับไปให้ตัวขับ (Servo Driver) เปรียบเทียบกับคำสั่งที่ได้รับ ถ้าหมุนไม่ถึงก็เร่งเพิ่ม ถ้าเกินก็ชะลอ ทำงานเป็นวงจรป้อนกลับหลายพันครั้งต่อวินาที

ผลคือเมื่อ PLC สั่งว่า “หมุน 3.75 รอบ” มอเตอร์จะหมุนไป 3.75 รอบจริง ๆ ไม่ใช่ 3.7 หรือ 3.8 ความละเอียดระดับนี้แปลตรงเป็นความแม่นยำของปริมาณที่บรรจุ ซึ่งอยู่ที่ 0.5–1%

ฟังก์ชันดูดกลับ (Suck-back)

เพราะมอเตอร์เซอร์โวหมุนย้อนกลับได้ตามสั่ง ระบบจึงทำสิ่งที่ปั๊มธรรมดาทำไม่ได้ คือเมื่อจ่ายของเหลวครบตามปริมาณแล้ว สั่งให้เฟืองหมุนถอยกลับเล็กน้อยเพื่อดูดของเหลวที่ค้างอยู่ในหัวจ่ายกลับเข้าไป

ประโยชน์ที่ได้ไม่ใช่แค่ความสะอาด แต่รวมถึงความแม่นยำด้วย เพราะหยดที่ค้างปลายหัวจ่ายคือของเหลวที่ไม่รู้ว่าจะตกลงขวดนี้หรือขวดหน้า ซึ่งเป็นแหล่งความคลาดเคลื่อนที่ควบคุมยาก การดูดกลับตัดตัวแปรนี้ทิ้งไป

ควบคุมด้วย PLC Mitsubishi และหน้าจอสัมผัส Weinview ตั้งค่าปริมาณเองได้

เทียบกับระบบลูกสูบนิวเมติกแบบตรงไปตรงมา

หัวข้อ	ลูกสูบนิวเมติก	ปั๊มเฟืองเซอร์โว
ตัวกำหนดปริมาณ	ระยะชัก + แรงดันลม	จำนวนรอบหมุนของเฟือง
ความแม่นยำทั่วไป	ประมาณ 1–3%	0.5–1%
ผลจากแรงดันลมแกว่ง	มีผลโดยตรง	ไม่มีผล
ผลจากระดับของเหลวในถัง	มีผล	ไม่มีผล
เปลี่ยนช่วงปริมาณกว้าง ๆ	ต้องเปลี่ยนกระบอกสูบ	ปรับที่หน้าจอ
หยดตามหลัง	ต้องใช้หัวตัดหยดช่วย	ดูดกลับด้วยการถอยเฟือง
ของเหลวที่มีเม็ด/เนื้อหยาบ	ทำได้ดีกว่า	ไม่เหมาะ ติดร่องเฟือง
ราคา	ถูกกว่า	สูงกว่า
ความซับซ้อนในการซ่อม	กลไกล้วน ช่างทั่วไปซ่อมได้	ต้องเข้าใจระบบเซอร์โวและ PLC

สรุปสั้น ๆ คือ ถ้าของเหลวใสถึงข้นปานกลาง ต้องการความแม่นสูง และมีหลายขนาดบรรจุ ปั๊มเฟืองเซอร์โวคุ้มกว่า แต่ถ้าของเหลวมีเนื้อหยาบหรือเม็ดผสม และยอมรับความคลาดเคลื่อนได้ ลูกสูบยังเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าและถูกกว่า

เครื่องบรรจุของเหลว ปั๊มเฟืองเซอร์โว หัวเดียว บรรจุ 5-2000 มล. 60 ขวดต่อนาที

ข้อควรระวังในการใช้งานจริง

อย่าเดินปั๊มตอนไม่มีของเหลว

นี่คือข้อผิดพลาดที่ทำให้หัวปั๊มพังเร็วที่สุด ปั๊มเฟืองอาศัยของเหลวที่กำลังปั๊มเป็นตัวหล่อลื่นระหว่างฟันเฟืองกับผนังโพรง ถ้าเดินเปล่าโดยไม่มีของเหลว เฟืองจะเสียดสีกับผนังโดยตรง เกิดความร้อนและรอยขูดถาวรภายในไม่กี่วินาที ทำให้ระยะช่องว่างเปลี่ยน และความแม่นยำก็หายไปตลอดกาล

ในทางปฏิบัติแปลว่า ตรวจให้แน่ใจว่าถังพักมีของเหลวก่อนกดเดินเครื่องเสมอ และเมื่อล้างเครื่อง อย่าปล่อยให้ปั๊มหมุนหลังจากของเหลวไหลออกหมดแล้ว

ระวังเศษของแข็งหลุดเข้าไป

ระยะช่องว่างระหว่างฟันเฟืองกับผนังโพรงแคบมากในระดับไม่กี่ร้อยไมครอน ถ้ามีเศษของแข็งหลุดเข้าไป เช่น เศษผลึกของสารที่ตกตะกอน เศษฉลาก หรือเศษพลาสติกจากถัง ก็จะขูดผิวเฟืองเสียหาย ควรมีตะแกรงกรองที่ปากถังพัก และควรกรองวัตถุดิบก่อนเทลงถังทุกครั้ง

ล้างทันทีเมื่อเลิกใช้ อย่าปล่อยแห้งคาเครื่อง

ของเหลวที่แห้งติดอยู่ในหัวปั๊ม โดยเฉพาะสูตรที่มีสารก่อฟิล์มหรือน้ำตาล จะแข็งตัวจนเฟืองหมุนไม่ออก การฝืนเดินเครื่องตอนนั้นทำให้เพลาหรือเฟืองเสียหายได้ ควรล้างด้วยน้ำอุ่นทันทีหลังเลิกใช้งาน โดยเดินปั๊มขณะที่มีน้ำล้างไหลผ่านอยู่

ตรวจซีลตามรอบ

ซีลที่กันของเหลวรั่วออกทางเพลาเป็นชิ้นส่วนสิ้นเปลืองที่มีอายุการใช้งาน สังเกตว่ามีของเหลวซึมบริเวณเพลาหรือไม่ ถ้าเริ่มซึมควรเปลี่ยนก่อนที่ของเหลวจะเข้าไปถึงแบริ่ง

ระบบเติมวัตถุดิบอัตโนมัติเข้าถังพัก 40 ลิตร ไม่ต้องคอยยกถังมาเทเติม

ส่วนอื่น ๆ ในเครื่องที่ทำงานร่วมกัน

ปั๊มเฟืองเซอร์โวเป็นแค่ส่วนตวงของเหลว ในเครื่องบรรจุแบบสายพานเต็มรูปแบบยังมีระบบอื่นที่ต้องทำงานประสานกัน

PLC — สมองที่คุมลำดับการทำงานทั้งหมด รับสัญญาณจากเซนเซอร์ สั่งกระบอกลม สั่งเซอร์โว นับจำนวนขวด
หน้าจอสัมผัส (HMI) — ส่วนที่ผู้ใช้ตั้งค่าปริมาณ ความเร็ว และจังหวะหน่วง รวมถึงบันทึกสูตรไว้เรียกใช้ซ้ำ
เซนเซอร์แสง — ตรวจจับว่าขวดวิ่งมาถึงตำแหน่งหัวบรรจุแล้ว
กระบอกลม — ดันตัวหยุดขวดให้นิ่งระหว่างบรรจุ และยกหัวบรรจุขึ้นลง
ระบบเติมวัตถุดิบอัตโนมัติ — เซนเซอร์ระดับในถังพักสั่งดูดของเหลวจากถังใหญ่มาเติมเองเมื่อระดับลดลง ทำให้เดินเครื่องได้ยาวโดยไม่ต้องมีคนคอยเติม

เวลาเลือกซื้อเครื่อง จึงควรถามยี่ห้อของชิ้นส่วนเหล่านี้ด้วย ไม่ใช่ดูแค่หัวปั๊ม เพราะถ้า PLC หรือหน้าจอเป็นของที่หาอะไหล่ไม่ได้ เครื่องก็จอดได้เหมือนกัน แบรนด์ที่หาอะไหล่ง่ายในไทยคือ Mitsubishi, Omron, Airtac, Delixi และ Meanwell

เครื่องบรรจุปั๊มเฟืองเซอร์โว หัวเดียว รุ่น HD-SGP1

ปั๊มเฟืองสแตนเลส ปากปั๊ม 32 มม. ขับด้วยมอเตอร์เซอร์โว 0.75 kW แม่นยำ 0.5–1%
บรรจุได้ 5–2,000 มล. ปรับจากหน้าจอสัมผัส ไม่ต้องเปลี่ยนอะไหล่
กำลังผลิต 60 ขวด/นาที ที่ปริมาณไม่เกิน 100 มล.
ระบบเติมวัตถุดิบอัตโนมัติ เข้าถังพักสแตนเลส 40 ลิตร
สายพานลำเลียงในตัวยาว 1.8 เมตร กว้าง 15 ซม. มีแผงกั้นข้าง
รองรับขวดสูง 30–200 มม. ปากขวด 15–100 มม. สั่งทำตามขวดที่ใช้อยู่ได้
PLC Mitsubishi · หน้าจอสัมผัส Weinview · เซนเซอร์ Omron · กระบอกลม Airtac
ส่วนสัมผัสวัตถุดิบ สแตนเลส 304 / ซิลิโคนเกรดอาหาร
ไฟบ้าน 220V 50Hz กำลังไฟรวมน้อยกว่า 2.5 kW · แรงดันลม 0.4–0.6 MPa
ขนาดเครื่อง 1800 × 850 × 1400 มม. · น้ำหนัก 150 กก. มีล้อเลื่อนในตัว

สรุป

ความแม่นยำของปั๊มเฟืองเซอร์โวไม่ได้มาจากเทคโนโลยีลึกลับ แต่มาจากการเปลี่ยนตัวแปรที่ใช้กำหนดปริมาณ จาก “แรงดัน” ซึ่งควบคุมยาก ไปเป็น “จำนวนรอบหมุน” ซึ่งควบคุมได้แม่นด้วยมอเตอร์เซอร์โว เมื่อเข้าใจหลักการนี้แล้วก็จะเข้าใจทั้งข้อดีและข้อจำกัดของมัน คือแม่นมากกับของเหลวใสถึงข้นปานกลาง แต่ไม่เหมาะกับของเหลวที่มีเนื้อหยาบหรือเม็ดผสม และต้องดูแลไม่ให้เดินเปล่าหรือปล่อยแห้งคาเครื่อง

ต้องการดูวิดีโอการทำงานจริง ขอทดสอบกับผลิตภัณฑ์ของท่าน หรือสอบถามเรื่องการสั่งทำสายพานให้พอดีกับขวดที่ใช้อยู่ ติดต่อได้ที่ LINE : @PYCM