YJ19卷煙機供料系統(tǒng)高速軸傳動柔性加工技術(shù)的應(yīng)用

謝文祥，祁紅麗，陳 軍

(重慶煙草工業(yè)公司黔江分廠，重慶 409000)

YJ19卷煙機是由中國煙草總公司于1993年引進(jìn)英國MOLINS公司的生產(chǎn)技術(shù)，許昌煙草工業(yè)機械廠轉(zhuǎn)化設(shè)計、消化吸收、生產(chǎn)制造的高速卷煙設(shè)備。我廠使用該型設(shè)備已有10余年，原7000型設(shè)備均已升級為8000型，應(yīng)用于生產(chǎn)各規(guī)格產(chǎn)品，結(jié)合我廠各牌號來料煙絲的特性和長期統(tǒng)計數(shù)據(jù)積累，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在生產(chǎn)不同來料煙絲產(chǎn)品時一次成品合格率差異明顯。主要表現(xiàn)在:一是設(shè)備高速運行穩(wěn)定性差;二是生產(chǎn)某些牌號規(guī)格產(chǎn)品時空頭空松煙支量和煙支單支質(zhì)量穩(wěn)定性兩方面產(chǎn)生的殘次品較多。為此，采用基于PLC控制的伺服電機柔性控制技術(shù)對供料系統(tǒng)高速軸傳動進(jìn)行了改進(jìn)，通過拓展供料系統(tǒng)高速軸傳動帶寬，適應(yīng)不同來料煙絲和機速正常生產(chǎn)。

一、工作原理及問題分析

YJ19卷煙機供料系統(tǒng)的作用，是為風(fēng)分室提供適量、松散、連續(xù)的煙絲流。在整個供料系統(tǒng)中，煙絲被兩次定量、磁鐵除雜和兩次風(fēng)分去雜，以保證吸絲帶供給需要數(shù)量和良好質(zhì)量的煙絲。來料煙絲在粗、細(xì)鉤子滾筒相互作用完成對供絲量的第二次限料后，在篦箕的護(hù)理下進(jìn)入供料系統(tǒng)高速軸傳動。供料系統(tǒng)高速軸傳動是指彈絲轆、風(fēng)扇轆、集流管和清潔轆4個輥子的傳動。如圖1所示，它由一臺單獨的1400r/min高速軸電機帶動，前3個輥子是實現(xiàn)供料系統(tǒng)第一次風(fēng)分的關(guān)鍵，高速轉(zhuǎn)動可使煙絲充分松散，達(dá)到較好的風(fēng)分效果。

圖1 供料系統(tǒng)高速軸傳動

對于不同類型的煙絲，如烤煙型與混合型、不同葉絲梗絲比例煙絲、在線膨脹煙絲，以及不同切絲寬度煙絲，因來料煙絲卷曲度、松散性、飄懸速度等特性差異，影響風(fēng)分效果及吸絲成形，需要適配合理的高速軸傳動速度，高速軸傳動速度的改變原設(shè)計通過更換帶輪得以實現(xiàn)，有關(guān)帶輪參數(shù)和輥體轉(zhuǎn)速見表1［1］。而在實際生產(chǎn)過程中來料煙絲存在長絲比例偏高，不易松散的特點，同一臺設(shè)備在不同機速下生產(chǎn)不同規(guī)格、不同品牌產(chǎn)品，并未對此進(jìn)行調(diào)整，另外原7000型設(shè)備已升級為8000型后，供絲系統(tǒng)未作升級匹配改進(jìn)，對于不同來料煙絲和不同機速都只有被動適應(yīng)，以至于在生產(chǎn)某些產(chǎn)品時卷接設(shè)備高速運行穩(wěn)定性差，殘次品多，設(shè)備效率發(fā)揮不出來，產(chǎn)品質(zhì)量提不起來，單箱消耗降不下來。

粗、細(xì)鉤子滾筒轉(zhuǎn)速根據(jù)機速按選定傳動比輸送煙絲，供料系統(tǒng)高速軸傳動按固定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，A牌號煙絲回絲率與煙絲結(jié)構(gòu)變化3個回絲率水平實驗間接反映了煙絲耐加工性，實驗結(jié)果統(tǒng)計表2表明:1)卷煙機供料系統(tǒng)整絲率變化率在94% ～96%，造碎并不明顯;2)煙槍出口的煙絲結(jié)構(gòu)差異并不大，回絲率的調(diào)整對卷制過程煙絲整絲率變化率影響并不大。有條件拓展供料系統(tǒng)高速軸傳動帶寬，充分發(fā)揮其松散煙絲、均勻連續(xù)供料的作用。

表1 帶輪參數(shù)和輥體轉(zhuǎn)速

表2 A牌號煙絲回絲率與煙絲結(jié)構(gòu)變化實驗結(jié)果統(tǒng)計(%)

柔性制造技術(shù)是20世紀(jì)中葉發(fā)展起來的一項新技術(shù)，隨著卷煙工業(yè)分組加工技術(shù)的發(fā)展和按客戶訂單組織貨源的變化，行業(yè)越來越關(guān)注柔性制造技術(shù)在卷煙生產(chǎn)中的應(yīng)用。所謂柔性，即靈活性或可變性，系指系統(tǒng)快速響應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化的能力。廣義的柔性包含了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的柔性和設(shè)備實現(xiàn)的柔性兩個方面。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的柔性是實現(xiàn)柔性制造的基本條件和保障，設(shè)備的柔性則是指設(shè)備具有較寬的工藝參數(shù)(能力、溫度、水分、比例等)適應(yīng)范圍，可以實現(xiàn)對物料不同強度的加工［2］。近年來使用伺服技術(shù)的卷接機組驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)成為首選方案［3］，為此，對YJ19卷煙機供料系統(tǒng)高速軸傳動進(jìn)行了改進(jìn)。

二、改進(jìn)方法

針對現(xiàn)有高速軸傳動的特點，確定改進(jìn)原則:1)不改變現(xiàn)有設(shè)備部件布局;2)電機輸出扭矩平穩(wěn);3)控制系統(tǒng)靈敏可靠;4)使用維護(hù)方便;5)設(shè)備高速運行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量得以提高。

(一)設(shè)備改裝

將高速軸電機更換為等同功率、轉(zhuǎn)速的恒功率變頻電機，恒功率變頻電機具有基頻以下是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上是恒功率調(diào)速的特點，變速過程不會改變彈絲轆、風(fēng)扇轆、集流管轉(zhuǎn)矩。PLC安裝入電控柜，分享現(xiàn)有主機機速信號，帶輪參數(shù)和輥體轉(zhuǎn)速選用表1其他項配置。

(二)PLC編程設(shè)計

主機機速與彈絲轆轉(zhuǎn)速關(guān)系如示意圖2，變頻電機輸入頻率為(cx+y1)÷1330×50。由PLC編程控制，彈絲轆轉(zhuǎn)速變化系數(shù)c和彈絲轆初始轉(zhuǎn)速y1通過通訊端口納入人機界面工藝參數(shù)設(shè)置?；诟咚佥S傳動在設(shè)備待機時處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，主機機速為0，這時彈絲轆初始轉(zhuǎn)速y1設(shè)定為900r/min，變頻電機輸入頻率為900÷1330×50≈34(Hz)，變頻電機處于安全使用范圍。設(shè)備正常生產(chǎn)，彈絲轆轉(zhuǎn)速y2取決于主機適時機速x和彈絲轆轉(zhuǎn)速變化系數(shù)c值的大小，c的取值區(qū)間為0.030～0.050，根據(jù)煙絲質(zhì)量特性選擇設(shè)定，越不易松散煙絲取值越大。

圖2 主機機速與彈絲轆轉(zhuǎn)速關(guān)系

(三)設(shè)備調(diào)試及效果驗證

以A牌號煙絲(葉絲∶梗絲=95∶5)為試驗對象，供料系統(tǒng)回絲率調(diào)整為25%。1)c值設(shè)為0，y1值設(shè)為 1120，根據(jù)(cx+y1)÷1330×50計算變頻電機輸入頻率，變頻電機輸入頻率為恒值，彈絲轆轉(zhuǎn)速為1120r/min，恢復(fù)為原設(shè)備參數(shù)配置;2)c值設(shè)為0.040，y1值設(shè)為900，變頻電機輸入頻率隨主機機速變頻，分別在機速4000支/min、6000支/min、8000支/min三個機速生產(chǎn)進(jìn)行試驗，在接裝機出口外排取煙支80支，用綜合測試臺檢測樣品，檢測結(jié)果表3表明煙支單支質(zhì)量控制穩(wěn)定性提高。

表3 改進(jìn)前后煙支單支質(zhì)量檢測結(jié)果對比

清潔轆轉(zhuǎn)速隨變頻電機轉(zhuǎn)速改變在一定范圍內(nèi)有所改變，但不影響清潔效果。

三、結(jié)束語

改進(jìn)后YJ19卷煙機8000支/min生產(chǎn)運行穩(wěn)定，高速軸傳動轉(zhuǎn)速根據(jù)主機機速自適應(yīng)調(diào)整，有利于煙絲松散，提高了供絲連續(xù)性和均勻性，煙支單支質(zhì)量控制超調(diào)和振蕩現(xiàn)象減弱，單支質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差減小。換牌號根據(jù)來料煙絲特性設(shè)定PLC參數(shù)，還原原來設(shè)備配置只需將c值設(shè)為0，y1值設(shè)為1120，不需機修工更換齒輪，調(diào)整方便快捷，省時省力，有利于卷煙產(chǎn)品生產(chǎn)精細(xì)化加工、智能化控制。

［1］編寫組.YJ19－YJ29卷接機組［M］.北京:北京出版社，2000.

［2］羅登山，陳良元，楊忠文，等.關(guān)于卷煙柔性制絲的幾點思考［J］.煙草科技，2010(1):5.

［3］王飛，周密，曾海苓，等.基于卷接機組運動狀態(tài)的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)方法［J］.煙草科技，2008(12):27.