垂直傾斜切片機(jī)切片厚度控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

陳秋榮，郭劍華

龍巖煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建省龍巖市新羅區(qū)乘風(fēng)路1299號 364000

在卷煙制絲生產(chǎn)中，切片是指開箱后的煙包被分切成若干塊片煙的加工過程［1］。由于加工過程中片煙的物理結(jié)構(gòu)和內(nèi)在品質(zhì)未發(fā)生變化，大多數(shù)企業(yè)沒有把切片厚度作為關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行管理控制。當(dāng)出現(xiàn)切片厚薄不均時，通過電子皮帶秤的控制可消除流量波動，保證松片回潮時片煙流量的穩(wěn)定［2］。但對于垂直傾斜切片機(jī)，切片厚薄不均會引起電子秤上的物料中斷，造成松片回潮生產(chǎn)斷斷續(xù)續(xù)，影響增溫加濕效果［3］。目前普遍做法是定期調(diào)整切片機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，以保證切片機(jī)始終在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，但由于分切后切片厚度變化波動大，無法通過調(diào)整參數(shù)達(dá)到均勻穩(wěn)定。為此，利用平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)的擺動原理，對垂直傾斜切片機(jī)切片厚度控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，以提高松片回潮工序的來料穩(wěn)定性。

1 存在問題

垂直傾斜切片機(jī)主要由推料板、送料皮帶、切片刀、擋料板、切片臺、導(dǎo)料板和機(jī)架等部分組成，見圖1。其中，推料板1由兩個平行四邊形機(jī)構(gòu)組成的雙搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動，可以90°轉(zhuǎn)動，當(dāng)煙包通過時推料板抬起，煙包到位后放下；送料皮帶2傾斜設(shè)計，切片時切片刀3垂直送料皮帶進(jìn)行分切；擋料板4 由平行四邊形雙搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動，可以前后移動；切片臺5 是一個擺動機(jī)構(gòu)，可以繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，切片時切片臺放下，片煙落下時抬起。

圖1 垂直傾斜切片機(jī)結(jié)構(gòu)圖

在生產(chǎn)過程中，切片機(jī)的工作流程為:①在雙搖桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下逆時針轉(zhuǎn)動90°抬起推料板，并抬起切片刀，放下切片臺，擋料板停留在設(shè)定位置，然后煙包被輸送到送料皮帶，由送料皮帶將煙包輸送到切片位置，直至抵住擋料板。②順時針轉(zhuǎn)動90°放下推料板，由推料板和擋料板將煙包固定在設(shè)定位置，完成分切前的準(zhǔn)備工作。開始分切時，切片刀下壓，擋料板后退，分切后切片刀和切片臺抬起，片煙落入導(dǎo)料板。③切片臺回位放下，擋料板向前移動到設(shè)定位置，煙包繼續(xù)由送料皮帶輸送直至抵住擋料板，推料板隨之一起向前移動，完成第二次分切前的準(zhǔn)備工作。以此類推，直至完成整個煙包分切［4］。在此過程中，片煙按設(shè)計要求自由落下，并連續(xù)不斷地鋪設(shè)在電子秤上，以保證對松片回潮機(jī)的穩(wěn)定連續(xù)供料。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，片煙經(jīng)常無法連續(xù)地鋪設(shè)在電子秤上，使松片回潮機(jī)的供料出現(xiàn)中斷，影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

2 問題分析

觀察發(fā)現(xiàn)，松片回潮機(jī)供料中斷主要是由于片煙沒有完全落下，造成部分殘留片煙阻礙切片臺的正常放下，被夾在送料皮帶和切片臺之間，使系統(tǒng)無法及時完成下一次分切的準(zhǔn)備工作。此時，系統(tǒng)需轉(zhuǎn)換為手動操作模式，由人工手動操作抬起切片臺，將殘留片煙清理出來，再轉(zhuǎn)換為自動模式繼續(xù)進(jìn)行分切生產(chǎn)。在此過程中，如果操作人員處理不及時，就會造成片煙在電子秤上的排列出現(xiàn)間斷，使松片回潮機(jī)的供料中斷。

這種情況通常發(fā)生在煙包的最后一塊片煙中，且該塊片煙厚度較厚。這是因?yàn)榍衅瑱C(jī)的切片厚度都采用等分法計算控制［5］，即先把每箱煙包分成若干等分，再利用編碼器或接近開關(guān)的定位控制把煙包分段輸送到分切位置進(jìn)行分切［6］。分切后，單箱煙包各塊片煙的分切厚度偏差都會累積到最后一塊片煙。假設(shè)分為5 次分切，當(dāng)每次分切都是負(fù)偏差時，前4 塊片煙都小于設(shè)定厚度，第5塊片煙則會遠(yuǎn)大于設(shè)定厚度［7］。在垂直傾斜切片機(jī)中造成分切負(fù)偏差的因素很多，如推料板步進(jìn)控制、送料皮帶傾斜設(shè)計、切片刀刀刃非對稱設(shè)計、擋料板定位以及接近開關(guān)的檢測方式等。其中，擋料板定位和接近開關(guān)的檢測方式是關(guān)鍵因素。擋料板采用平行四邊形搖桿放大費(fèi)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動［8］，見圖2。其動力采用帶電-氣閥門定位器的定位氣缸驅(qū)動，搖桿比連桿架A 和連桿架B 短，工作時擋料板在慣性作用下會由于傳動機(jī)構(gòu)中的壓縮空氣產(chǎn)生晃動，同時電-氣閥門定位器在定位過程中的振蕩也會加劇擋料板的晃動。當(dāng)煙包在供料進(jìn)給時，擋料板晃動會使煙包提前停止送料，使分切產(chǎn)生負(fù)偏差。另外，煙包到位采用接近開關(guān)側(cè)向檢測方式，接近開關(guān)固定在擋料板背面，當(dāng)煙包到位時推動擋料板上的彈簧板，安裝在彈簧板上的檢測塊發(fā)生位移以達(dá)到檢測目的。當(dāng)煙包的送料狀態(tài)欠佳時，彈性檢測塊位移量不足，分切就會產(chǎn)生負(fù)偏差。雖然將每次分切的位移量都控制在設(shè)計范圍內(nèi)，但累積后最后一塊片煙的厚度就遠(yuǎn)大于設(shè)定指標(biāo)，超出設(shè)備的控制范圍。因此，垂直傾斜切片機(jī)煙包定位穩(wěn)定性差是造成松片回潮機(jī)供料中斷的主要原因。

圖2 擋料板傳動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

3 設(shè)計方法

為提高垂直傾斜切片機(jī)煙包定位的穩(wěn)定性，針對擋料板定位過程產(chǎn)生的晃動和煙包到位檢測的不確定性，對系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

3.1 擋料板定位

原系統(tǒng)采用定位氣缸通過平行四邊形搖桿放大費(fèi)力機(jī)構(gòu)對擋料板進(jìn)行傳動和定位。為提高擋料板定位的穩(wěn)定性，在擋料板背面增設(shè)了輔助定位氣缸（圖2），可沿著煙包輸送方向伸縮工作。輔助定位氣缸在傳動機(jī)構(gòu)中具有兩個作用:一是協(xié)助原定位氣缸為傳動機(jī)構(gòu)提供動力，防止煙包到位撞擊造成定位不準(zhǔn)確；二是協(xié)助原定位氣缸快速定位，縮短擋料板的定位響應(yīng)速度。輔助定位氣缸通過一個二位五通閥控制［9］，只有當(dāng)擋料板定位時，二位五通閥才得電工作，活塞桿向外伸出，其余情況都處于自由狀態(tài)。在自由狀態(tài)下輔助定位氣缸起阻尼作用，擋料板的傳動和定位均由定位氣缸控制。通過調(diào)節(jié)輔助定位氣缸活塞桿上的伸縮螺栓，縮短氣缸的伸縮量，可增大煙包的分切厚度。

3.2 煙包到位檢測

煙包到位采用上下兩個電感式接近開關(guān)進(jìn)行側(cè)向檢測。在額定工作距離內(nèi)，彈性檢測塊有0～30 mm 的工作行程。在其工作行程內(nèi)，只要接近開關(guān)檢測到彈性檢測塊，煙包就停止輸送，定位在某一個位置，因此原檢測方式具有不確定性。為此，系統(tǒng)增加了延時控制功能［10］（圖3），通過試驗(yàn)觀察煙包到位時輕微撞擊擋料板，即可確定延時時間（約0.8 s），并可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。延時后，煙包定位通過擋料板和接近開關(guān)共同完成，以確保擋料板在煙包定位過程中起到阻擋作用。

圖3 煙包到位檢測延時電氣控制圖

4 結(jié)語

垂直傾斜切片機(jī)切片厚度控制系統(tǒng)改進(jìn)后，有效改善了煙包分切效果。由圖4 可知，改進(jìn)后電子皮帶秤變頻器的工作曲線波動更小，說明切片厚度更加均勻穩(wěn)定。

圖4 改進(jìn)前后電子皮帶秤變頻器工作曲線

通過改進(jìn)煙包定位控制方法，有效解決了擋料板定位過程中產(chǎn)生晃動和煙包到位檢測的不確定性問題，提高了煙包分切厚度的均勻性和穩(wěn)定性，松片回潮機(jī)供料中斷次數(shù)由改進(jìn)前的15次/月降低為2次/月，保證了松片回潮機(jī)來料的穩(wěn)定性。

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