ZB45 包裝機(jī)組自動(dòng)儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置的設(shè)計(jì)

蔡洪江，周詩(shī)華，張 華，李 超，宋 宇，吳傳緒

貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司畢節(jié)卷煙廠，貴州省畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)濱河?xùn)|路 551700

ZB45 包裝機(jī)組是從意大利GD 公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)化卷煙包裝設(shè)備，主要生產(chǎn)常規(guī)卷煙和細(xì)支卷煙［1］。該機(jī)組由主機(jī)部分（YB45 硬盒包裝機(jī)）與輔機(jī)部分（YB55 盒外透明紙包裝機(jī)、YB65硬條包裝機(jī)、YB95 條外透明紙包裝機(jī)）組成，通過煙包輸送通道對(duì)合格煙包進(jìn)行傳遞，煙包輸送通道在生產(chǎn)中起到運(yùn)輸和存儲(chǔ)作用［2-3］。但由于現(xiàn)場(chǎng)安裝布局的限制，煙包輸送通道的長(zhǎng)度有限，當(dāng)輔機(jī)部分出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，煙包通道無法對(duì)主機(jī)正常生產(chǎn)的煙包進(jìn)行存儲(chǔ)，導(dǎo)致主機(jī)停機(jī)次數(shù)增多，造成原輔材料浪費(fèi)。目前在下游輔機(jī)停機(jī)對(duì)主機(jī)影響方面已有較多研究，李勇［4］采用回環(huán)式鏈條傳動(dòng)技術(shù)研制了一種煙包在線緩存裝置，GD包裝機(jī)組輔機(jī)單次停機(jī)5 min 內(nèi)不需要主機(jī)停機(jī)；張杰［5］通過改進(jìn)YF64 盒包存儲(chǔ)裝置控制方式，使YF64 盒包存儲(chǔ)裝置能夠獨(dú)立為下游機(jī)提供調(diào)試煙包；楊本才［6］優(yōu)化了YB43 硬盒包裝機(jī)與ZB45 輔機(jī)煙包阻擋構(gòu)件，并增加了主機(jī)煙包輸出轉(zhuǎn)向及自動(dòng)裝盤機(jī)構(gòu)，采用計(jì)數(shù)方式對(duì)輸出煙包進(jìn)行存儲(chǔ)和供料，減少了輔機(jī)停機(jī)對(duì)主機(jī)的影響；胡曉歌［7］設(shè)計(jì)了一種新型盒包存儲(chǔ)輸送裝置，實(shí)現(xiàn)了盒包的自動(dòng)輸送、存儲(chǔ)和緩沖調(diào)節(jié)，減少了盒包包裝機(jī)與條包包裝機(jī)之間的影響。但上述裝置均存在存儲(chǔ)數(shù)量小、無法自動(dòng)補(bǔ)包、包裝機(jī)組適用性差等問題。為此，基于ZB45 包裝機(jī)組設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置并安裝在煙包通道側(cè)面，旨在實(shí)現(xiàn)煙包自動(dòng)儲(chǔ)包補(bǔ)包功能，減少主機(jī)停機(jī)次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。

1 問題分析

YB45 硬盒包裝機(jī)生產(chǎn)的合格煙包通過煙包輸送通道傳遞給輔機(jī)YB55 盒外透明紙包裝機(jī)，其輸送流程見圖1。當(dāng)輔機(jī)因發(fā)生故障或更換原輔材料停機(jī)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致主機(jī)停機(jī)，主機(jī)停機(jī)大于90 s 重新啟動(dòng)時(shí)，六號(hào)輪處會(huì)自動(dòng)剔除18 包干膠煙包，造成原輔材料的浪費(fèi)。分析A 區(qū)域可知，輔機(jī)在運(yùn)行中會(huì)因各種故障而停機(jī)，且輔機(jī)屬于半自動(dòng)設(shè)備，在更換原輔材料時(shí)也會(huì)出現(xiàn)停機(jī)。分析B區(qū)域可知，當(dāng)主機(jī)停機(jī)大于90 s 重新啟動(dòng)時(shí)，如果刪除六號(hào)輪煙包剔除動(dòng)作控制程序，可以減少原輔材料消耗；但當(dāng)主機(jī)停機(jī)大于90 s 時(shí)，六號(hào)輪處商標(biāo)紙上的乳膠黏性降低，無法保證商標(biāo)紙有效黏合，所以原設(shè)備剔除程序不能刪除。綜上分析，在輔機(jī)停機(jī)不可避免的前提下，基于ZB45 包裝機(jī)組設(shè)計(jì)一套自動(dòng)儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置，已成為亟待解決的問題。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煙包自動(dòng)儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置主要包括儲(chǔ)包裝置、儲(chǔ)包補(bǔ)包通道、煙包輸送通道、補(bǔ)包裝置［8］等部分，安裝在主機(jī)與輔機(jī)之間的煙包輸送通道側(cè)面，見圖2。

圖1 煙包輸送流程圖Fig.1 Flow chart of cigarette packet conveying

圖2 儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置安裝示意圖Fig.2 Schematic diagram of installation of cigarette packet reservoir

2.1 儲(chǔ)包裝置

煙包儲(chǔ)包裝置主要由光電傳感器、柔性擋板、氣缸、接近開關(guān)和推板等組成，見圖3。改進(jìn)后在煙包輸送通道上打開一個(gè)缺口，缺口處安裝一塊柔性擋板，柔性擋板的一端與通道側(cè)板活動(dòng)連接，另一端與氣缸的活塞桿連接。當(dāng)輔機(jī)停機(jī)后煙包堆積到光電傳感器時(shí)，氣缸動(dòng)作將柔性擋板與氣缸活塞桿連接的一端推動(dòng)到煙包輸送通道的另一側(cè)，形成一道圓弧形擋板，此時(shí)煙包通過圓弧形擋板形成的通道進(jìn)入儲(chǔ)包裝置。當(dāng)煙包到達(dá)接近開關(guān)位置時(shí)，接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，與氣缸連接的推板將煙包向前推進(jìn)后退回，下一包煙到達(dá)接近開關(guān)后重復(fù)以上動(dòng)作將煙包輸送到儲(chǔ)包裝置。當(dāng)輔機(jī)運(yùn)行時(shí)，通道內(nèi)的煙包向前輸送，光電傳感器檢測(cè)不到煙包，氣缸帶動(dòng)柔性擋板退回，煙包沿通道輸送到輔機(jī)［9］，由此減少主機(jī)重新啟動(dòng)而產(chǎn)生的煙包剔除量，降低原輔材料消耗。

圖3 儲(chǔ)包裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of packet storing device

2.2 補(bǔ)包裝置

煙包補(bǔ)包裝置主要由光電傳感器、阻擋裝置、步進(jìn)輸送帶和換向輪等組成，見圖4。在煙包輸送通道的外側(cè)打開一個(gè)缺口，缺口與儲(chǔ)包裝置輸送通道連接。當(dāng)輔機(jī)停機(jī)時(shí)，主機(jī)生產(chǎn)的煙包整齊排列在儲(chǔ)包裝置的輸送帶上。當(dāng)輔機(jī)再次運(yùn)行時(shí)，由于輔機(jī)生產(chǎn)速度高于主機(jī)，煙包輸送帶上的煙包間有間隙；當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到煙包間隙后阻擋裝置動(dòng)作，阻擋煙包向前輸送，時(shí)間為1～2 s。步進(jìn)輸送帶上的煙包在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下向前輸送，在換向輪的作用下煙包由橫向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為與輸送通道內(nèi)煙包輸送方向一致，進(jìn)入煙包主輸送通道并輸送到輔機(jī)。當(dāng)主機(jī)停機(jī)時(shí)，光電傳感器檢測(cè)不到煙包，儲(chǔ)包裝置不斷向輸送通道內(nèi)補(bǔ)煙，由此解決人工補(bǔ)煙耗時(shí)費(fèi)力等問題。

圖4 補(bǔ)包裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure of packet replacer

2.3 主機(jī)降速程序優(yōu)化

以畢節(jié)卷煙廠ZB45 包裝機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)布局為例，主機(jī)生產(chǎn)速度為380 包/min，輔機(jī)生產(chǎn)速度為390包/min，煙包輸送通道長(zhǎng)度固定，見圖5。其中，A點(diǎn)是煙包輸送通道存儲(chǔ)煙包最大量的光電檢測(cè)點(diǎn)，B 點(diǎn)是生產(chǎn)中煙包在通道中堆積的終點(diǎn)，A 點(diǎn)到B 點(diǎn)距離約為11 m 且煙包在此過程中為間隔式輸送，每?jī)砂鼰煹木嚯x約為65 mm，每包煙的長(zhǎng)度為88 mm。當(dāng)輔機(jī)因故障或更換原輔材料停機(jī)時(shí)，主機(jī)以380 包/min 的速度繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)煙包從B 點(diǎn)開始堆積直到A 點(diǎn)時(shí)主機(jī)停機(jī)，在此過程中主機(jī)繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間

圖5 ZB45 包裝機(jī)組煙包輸送通道示意圖Fig.5 Schematic diagram of cigarette packet conveying passage for ZB45 packer

根據(jù)上述分析對(duì)ZB45 包裝機(jī)組主機(jī)控制程序進(jìn)行優(yōu)化［10］，當(dāng)輔機(jī)停機(jī)時(shí)主機(jī)速度可從380 包/min 自動(dòng)降速到50 包/min，由于煙包輸送通道長(zhǎng)度不變，主機(jī)可繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間。可見，優(yōu)化后主機(jī)繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)55 s。

2.4 通道長(zhǎng)度確定

由圖5 可見，取A 點(diǎn)為儲(chǔ)包裝置的煙包入口，C 點(diǎn)為補(bǔ)包裝置的煙包出口，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量A、C 兩點(diǎn)間距離為6.2 m，因此將儲(chǔ)包補(bǔ)包通道長(zhǎng)度設(shè)為6.2 m。生產(chǎn)中輔機(jī)停機(jī)后主機(jī)降速至50 包/min繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)煙包輸送通道中的煙包存儲(chǔ)至A 點(diǎn)時(shí)，儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置開始進(jìn)行儲(chǔ)包，煙包在通道中轉(zhuǎn)換成橫向存儲(chǔ)，每包煙的厚度為24 mm。因此，儲(chǔ)包補(bǔ)包通道中最多能存儲(chǔ)6 200÷24≈258 包煙，主機(jī)繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)ΔT=258÷50×60≈310 s。結(jié)合主機(jī)降速程序優(yōu)化，輔機(jī)停機(jī)后主機(jī)繼續(xù)運(yùn)行總時(shí)間T3=T2+ΔT=374 s，共延長(zhǎng)374-9=365 s。

2.5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煙包儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置控制系統(tǒng)檢測(cè)點(diǎn)共有9 個(gè)，主要分布在主、副通道上，與3 個(gè)氣缸共同完成該裝置的控制功能，見圖6。圖中黑點(diǎn)表示光電開關(guān)，控制要求為：①當(dāng)主通道堵塞檢測(cè)點(diǎn)（X0）檢測(cè)到煙包時(shí)，換道氣缸（Y0）動(dòng)作，接通副通道，副通道電動(dòng)機(jī)（Y1）啟動(dòng)。②當(dāng)推包檢測(cè)點(diǎn)（X1）檢測(cè)到有煙包時(shí)，推包氣缸（Y2）動(dòng)作；當(dāng)副通道堵塞檢測(cè)點(diǎn)（X2）檢測(cè)到煙包時(shí)，表明副通道已儲(chǔ)滿煙包，關(guān)閉副通道電動(dòng)機(jī)（Y1），換道氣缸（Y0）退回原位。③當(dāng)主通道4 個(gè)煙包位置（X5）空隙檢測(cè)同時(shí)為空時(shí)，副通道電動(dòng)機(jī)（Y1）啟動(dòng)，主通道夾包氣缸（Y4）夾緊，副通道夾包氣缸（Y3）松開，煙包滑下，進(jìn)行補(bǔ)包。④當(dāng)插包檢測(cè)點(diǎn)（X4）檢測(cè)到無煙包滑下時(shí)，主通道夾包氣缸（Y4）松開，同時(shí)副通道夾包氣缸（Y3）夾緊；當(dāng)副通道有包檢測(cè)點(diǎn)（X3）檢測(cè)到無煙包時(shí)，副通道電動(dòng)機(jī)（Y1）關(guān)閉。

圖6 儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置檢測(cè)點(diǎn)分布圖Fig.6 Distribution of detection points in packet reservoir

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：“黃果樹（長(zhǎng)征）”牌卷煙（由貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司畢節(jié)卷煙廠提供）。

設(shè)備：ZB45 包裝機(jī)組（上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

方法：對(duì)自動(dòng)儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置安裝前后的主機(jī)停機(jī)次數(shù)、主機(jī)剔除煙包量等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每天3 班次，共6 個(gè)工作日，取平均值；為驗(yàn)證安裝該裝置對(duì)包裝機(jī)組的影響，分別對(duì)改進(jìn)前后各5 個(gè)月的機(jī)組運(yùn)行效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1 可見，儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置安裝后主機(jī)停機(jī)次數(shù)由35 次/班次減少到30.3 次/班次，剔除煙包量由126 包/班次減少到36 包/班次。安裝前輔機(jī)停機(jī)后主機(jī)只能繼續(xù)運(yùn)行9 s，當(dāng)輔機(jī)停機(jī)大于99 s時(shí)主機(jī)停機(jī)大于90 s，主機(jī)再次開機(jī)時(shí)會(huì)剔除18包煙；優(yōu)化后輔機(jī)停機(jī)后主機(jī)可繼續(xù)運(yùn)行374 s，只有當(dāng)輔機(jī)停機(jī)大于464 s 時(shí)主機(jī)才會(huì)停機(jī)大于90 s，因此優(yōu)化后輔機(jī)停機(jī)在374 s 內(nèi)主機(jī)不停機(jī)，輔機(jī)停機(jī)小于464 s 時(shí)主機(jī)也不會(huì)剔除煙包，降低了原輔材料浪費(fèi)。按每臺(tái)機(jī)組每班次產(chǎn)量55 箱，每年生產(chǎn)40 萬(wàn)箱計(jì)算，一年可減少煙包剔除數(shù)量為400 000÷55×90=654 570 包，節(jié)約小盒商標(biāo)紙約65.45 萬(wàn)張。由表2 可見，安裝該裝置后機(jī)組平均運(yùn)行效率由93.99%提高到95.92%，提高1.93 百分點(diǎn)。

表1 儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置安裝前后主機(jī)停機(jī)次數(shù)及剔除煙包量對(duì)比Tab.1 Number of times of machine shutdown and amount of rejected cigarette packets before and after installing packet reservoir

表2 機(jī)組運(yùn)行效率數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.2 Comparison of running efficiency data between packers （%）

4 結(jié)論

通過對(duì)ZB45 包裝機(jī)組煙包輸送流程進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)儲(chǔ)包補(bǔ)包裝置并安裝在主機(jī)與輔機(jī)之間的煙包輸送通道側(cè)面，以實(shí)現(xiàn)煙包儲(chǔ)包補(bǔ)包功能，通過優(yōu)化主機(jī)降速程序延長(zhǎng)主機(jī)繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)而減少主機(jī)停機(jī)次數(shù)，降低原輔材料消耗。以畢節(jié)卷煙廠生產(chǎn)的“黃果樹（長(zhǎng)征）”牌卷煙為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：安裝該裝置后因輔機(jī)停機(jī)導(dǎo)致的主機(jī)停機(jī)次數(shù)減少5 次/班次，剔除煙包量減少90 包/班次，生產(chǎn)效率提高1.93 百分點(diǎn)，節(jié)約小盒商標(biāo)紙約65.45 萬(wàn)張/年。該技術(shù)可在同類型包裝機(jī)組上推廣應(yīng)用。