ZB25 包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)拼接系統(tǒng)

劉加高，陳 圣

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司會(huì)澤卷煙廠，云南曲靖 654200）

1 設(shè)備介紹

ZB25 包裝機(jī)主要用于軟盒卷煙的生產(chǎn)，煙支組（20 支煙）經(jīng)鋁箔紙包裝后進(jìn)入商標(biāo)紙的包裝。鋁箔紙供給系統(tǒng)包括鋁箔紙卷的2 個(gè)固定支撐、鋁箔紙展開、更換、切割、輸送、鋼印打印、定位等各組件及機(jī)構(gòu)，主要將鋁箔紙卷切割成定長(zhǎng)單張并輸送至包裝位置。

鋁箔紙卷共有2 套固定支撐裝置，便于鋁箔紙相互轉(zhuǎn)換拼接使用。目前鋁箔紙的拼接過(guò)程：當(dāng)鋁箔紙卷快用完時(shí)，檢測(cè)擺桿觸動(dòng)一微動(dòng)開關(guān)，通過(guò)電控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，設(shè)備停機(jī)。此時(shí)操作人員將檢測(cè)擺桿翻轉(zhuǎn)，使檢測(cè)擺桿上的輥輪壓在新紙卷上，將報(bào)警消除，用手順時(shí)針?lè)较虮P動(dòng)機(jī)器盤車手輪，直至鋁箔紙刀輥外旋轉(zhuǎn)蓋上的紅色三角箭頭與外殼上的固定三角箭頭對(duì)準(zhǔn)，坂動(dòng)手動(dòng)裁紙刀，切斷已用完的卷的紙帶尾端，再?gòu)?fù)位啟動(dòng)設(shè)備。新老鋁箔紙即可順利銜接，完成鋁箔紙的拼接過(guò)程，鋁箔紙拼接后，在煙包剔除口處剔除3 包鋁箔紙接頭煙包。

2 存在問(wèn)題

改進(jìn)前ZB25 包裝機(jī)在鋁箔紙拼接過(guò)程中，需停機(jī)后操作人員進(jìn)行手動(dòng)更換，整個(gè)更換過(guò)程大約耗時(shí)30 s。每天在生產(chǎn)過(guò)程中約需更換45 盤鋁箔紙，目前鋁箔紙手動(dòng)拼接系統(tǒng)增加了設(shè)備停機(jī)時(shí)間，降低了運(yùn)行效率，同時(shí)需操作人員手動(dòng)更換，增加了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 改進(jìn)原理

ZB25 包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)拼接系統(tǒng)改變?cè)序?qū)動(dòng)方式，通過(guò)程序控制伺服電機(jī)帶動(dòng)鋁箔紙主動(dòng)輥運(yùn)轉(zhuǎn)。在鋁箔紙卷架后部安裝反光片，用于檢測(cè)鋁箔紙卷運(yùn)轉(zhuǎn)角速度（鋁箔紙卷運(yùn)轉(zhuǎn)角速度隨著鋁箔紙卷的變小而逐漸增大），采用光電檢測(cè)檢測(cè)反光片的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，用于監(jiān)控鋁箔紙卷運(yùn)轉(zhuǎn)角速度。增加拼接切刀驅(qū)動(dòng)氣缸，通過(guò)電磁閥控制驅(qū)動(dòng)氣缸的動(dòng)作，光電檢測(cè)將鋁箔紙卷運(yùn)轉(zhuǎn)角速度信息反饋至伺服電機(jī)及控制氣缸的電磁閥。當(dāng)光電檢測(cè)檢測(cè)到鋁箔紙卷運(yùn)轉(zhuǎn)角速度達(dá)到設(shè)定值1時(shí)，已準(zhǔn)備好的新鋁箔紙卷盤開始加速（需計(jì)算新鋁箔紙卷盤加速度，使得新卷鋁箔紙端部達(dá)到輸送通道入口時(shí)，新卷鋁箔紙線速度剛好達(dá)到設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)鋁箔紙的線速度）。當(dāng)新卷鋁箔紙加速時(shí)間達(dá)到設(shè)定值2（需通過(guò)計(jì)算得到設(shè)定值2，使得新卷鋁箔紙端部與切斷的舊卷鋁箔紙尾部同時(shí)到達(dá)鋁箔紙輸送通道入口）時(shí)，舊卷鋁箔紙切斷氣缸快速動(dòng)作，切斷舊卷鋁箔紙，使得新卷鋁箔紙端部剛好與舊卷鋁箔紙尾部相對(duì)接，且新卷鋁箔紙運(yùn)行線速度達(dá)到設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)鋁箔紙的線速度，此時(shí)完成了鋁箔紙的自動(dòng)拼接。為確保產(chǎn)品質(zhì)量，通過(guò)移位寄存器控制煙包剔除氣缸，在煙包剔除口處剔除3 包鋁箔紙接頭煙包。

4 改進(jìn)方案

4.1 硬件設(shè)計(jì)

ZB25 包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)拼接系統(tǒng)主要部分見(jiàn)圖1～圖3。該系統(tǒng)中鋁箔紙卷通過(guò)張緊裝置安裝在鋁箔紙架上，鋁箔紙沿著穿紙方向順序經(jīng)過(guò)導(dǎo)紙輥，最終穿過(guò)壓緊輥與主動(dòng)輥。手動(dòng)拉動(dòng)切斷刀手柄，鋁箔紙被切斷刀手動(dòng)切斷等待自動(dòng)拼接，此時(shí)，切斷的鋁箔紙形成了鋁箔紙端部；切斷刀氣缸端部與切斷刀手柄相連，反光片、光電檢測(cè)和伺服電機(jī)安裝在鋁箔紙架后部，伺服電機(jī)與主動(dòng)輥相連，為鋁箔紙輸送提供動(dòng)力。

正常運(yùn)行時(shí)，光電檢測(cè)通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)反光片的運(yùn)轉(zhuǎn)角速度來(lái)監(jiān)控鋁箔紙架的運(yùn)轉(zhuǎn)角速度。當(dāng)鋁箔紙卷即將用盡時(shí)，光電檢測(cè)檢測(cè)到鋁箔紙架的運(yùn)轉(zhuǎn)角速度達(dá)到設(shè)定值1，舊鋁箔紙卷盤光電檢測(cè)將檢測(cè)信號(hào)反饋至伺服電機(jī)，新鋁箔紙卷盤按照設(shè)定的加速度開始加速。當(dāng)新卷鋁箔紙加速時(shí)間達(dá)到設(shè)定值2 時(shí)，新鋁箔紙卷盤光電檢測(cè)將信號(hào)傳遞至控制切斷刀氣缸的電磁閥及舊鋁箔紙卷盤伺服電機(jī)，舊鋁箔紙卷盤伺服電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷刀氣缸通氣，快速頂切斷刀手柄后并迅速?gòu)?fù)位，切斷刀將舊卷鋁箔紙切斷。舊卷鋁箔紙?jiān)阡X箔紙輸送通道中輥?zhàn)幼饔孟吕^續(xù)與正常速度運(yùn)行，新卷鋁箔紙端部到達(dá)鋁箔紙輸送通道入口時(shí)，舊卷鋁箔紙尾部也剛好達(dá)到鋁箔紙輸送通道入口，實(shí)現(xiàn)新卷鋁箔紙端部與舊卷鋁箔紙尾部對(duì)接。此時(shí)，新卷鋁箔紙線速度已加速達(dá)到設(shè)備正常速度，完成鋁箔紙的自動(dòng)拼接。為確保產(chǎn)品質(zhì)量，通過(guò)移位寄存器控制煙包剔除氣缸，在煙包剔除口處剔除3 包鋁箔紙接頭煙包。

圖1 ZB25 包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)拼接系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

圖2 ZB25 包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)拼接系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)

圖3 ZB25 包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)拼接系統(tǒng)后部結(jié)構(gòu)

4.2 電氣控制系統(tǒng)原理

（1）光電檢測(cè)鋁箔紙卷盤運(yùn)行角速度。

（2）舊卷鋁箔紙角速度達(dá)到設(shè)定值1。

（3）新卷鋁箔紙開始加速。

（4）加速度使得新卷鋁箔紙端部達(dá)到輸送通道入口時(shí)，新卷鋁箔紙線速度剛好達(dá)到設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)鋁箔紙的線速度。

（5）新卷鋁箔紙加速時(shí)間達(dá)到設(shè)定值2。

（6）舊卷鋁箔紙切斷刀氣缸動(dòng)作，切斷舊卷鋁箔紙。

（7）新卷鋁箔紙端部剛好與舊卷鋁箔紙尾部對(duì)接，且新卷鋁箔紙運(yùn)行線速度達(dá)到設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)鋁箔紙的線速度。

（8）移位寄存器控制煙包剔除氣缸，在煙包剔除口處剔除3包鋁箔紙接頭煙包。

（9）鋁箔紙自動(dòng)拼接完成。

在鋁箔紙卷紙架后部安裝反光片，通過(guò)光電檢測(cè)檢測(cè)反光片運(yùn)轉(zhuǎn)角速度來(lái)監(jiān)控鋁箔紙卷的運(yùn)轉(zhuǎn)角速度。當(dāng)舊卷鋁箔紙角速度達(dá)到設(shè)定值1 時(shí)，新卷鋁箔紙開始加速，新卷鋁箔紙加速使其端部到達(dá)輸送通道入口時(shí)，新卷鋁箔紙的線速度剛好達(dá)到設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)鋁箔紙的線速度，在新卷鋁箔紙加速時(shí)間達(dá)到設(shè)定值2 時(shí)，舊卷鋁箔紙切斷刀氣缸電磁閥打開，切斷氣缸動(dòng)作，切斷舊卷鋁箔紙。設(shè)置設(shè)定值2 時(shí)，需計(jì)算使得新卷鋁箔紙端部剛好與舊卷鋁箔紙尾部對(duì)接。此時(shí)，新卷鋁箔紙運(yùn)行線速度達(dá)到設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)鋁箔紙的線速度。通過(guò)移位寄存器控制煙包剔除口處氣缸，在煙包剔除口處剔除3 包鋁箔紙接頭煙包。

新卷鋁箔紙加速的加速度、舊卷鋁箔紙角速度達(dá)到的設(shè)定值1、新卷鋁箔紙角速度達(dá)到的設(shè)定值2 的計(jì)算過(guò)程如下。

新卷鋁箔紙加速的加速度為：

式中 a——新卷鋁箔紙加速的加速度

v——設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)鋁箔紙的線速度

S——新卷鋁箔紙端部至輸送通道入口的距離

舊卷鋁箔紙角速度達(dá)到的設(shè)定值1 為：

式中 ω——舊卷鋁箔紙角速度

v——設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)鋁箔紙的線速度

R——舊鋁箔紙卷的最小半徑

新卷鋁箔紙加速時(shí)間達(dá)到設(shè)定值2 為：

式中 t1——新卷鋁箔紙加速時(shí)間（設(shè)定值2）

v——設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)鋁箔紙的線速度

t——舊卷鋁箔紙尾部運(yùn)行至輸送通道入口時(shí)間

v1——新卷鋁箔紙加速時(shí)間為t1時(shí)對(duì)應(yīng)的線速度（舊卷鋁箔紙切斷時(shí)，新卷鋁箔紙的線速度）

S1——新卷鋁箔紙加速時(shí)間為t1時(shí)，新卷鋁箔紙端部與鋁箔紙輸送通道入口的距離

S2——新卷鋁箔紙加速時(shí)間為t1時(shí)，新卷鋁箔紙端部已加速運(yùn)行的路程

a——新卷鋁箔紙加速的加速度

5 改進(jìn)效果

ZB25 包裝機(jī)鋁箔紙自動(dòng)拼接系統(tǒng)融機(jī)械、電氣為一體，通過(guò)光電檢測(cè)將鋁箔紙卷盤運(yùn)轉(zhuǎn)的角速度反饋至帶動(dòng)鋁箔紙運(yùn)行的伺服電機(jī)，以及控制鋁箔紙切斷刀氣缸動(dòng)作的電磁閥。通過(guò)參數(shù)的計(jì)算及設(shè)定，使得新卷鋁箔紙端部與切斷的舊卷鋁箔紙尾部同時(shí)到達(dá)鋁箔紙輸送通道入口，同時(shí)，新卷鋁箔紙運(yùn)行速度達(dá)到設(shè)備正常運(yùn)行速度。為確保產(chǎn)品質(zhì)量，在煙包剔除口處剔除3包鋁箔紙接頭煙包，最終實(shí)現(xiàn)鋁箔紙的自動(dòng)拼接。使得設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中新卷鋁箔紙與舊卷鋁箔紙自動(dòng)拼接、相互交替使用，無(wú)需停機(jī)更換鋁箔紙，避免了操作人員手動(dòng)操作設(shè)備。在煙包剔除口處剔除3 包鋁箔紙接頭煙包，提升了設(shè)備運(yùn)行效率，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。