FOCKE350包裝機(jī)白乳膠類流體供應(yīng)裝置的應(yīng)用

李惠峰 羅紅琳 李躍輝 楊曉明 戴妮理

（紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司大理卷煙廠，云南 大理 671000）

0 引言

FOCKE350 包裝機(jī)是由德國(guó)佛克公司生產(chǎn)制造的直包型中速硬盒包裝機(jī)，該設(shè)備使用乳膠來完成商標(biāo)、內(nèi)框紙、鋁紙以及條盒的包裝。為方便補(bǔ)充膠水，F(xiàn)OCKE350 包裝機(jī)采用外置大容量壓力膠桶，通過向膠桶輸入壓縮空氣來為設(shè)備上的膠缸供應(yīng)膠水。膠桶體積和重量較大，不易挪動(dòng)。在設(shè)備運(yùn)行過程中，F(xiàn)OCKE350 包裝機(jī)的供膠系統(tǒng)存在添加膠水過程煩瑣、壓力泄露、膠水管路堵塞等問題，影響設(shè)備的正常生產(chǎn)[1]。

針對(duì)存在問題，該文從設(shè)備結(jié)構(gòu)和原理等方面進(jìn)行分析，尋找解決問題的辦法。查閱相關(guān)資料，有以下幾種解決方法：李聚奎增加了一個(gè)一級(jí)膠缸為二級(jí)膠缸供膠，通過向一級(jí)膠缸補(bǔ)充膠液，減少二級(jí)膠缸供膠停機(jī)時(shí)間[2]；黃禮剛將膠桶放置于機(jī)器內(nèi)部，使用隔膜泵供膠[3]；欒日新通過改造供膠系統(tǒng)，使用2 個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)供膠泵吸取膠液替代壓力供膠系統(tǒng)[4]；陳瑜通過增加三級(jí)控膠裝置及可通過手柄旋轉(zhuǎn)提升的膠缸，保持膠池中膠水水分[5]。該方法應(yīng)用較早，能滿足部分需求，經(jīng)過查閱文獻(xiàn)，沒有完全解決該項(xiàng)目存在問題的方法。

1 結(jié)構(gòu)原理和存在問題

1.1 供膠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

FOCKE350 包裝機(jī)的供膠系統(tǒng)采用外置壓力膠桶的供膠方式，膠桶容量約45L（如圖1）。供膠系統(tǒng)包括供壓裝置、膠桶、供膠管道以及氣動(dòng)控制閥等，膠桶和膠桶蓋之間通過橡膠條圍合后形成密封腔體。壓縮空氣通過密封蓋上的進(jìn)氣閥進(jìn)入膠桶，并對(duì)膠水液面保持適當(dāng)?shù)暮愣▔毫Α?/p>

圖1 供膠系統(tǒng)示意圖

供膠系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)設(shè)備上膠缸內(nèi)的檢測(cè)器發(fā)出加膠信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)控制氣動(dòng)控制閥開啟，膠桶內(nèi)的膠液在壓力作用下通過供膠管路和控制閥輸送到膠缸；當(dāng)膠缸內(nèi)膠水達(dá)到正常要求時(shí)，檢測(cè)器發(fā)出停止信號(hào)，系統(tǒng)控制氣動(dòng)控制閥關(guān)閉，切斷供膠管路中正在輸送的膠水[6]。

1.2 存在問題

從結(jié)構(gòu)和原理分析可以看出，供膠系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性受到乳膠質(zhì)量、壓力大小、密封材料的性能等因素的影響。通過長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐觀察，F(xiàn)OCKE350 包裝機(jī)的供膠系統(tǒng)在使用過程中存在一些不足。

1.2.1 金屬壓力膠桶存在的不足

金屬壓力膠桶存在的不足：1）金屬膠桶桶蓋必須卸壓后才能啟開，啟開時(shí)須拆開5 個(gè)專用鎖緊螺栓；在添加膠水結(jié)束關(guān)閉膠桶后蓋再裝回專用鎖緊螺栓，整個(gè)過程較為煩瑣，如動(dòng)作不及時(shí)就會(huì)造成停機(jī)。2）膠桶容量達(dá)45L，加滿膠水后可使用較長(zhǎng)時(shí)間，如設(shè)備停機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)，膠桶內(nèi)膠水不能及時(shí)使用完，就可能會(huì)產(chǎn)生沉淀物，影響膠水質(zhì)量或造成管路堵塞。3）金屬膠桶重量過重，加滿膠水不易挪動(dòng)，加大了維護(hù)保養(yǎng)的工作量。

1.2.2 壓力供膠方式存在的不足

壓力供膠方式存在的不足：1）供膠系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)，管道接頭處易出現(xiàn)膠水泄漏。2）膠桶和桶蓋結(jié)合處使用橡膠條進(jìn)行密封，易損壞或老化使壓力泄露造成膠水供給不穩(wěn)定。3）壓縮空氣進(jìn)入膠桶后直接向膠液頂部加壓，頂部膠液長(zhǎng)時(shí)間接觸壓縮空氣容易結(jié)皮，進(jìn)入供膠管路后造成堵塞。以上問題造成了設(shè)備生產(chǎn)連續(xù)性的中斷，影響了設(shè)備效率，降低了供膠系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，同時(shí)增加了維護(hù)保養(yǎng)的成本。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 膠水吸取裝置的研制

原來的供膠系統(tǒng)因長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)，管道內(nèi)壁負(fù)荷較大，管路接頭處易出現(xiàn)膠水泄漏。因此對(duì)供膠系統(tǒng)的供膠方式進(jìn)行改進(jìn)，將供膠方式由“壓”改為“吸”，重新研制膠水吸取裝置。膠水吸取裝置如圖2 所示，由膠液入口座、桶蓋、膠管接頭、手柄、觀測(cè)孔和液位檢測(cè)裝置組成。膠管接頭通過膠管與隔膜泵連接，隔膜泵為吸膠提供動(dòng)力。

圖2 膠水吸取裝置結(jié)構(gòu)示意圖

膠水吸取裝置的桶蓋主體外形為圓形，桶蓋上有圓形透明觀測(cè)孔，同時(shí)安裝吸取膠水的膠液入口座和膠管接頭，以及用于檢測(cè)膠水量多少的超聲波液位檢測(cè)裝置和方便提拿的手柄，通過螺釘固定在桶蓋上。

與膠水吸取裝置配合使用的是膠水供應(yīng)廠家提供的成品桶裝乳膠，替換了原來的金屬壓力膠桶。供貨商提供的乳膠桶為塑料材質(zhì)，高度380 mm，直徑300 mm，膠水容量為20 L，使用完直接更換新的桶裝膠水，無須清洗舊膠桶。

2.2 膠液入口座采用止回閥設(shè)計(jì)

FOCKE350 包裝機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)過程中，供膠系統(tǒng)的膠水供應(yīng)速度是大于設(shè)備上涂膠裝置的膠水消耗速度的，所以隔膜泵將膠水吸出供送到膠缸的過程是間斷的，有一定的時(shí)間間隔。當(dāng)隔膜泵吸出膠水并供送給膠缸后動(dòng)作停止，到下一次開始吸膠這段時(shí)間，為避免膠管中的膠水出現(xiàn)回流現(xiàn)象，因此將膠液入口座設(shè)計(jì)成單向流體控制的結(jié)構(gòu)（如圖3 所示）。

圖3 膠液入口座結(jié)構(gòu)示意圖

所設(shè)計(jì)的膠液入口座由止回閥體、錐形孔、鋼球、進(jìn)膠口和限位螺釘組成。止回閥體的上部加工有螺紋與膠管連接，鋼球與錐形孔配合，可有效防止膠水回流。

當(dāng)膠缸中的檢測(cè)監(jiān)測(cè)到膠水低于設(shè)定位置時(shí)，發(fā)出信號(hào)由系統(tǒng)控制隔膜泵動(dòng)作，將膠桶中的膠水從止回閥體的進(jìn)膠口吸入。膠水和錐形孔處的鋼球在隔膜泵的吸力作用下一起向上方移動(dòng)。鋼球向上移動(dòng)到一定位置就被限位螺釘擋住，而膠水不受影響，繼續(xù)由隔膜泵從膠管吸出并供送到膠缸。當(dāng)膠缸中膠水存量達(dá)到要求時(shí)系統(tǒng)控制隔膜泵停止吸膠動(dòng)作，吸力中斷，鋼球靠自重下落并堵住錐形孔，防止膠管中的膠水回流，保證了膠管中的膠量保持充足狀態(tài)[7]。

2.3 超聲波乳膠液位檢測(cè)裝置的使用

在FOCKE350 包裝機(jī)的生產(chǎn)過程中，使用超聲波液位檢測(cè)裝置，可以及時(shí)、準(zhǔn)確地將膠桶內(nèi)膠水具體的剩余量通過顯示屏顯示出來。超聲波液位檢測(cè)裝置包括超聲波發(fā)射接收器、安裝座和數(shù)據(jù)接頭（如圖4 所示）。超聲波發(fā)射接收器上端通過螺紋與安裝座連接，安裝座外形為圓柱形，安裝座的下端設(shè)置臺(tái)階和螺紋，安裝座的上端安裝數(shù)據(jù)接頭，可進(jìn)行數(shù)據(jù)線的連接。數(shù)據(jù)線與顯示屏連接后，可以實(shí)時(shí)顯示膠桶內(nèi)膠水的剩余量。

圖4 超聲波液位檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

超聲波液位檢測(cè)裝置對(duì)液面的檢測(cè)要素如下：量程為該裝置的檢測(cè)最大范圍，測(cè)量距離為超聲波發(fā)射接收器到當(dāng)前液面的距離，顯示距離為桶內(nèi)膠水的實(shí)際高度（如圖5），即顯示距離=量程-測(cè)量距離。

圖5 超聲波液位檢測(cè)裝置原理示意圖

2.4 超聲波膠位檢測(cè)程序

Focke350 新超聲波膠位檢測(cè)算法與程序，在西門子程序中，將超聲波膠水檢測(cè)的模擬量輸入接入相應(yīng)的西門子模擬量模塊，然后在程序中將模擬量PIW84 通過模擬量轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成為實(shí)際的膠水液位值，該膠水液位值用于控制系統(tǒng)人機(jī)界面上的顯示以及報(bào)警，當(dāng)該液位低于設(shè)定的膠水液位高度時(shí)，報(bào)警膠水少，且在人機(jī)界面上有空桶顯示等。通過調(diào)整參數(shù)可以調(diào)整超聲波液位檢測(cè)在人機(jī)界面上的顯示，可以調(diào)整顯示的圖示的大小，以及在不同的液位下顯示出不同的顏色以用于警示膠水高度。

2.5 膠水吸取供應(yīng)裝置原理圖

由膠水吸取裝置、隔膜泵、供膠管路和膠桶及膠缸組成的膠水吸取供應(yīng)裝置（如圖6），將供膠方式由“壓”改為“吸”，膠水吸取裝置的膠管接頭通過膠管與隔膜泵連接，隔膜泵為吸膠提供動(dòng)力。在生產(chǎn)過程中，當(dāng)膠缸內(nèi)的檢測(cè)器發(fā)出加膠信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)控制隔膜泵動(dòng)作，將膠桶內(nèi)的膠液吸出，再通過供膠管路輸送到膠缸；當(dāng)膠缸內(nèi)膠水達(dá)到正常要求時(shí)，檢測(cè)器發(fā)出停止信號(hào)，系統(tǒng)控制隔膜泵停止吸膠動(dòng)作，斷開供膠管路中正在輸送的膠水。

圖6 膠水吸取供應(yīng)裝置原理示意圖

改進(jìn)的膠水吸取供應(yīng)裝置，使用超聲波液位檢測(cè)裝置對(duì)膠桶內(nèi)的膠水液面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)、準(zhǔn)確地將膠桶內(nèi)的膠水剩余量通過顯示屏顯示出來，同時(shí)液位檢測(cè)安裝在桶蓋上，不與膠水接觸，極大地提高了液位檢測(cè)工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；同時(shí)，通過透明的觀測(cè)孔也可以清楚地觀察膠水液位的狀態(tài)。膠液入口座的止回閥設(shè)計(jì)，可防止膠水回流，使膠管內(nèi)時(shí)刻保持膠水充足狀態(tài)。在設(shè)備發(fā)出加膠信號(hào)時(shí)，能夠快速及時(shí)地將膠水從膠桶吸出并供送到膠缸。

3 改進(jìn)效果

在生產(chǎn)過程中設(shè)備顯示屏上提示需要補(bǔ)充膠水時(shí)，先取下新的白乳膠桶的密封蓋，將膠水吸取裝置從舊膠桶中提起再放到新膠桶上即可開始工作，操作過程簡(jiǎn)單、方便、快捷。膠水使用完后直接更換新的20L 桶裝膠水，無須清洗舊膠桶，解決了原來金屬膠桶長(zhǎng)期使用容易在桶蓋邊緣形成膠垢，進(jìn)入管路后造成堵塞的問題。同時(shí)，20L 桶裝膠水的使用時(shí)間與原來相比減少了，避免了膠水長(zhǎng)時(shí)間未使用完容易出現(xiàn)沉淀或產(chǎn)生質(zhì)量變化的情況，并且塑料膠桶比金屬膠桶體積小、重量輕、移動(dòng)方便，降低了維護(hù)和清洗保養(yǎng)的工作強(qiáng)度。

膠水吸取供應(yīng)裝置的研制，將供膠系統(tǒng)的供膠方式由“壓”改為“吸”，膠桶不會(huì)出現(xiàn)壓力泄露的情況。通過隔膜泵提供穩(wěn)定均衡的吸力以及入口止回閥設(shè)計(jì)，能夠保證膠水在供應(yīng)過程中的穩(wěn)定性。同時(shí)吸取膠水的壓力較小，管道不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于高壓狀態(tài)，不易出現(xiàn)漏膠現(xiàn)象，增加了供膠管路的使用壽命。

4 結(jié)語

膠水吸取供應(yīng)裝置的研制，改進(jìn)了供膠系統(tǒng)的供膠方式，簡(jiǎn)化了膠水更換過程，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。低壓、穩(wěn)定的吸膠方式彌補(bǔ)了設(shè)備上供膠系統(tǒng)存在的不足，極大地提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，保證了設(shè)備效率的發(fā)揮。膠水吸取供應(yīng)裝置具有良好的工作性能，維修保養(yǎng)較為簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。同時(shí)該裝置桶蓋主體形狀大小適用于標(biāo)準(zhǔn)包裝膠水桶（桶的規(guī)格為桶底直徑280 mm，桶口直徑300 mm，桶高380 mm，容積20 L），可以推廣至有流體吸取需求的行業(yè)，安裝簡(jiǎn)便，可移植性強(qiáng)。