YP18B型裝封箱機(jī)煙箱端蓋折疊輔助裝置的設(shè)計(jì)

楊坤華 ，馬昌祥 ，譚興旺 ，楊 帆 ，鄒 強(qiáng) ，代 超 ，陳 翀

（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司遵義卷煙廠，貴州 遵義 563000）

《卷煙物理檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中定義的煙箱外觀缺陷名稱，根據(jù)破損程度分，A類缺陷：箱體嚴(yán)重破損，箱體破損露出卷煙條盒；C類缺陷：箱體破損，箱體破損但未露出條盒。在煙條包裝過(guò)程中，一般采用瓦楞紙卷煙包裝箱，為保護(hù)煙條，煙箱的材質(zhì)具有一定的硬度，在折疊過(guò)程中反彈力真實(shí)存在。YP18B型裝封箱機(jī)是用于卷煙包裝的機(jī)電一體化設(shè)備，受其工作原理的限制，要求煙箱在折疊過(guò)程中不能有較大的反彈力，原因是紙箱側(cè)邊箱蓋反彈力較大會(huì)造成紙箱折疊不良，而導(dǎo)致箱體破損，煙箱破損將會(huì)造成煙條損壞、輸送通道堵塞等問(wèn)題，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 YP18B型裝封箱機(jī)的工作流程

YP18B型裝封箱機(jī)是用于卷煙包裝的光機(jī)電一體化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了條盒的收集、堆垛、裝箱、封箱等全過(guò)程的自動(dòng)化。如圖1所示，在生產(chǎn)中，利用真空負(fù)壓原理，紙箱成形裝置中帶吸盤(pán)的機(jī)械手從紙箱輸送裝置中直接吸取箱坯，并將紙箱打開(kāi)成型[1]。煙條通道通過(guò)皮帶傳輸將成品煙條輸送到堆垛工位，煙條到位后通過(guò)安裝在堆垛裝置主軸上的凸輪將其提升，堆垛機(jī)構(gòu)向上提升一層為5條煙。隨著升降器升高到限定高度時(shí)，轉(zhuǎn)而下降，煙條就被放置在定位器上，這樣如此反復(fù)。當(dāng)堆垛的層數(shù)達(dá)到5層時(shí)，堆垛完成，控制推煙板將一垛煙條推入紙箱。隨著第二垛煙條被推入紙箱，箱滿信號(hào)檢測(cè)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，擋煙板底座退回，真空關(guān)閉，吸杯釋放，凸輪連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的后側(cè)折邊機(jī)構(gòu)向前推動(dòng)兩個(gè)后側(cè)折板向內(nèi)折進(jìn)90°，然后紙箱后推手推動(dòng)裝滿煙條的紙箱沿著紙箱軌道經(jīng)過(guò)固定折邊機(jī)構(gòu)、噴膠系統(tǒng)將膠噴到側(cè)蓋上，主傳動(dòng)軸返回原點(diǎn)位置。在下一個(gè)工作循環(huán)紙箱前推手的推動(dòng)下，經(jīng)過(guò)膠帶自動(dòng)粘貼裝置，進(jìn)入下游機(jī)[2]。至此，一個(gè)完整的全自動(dòng)裝箱、封箱操作過(guò)程結(jié)束。

圖1 YP18B型裝封箱機(jī)的工作流程圖

2 現(xiàn)狀分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，遵義卷煙廠YP18B型裝封箱機(jī)產(chǎn)生的煙箱破損率為2.865件/千箱（其中一箱煙包含有5件煙箱），缺陷率大大高于該廠YP11型裝封箱機(jī)，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量，增加了原輔料消耗，降低了生產(chǎn)效率。若該類產(chǎn)品流入市場(chǎng)，將對(duì)公司品牌形象造成較大的負(fù)面影響，若在成品區(qū)人工搬運(yùn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該類缺陷煙箱，需通過(guò)人工將其搬運(yùn)到裝封箱工段，大大耗費(fèi)人力。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，破損的煙箱中94.44%為煙箱端蓋破損，并全部發(fā)生在煙箱端蓋的折疊封裝工序中。為此，解決YP18B型裝封箱機(jī)造成的煙箱端蓋破損問(wèn)題迫在眉睫。

3 原因及問(wèn)題分析

在YP18B型裝封箱機(jī)的煙箱端蓋折疊工序中，由長(zhǎng)邊固定折疊板完成煙箱長(zhǎng)邊端蓋的折疊，后短邊折疊板完成后短邊端蓋的預(yù)折疊，隨著煙箱前移，后短邊折疊板收回，長(zhǎng)邊端蓋在內(nèi)收的同時(shí)，護(hù)住后短邊端蓋，防止其發(fā)生反彈。在完成折疊和成型的過(guò)程中，后短邊端蓋無(wú)獨(dú)立的折疊固定機(jī)構(gòu)，且前固定折疊板與后短邊折疊板間距過(guò)大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)后短邊端蓋的無(wú)縫交接，若過(guò)程中后短邊端蓋出現(xiàn)反彈，將導(dǎo)致煙箱破損。

結(jié)論：YP18B型裝封箱機(jī)在進(jìn)行煙箱的折疊過(guò)程中，煙箱后短邊端蓋無(wú)獨(dú)立的可靠機(jī)構(gòu)進(jìn)行固定，可能因反彈而出現(xiàn)破損，甚至將設(shè)備卡壞。本文將研究該問(wèn)題的有效解決方案。

4 設(shè)計(jì)思路及方案

結(jié)合YP18B型裝封箱機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)和煙箱折疊的工作流程，設(shè)計(jì)一套煙箱端蓋折疊輔助裝置，計(jì)劃在前固定折疊板上安裝輔助折疊板，當(dāng)煙箱即將離開(kāi)后短邊折疊板時(shí)，氣缸帶動(dòng)輔助折疊板前移，繼續(xù)護(hù)住后短邊端蓋，隨著后短邊端蓋進(jìn)入前固定折疊板區(qū)域，不可能發(fā)生反彈后，氣缸再次帶動(dòng)輔助折疊板退回。輔助折疊裝置的機(jī)械部分由輔助折疊板、氣缸和安裝底座組成，電氣部分由PLC控制器、電磁閥、接近開(kāi)關(guān)和電氣線路組成[3]。裝置的動(dòng)作流程如圖2所示[4]。

圖2 輔助折疊裝置動(dòng)作流程

在前折疊板上進(jìn)行開(kāi)孔，輔助折疊板安裝在孔中，并與氣缸連接，通過(guò)PLC程序控制護(hù)板動(dòng)作。煙箱端蓋輔助折疊裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，該系統(tǒng)主要由封箱機(jī)PLC、電磁閥、氣缸、輔助折疊板、接近開(kāi)關(guān)組成。該系統(tǒng)左右兩邊前折疊板改動(dòng)相同[5]。

圖3 煙箱端蓋輔助折疊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

工作原理：當(dāng)堆垛好的50條煙推入紙箱中后，推煙板和擋煙板收回到起始位置，這時(shí)箱體即將橫向移動(dòng)，這時(shí)PLC接收到推煙板和擋煙板到達(dá)起始位置信號(hào)，PLC發(fā)出控制信號(hào)控制電磁閥得電，電磁閥得電使氣缸帶動(dòng)輔助折疊板向右伸出，以達(dá)到對(duì)短邊箱蓋的限位作用，保證了短邊箱蓋不會(huì)彈出；當(dāng)紙箱通過(guò)折疊位置后，PLC控制電磁閥，使護(hù)板收回到起始位置，接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到輔助折疊板到位后輸入一個(gè)信號(hào)給PLC，設(shè)備才能進(jìn)行下一步動(dòng)作，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定地工作。

4.1 輔助折疊板

輔助折疊板主要用于在后短板折疊板向前運(yùn)動(dòng)到達(dá)極限位置后，繼續(xù)輔助后短邊箱蓋向前運(yùn)動(dòng)，故輔助折疊板需要能護(hù)住短邊箱蓋，且運(yùn)動(dòng)不受干涉。使用線切割的加工方式在前短邊折疊板上開(kāi)孔，用開(kāi)口部分材料制作輔助折疊板，不但可以保證輔助折疊板與前短邊折疊板形狀一致，同時(shí)節(jié)省材料。開(kāi)孔切割不影響設(shè)備的其他功能和結(jié)構(gòu)，采用板中板的結(jié)構(gòu)。為將輔助折疊板固定在氣缸上，故需要設(shè)計(jì)支桿及在支桿上鉆通孔與氣缸用螺桿連接[6]。

4.2 氣缸及支架

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，煙箱向前移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)后短邊端蓋剛好離開(kāi)后短邊折疊板時(shí)，后短板折疊板與前短邊折疊板距離175 mm，煙箱短邊長(zhǎng)度為120 mm，所以，氣缸的有效行程需大于175-120=55 mm，才能護(hù)住后短邊端蓋。考慮安裝的空間，最終選擇行程為100 mm的氣缸。由于氣缸的控制目標(biāo)為輔助折疊板，而且主軸不能旋轉(zhuǎn)，所以選擇行程為100 mm的雙軸氣缸，氣缸與輔助折疊板用螺釘連接[7]。利用車(chē)間集中壓縮空氣作為氣缸動(dòng)力氣源，氣壓清潔，且大小為0.6 MPa，滿足氣缸使用要求。根據(jù)選擇的氣缸，設(shè)計(jì)制作氣缸支架，氣缸支架安裝在前短邊折疊板的支架上。

4.3 接近開(kāi)關(guān)及支架

出于對(duì)設(shè)備安全的考慮，需要檢測(cè)氣缸是否正常退回原位置，防止氣缸未退回原位置時(shí)，設(shè)備進(jìn)行下一個(gè)周期動(dòng)作導(dǎo)致設(shè)備干涉損壞，故在氣缸位置安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)氣缸是否正常退回。該設(shè)計(jì)選用電感式PNP型接近開(kāi)關(guān)，輸出信號(hào)為常開(kāi)24 V信號(hào)，當(dāng)感應(yīng)到輔助折疊板部件時(shí)，輸出信號(hào)。該類型接近開(kāi)關(guān)僅識(shí)別金屬，其他材質(zhì)的物體不能觸發(fā)，從而可防止誤動(dòng)作信號(hào)的發(fā)生。根據(jù)選擇接近的開(kāi)關(guān)尺寸，設(shè)計(jì)接近開(kāi)關(guān)支架，支架安裝在氣缸上，正對(duì)輔助折疊板，支架可沿氣缸前后方向進(jìn)行調(diào)整，以調(diào)整合適的檢測(cè)距離。

4.4 電磁閥

電磁閥是氣缸動(dòng)作氣源的轉(zhuǎn)換元件，該設(shè)計(jì)選用單線圈二位五通電磁閥作為執(zhí)行元件，該類閥體具有一個(gè)氣源輸入，兩個(gè)氣路輸出和兩個(gè)對(duì)應(yīng)的排氣孔[8]。電磁閥的線圈電源為24 V，線圈控制常通氣路和常閉氣路的切換，以實(shí)現(xiàn)氣缸主動(dòng)桿的伸出和收回，滿足設(shè)計(jì)需求。

4.5 PLC及控制流程

PLC是該輔助折疊裝置的控制元件，本設(shè)計(jì)采用YP18B型裝封箱機(jī)自帶的PLC作為控制器可滿足設(shè)計(jì)需要。

1）程序邏輯設(shè)計(jì)如下。

新增PLC輸入點(diǎn)[9]：氣缸回到原位檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)為 I2.7（從站）。

新增PLC輸出點(diǎn)：氣缸動(dòng)作信號(hào)為Q5.4（從站）。

條件1：“擋煙塊底座后位”檢測(cè)信號(hào)觸發(fā)，說(shuō)明擋煙塊退回，以防止輔助氣缸動(dòng)作后與擋煙塊碰撞。

條件2：當(dāng)機(jī)器離開(kāi)原點(diǎn)，說(shuō)明設(shè)備主傳動(dòng)在動(dòng)作，紙箱進(jìn)入端部折疊流程。

2）控制流程：當(dāng)滿足上述兩個(gè)條件后，Q5.4信號(hào)動(dòng)作，電磁閥得電，輔助氣缸氣路轉(zhuǎn)換，氣缸主動(dòng)桿伸出帶動(dòng)輔助折疊板推出，用于交接輸送過(guò)來(lái)的紙箱短邊端蓋，克服其反彈力，保證紙箱短邊端蓋折疊正常。延時(shí)1.7 s后，Q5.4信號(hào)斷開(kāi)，電磁閥失電，輔助氣缸氣路再次轉(zhuǎn)換，氣缸主動(dòng)桿縮回輔助折疊板退回原位。出于對(duì)設(shè)備安全的考慮，若氣缸回到原位檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)I2.7在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（2.8 s）未檢測(cè)到信號(hào)，說(shuō)明輔助折疊板未正常回到原位，判斷為設(shè)備故障，設(shè)備停機(jī)并顯示故障“右擋煙器未歸位”，必須檢查并恢復(fù)氣缸回位信號(hào)I2.7后，設(shè)備才能正常啟動(dòng)[10]。

5 應(yīng)用效果

5.1 檢驗(yàn)方法

將YP18B型裝封箱機(jī)輔助折疊裝置設(shè)計(jì)安裝在YP18B型裝封箱機(jī)后，對(duì)實(shí)施后的裝封箱機(jī)煙箱箱體破損數(shù)據(jù)進(jìn)行了連續(xù)3個(gè)月的跟蹤觀察，與使用該系統(tǒng)前3個(gè)月的煙箱箱體破損數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

5.2 結(jié)果

如表1所示，使用YP18B型裝封箱機(jī)輔助折疊裝置后生產(chǎn)的箱裝煙箱體破損缺陷率與未使用該系統(tǒng)生產(chǎn)的箱裝煙箱體破損缺陷率相比，煙箱箱體的破損缺陷率從2.865件/千箱降低到0.157件/千箱，缺陷下降率達(dá)94.52%，改進(jìn)后的效果明顯，滿足目標(biāo)要求。

表1 YP18B型裝封箱機(jī)輔助折疊裝置改進(jìn)前后結(jié)果

5.3 結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)的YP18B型裝封箱機(jī)輔助折疊裝置，解決了原設(shè)備煙箱封裝過(guò)程中，由于箱體短邊箱蓋不到位而導(dǎo)致的箱體破損問(wèn)題。在改進(jìn)前后實(shí)際的生產(chǎn)測(cè)試結(jié)果中顯示，改進(jìn)后箱體端蓋破損缺陷率降低了94.52%，使用效果良好，該系統(tǒng)可在同類設(shè)備上推廣應(yīng)用。