水松紙壓緊輪自動控制設(shè)計

梁 勇，李關(guān)勤，張皓天，李俊宏，鄭利明，宋衛(wèi)東，翟 鑫，丁學(xué)潤

（紅云紅河煙草（集團）有限責(zé)任公司曲靖卷煙廠，云南 曲靖 655000）

ZJ17卷接機組的原型是國外煙機公司設(shè)計制造的PROTOS70卷煙機，中國在20世紀90年代左右引入國內(nèi)，后由常德煙草機械有限責(zé)任公司經(jīng)電控升級、在線檢測升級等多次改造而成，現(xiàn)是我國國產(chǎn)卷煙機的主流設(shè)備，也是我國大部分卷煙廠正在使用的煙支卷接設(shè)備。該設(shè)備應(yīng)用了當(dāng)今自動化控制的最新技術(shù)、借鑒了國外著名煙機品牌的實際設(shè)計經(jīng)驗、參考了歐洲和國際上的電氣標準，因此該機組具備穩(wěn)定性好、控制精度高、結(jié)構(gòu)清晰、擴展方便和易于維護等優(yōu)點，同時該設(shè)備具有煙支質(zhì)量好、有效作業(yè)率高、節(jié)省原輔材料和剔除點準確等特點。水松紙是過濾嘴香煙的重要組成部分，ZJ17卷接設(shè)備進行卷煙生產(chǎn)過程中，需要靠供紙輥將水松紙從紙盤支架中拉出并以一定的速度運行，從而完成水松紙供紙工序。即水松紙繞過供紙輥并被壓輥壓緊，供紙輥與橡膠壓輥之間的摩擦力帶動水松紙輸送，實現(xiàn)連續(xù)勻速供紙[1]。

1 水松紙壓緊輪研究現(xiàn)狀

當(dāng)前水松紙壓緊輪控制方式基本處在手動控制方式，效率低、使用壽命短，維修次數(shù)多。李關(guān)勤等[2]設(shè)計一種新型卷接機壓緊輪自動控制裝置和控制方法，使水松紙壓緊輪從手動控制方式提升到自動控制方式。王明剛、劉光兵等[3-5]對水松紙的導(dǎo)紙棍進行研究，在水松紙的傳送穩(wěn)定性、供紙裝置改進方面取得階段性進展?；⒂?、付保等[6-7]對水松紙導(dǎo)紙棍、壓緊輪的結(jié)構(gòu)上進行研究。王振國等[8]改造PROTOS70卷煙機水松紙導(dǎo)紙輥,在表面平整的導(dǎo)紙輥特定位置開槽,解決生產(chǎn)預(yù)打孔水松紙煙支時,煙支水松紙刮破,皺紋等質(zhì)量問題。趙斌等[9]通過對PROTOS1-8卷接機組水松紙上膠工藝及印刷、燙金亮光型水松紙?zhí)攸c的研究和分析,對水松紙上膠裝置處的導(dǎo)紙輥軸及支架進行了改進,實現(xiàn)了增大水松紙上膠時與上膠輥的接觸面積和接觸時間,使印刷、燙金亮光型水松紙進行充分上膠。解決PROTOS1-8卷接機組生產(chǎn)印刷、燙金亮光型水松紙細支卷煙牌號時易出現(xiàn)煙支漏氣（濾嘴脫落）、翹邊等質(zhì)量缺陷的問題,根據(jù)實際測試結(jié)果表明:導(dǎo)紙輥軸及支架改進后,煙支漏氣、翹邊等質(zhì)量缺陷率降低到約0.6%,降低了11.9個百分點。

但是以上均為堅決卷煙機壓緊輪磨損的問題，某卷煙廠為例，ZJ17水松紙壓緊裝置使用壽命僅有50天左右，經(jīng)統(tǒng)計，其主要有橡膠輥表面磨損、局部壓不到位、角度偏斜導(dǎo)致水松紙片長短不一、水松紙輸送皺褶等，因此造成更換零配件費用過高、生產(chǎn)效率下降，廢煙過多。

1.1 水松紙壓緊輪現(xiàn)有模型及工作原理

如圖1所示，2個橡膠輥3裝在支架5上，支架與基座之間有彈簧支承，支架中有一個偏心軸，通過轉(zhuǎn)動手柄2，即可將2個橡膠輥抬起脫離或壓緊供紙輥4。

圖1 現(xiàn)有水松紙輸送裝置原理圖

設(shè)備啟動前須人工手動旋轉(zhuǎn)手柄使橡膠輥壓緊供紙輥，無法脫離人工干預(yù)的影響。不論設(shè)備在任何狀態(tài)下，支架與基座間的彈簧始終處于受力狀態(tài)，長時間下來，彈簧的彈性形變存在受損隱患，且彈力大小無法定量。一旦手動旋轉(zhuǎn)手柄使橡膠輥壓緊供紙輥后，橡膠輥與供紙輥在相互接觸的徑向相位將始終存在擠壓，在設(shè)備長時間停機狀態(tài)下，橡膠輥可能存在徑向變形而無法恢復(fù)的問題，導(dǎo)致橡膠輥局部壓不到位或角度偏斜導(dǎo)致水松紙片長短不一，水松紙輸送皺褶等潛在的質(zhì)量隱患出現(xiàn)，此時便需要更換橡膠輥。

1.2 水松紙壓緊輪主要技術(shù)指標

為了解每臺機組的壓緊輪維修間隔時間，對在線機型進行了統(tǒng)計，見表1。由表1可知，通過對水松紙壓緊裝置的維修情況統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，水松紙壓緊裝置損壞頻率較高，使用壽命在50.23 d。

表1 水松紙壓緊裝置維修間隔時間統(tǒng)計表

2 水松紙壓緊輪自動控制的原理

為解決當(dāng)前問題，仔細分析了壓緊輪容易損壞的原因是水松紙壓緊裝置設(shè)計不合理導(dǎo)致壓緊輪長時間鎖緊、彈簧衰減和壓力不可控，根據(jù)實際需求重新設(shè)計了水松紙壓緊裝置的結(jié)構(gòu)。

2.1 基座改造

根據(jù)現(xiàn)有情況對基座進行改造，畫圖設(shè)計其改造方案如圖2所示。

圖2 全新設(shè)計的基座

2.2 壓緊輪動力裝置改造

經(jīng)分析原來壓緊輪的動力裝置為彈簧，經(jīng)過一段時間使用后彈簧容易產(chǎn)生老化，不易實現(xiàn)壓力的精準控制，所以改用氣缸代替，如圖3所示。

圖3 壓緊輪動力改造

采用試驗法設(shè)置氣缸壓力，一個工班內(nèi)因水松紙供應(yīng)裝置導(dǎo)致的停機次數(shù)隨壓力變化進行試驗，壓力值測試見表2。

表2 因水松紙供應(yīng)裝置導(dǎo)致的停機次數(shù)隨壓力變化試驗表

將數(shù)據(jù)進行回歸擬合分析，結(jié)果如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)擬合線圖

如圖4所示，方程y=0.085 3x2-10.771x+340.67可以算出最佳壓力值為63.14 N，實際取63 N，其對應(yīng)的停機次數(shù)為0，其中擬合優(yōu)度R2=0.936 3=93.63%＞90%，回歸擬合分析可信度很高，與試驗結(jié)果吻合。

2.3 控制系統(tǒng)改造

將原有的手柄控制改為氣缸控制，由電磁閥控制氣缸的進氣和排氣，實現(xiàn)氣缸的自動控制。

增加元件配置的電路、氣路來控制水松紙壓緊裝置的工作方式，其電路圖和氣路圖如圖5、圖6所示。

圖5 改造后的電路圖

圖6 改造后的氣路圖

如圖6所示，二位五通電磁閥的入氣口通過第1管路與氣源連接，二位五通電磁閥的第1接口通過第二管路4與氣缸的第一通孔連接，二位五通電磁閥的第2接口通過第三管路5與氣缸的第二通孔連接;活塞設(shè)置于第一接口與第二接口之間的氣缸內(nèi)，活塞與氣缸桿固定連接。增加手/自動旋鈕開關(guān)電磁閥、節(jié)流閥、磁性開關(guān)及附件。手動狀態(tài)控制氣缸行程，用塞尺調(diào)節(jié)橡膠輥、供紙輥間隙，使兩輥之間壓力值接近于63 N；通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥氣壓大小，可降低電磁閥控制的橡膠輥與供紙輥瞬間嚙合時的沖擊力，以延長執(zhí)行機構(gòu)使用壽命。在自動狀態(tài)下，設(shè)備停機時，電磁閥控制氣缸使橡膠輥脫離供紙輥，停止供紙；設(shè)備運行時，電磁閥切換氣壓，橡膠輥向下與供紙輥壓緊，以實現(xiàn)正常供紙。

3 水松紙壓緊裝置的安裝實施

通過對水松紙壓緊裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，經(jīng)組裝后如圖7所示。

圖7 水松紙壓緊輪零件圖

其工作過程為：在原有機構(gòu)的基礎(chǔ)上將手動旋轉(zhuǎn)手柄拆除，安裝氣缸固定于基座，氣缸活塞與支架間剛性連接。增加手動二位控制操作旋鈕，停機時可人工調(diào)節(jié)橡膠輥與供紙輥的間隙。在原機的切刀接觸器上增加輔助觸點，設(shè)備啟動時，斷開二位五通電磁閥的線圈電壓，使氣缸活塞帶動支架向下運動，橡膠輥與供紙輥之間壓緊，橡膠輥和供紙輥均圍繞各自中心軸做旋轉(zhuǎn)運動且供紙輥與2個橡膠輥的旋向相反，實現(xiàn)正常供紙；當(dāng)設(shè)備停止時，電磁閥控制氣缸活塞帶動支架向上運動，使得橡膠輥脫離供紙輥停止供紙。在氣缸活塞的有桿區(qū)域和無桿區(qū)域供氣端口增加2個節(jié)流閥，用于調(diào)節(jié)控制橡膠輥的升降快慢。在氣缸上增加磁性開關(guān)，用于啟動或運行時橡膠輥能脫離報警停機。

如圖8所示，改造前扭動蝴蝶閥以調(diào)節(jié)水松枝壓緊輪的松緊，使用過程中只能依靠經(jīng)驗，加入新員工或者其他人操作該設(shè)備就會出現(xiàn)壓力不均衡現(xiàn)象，但是改造后的就可以利用氣動裝置均勻控制壓力，保證壓緊輪始終保持在一個穩(wěn)定的壓力，減少其磨損，通用性強。

圖8 水松紙壓緊裝置實物圖

4 效果檢查

對水松紙壓緊裝置改進后6個月的維修次數(shù)進行統(tǒng)計分析，見表3。

由表3可知，橫向?qū)Ρ雀脑旌蟮?號設(shè)備和其他未改造的機臺因水松紙壓緊裝置而維修的次數(shù)可以看出，3號機在統(tǒng)計時間內(nèi)的維修次數(shù)為0，其他未改造機臺的維修次數(shù)保持在3～5次?？梢缘贸觯脑旌蟮臋C臺減少了維修次數(shù)，提高了效率，減少了物料的消耗。

表3 改裝后設(shè)備與未改裝的維修次數(shù)統(tǒng)計

5 結(jié)束語

通過對水松紙壓緊輪自動控制的重新設(shè)計，新裝置成本低，可行性高，通用性強。經(jīng)過使用后發(fā)現(xiàn)該項目進一步提高了設(shè)備自動化運行程度，實現(xiàn)了水松紙供紙壓輪機構(gòu)無人工干預(yù)的自動控制目標，同時新設(shè)計的水松紙自動壓緊裝置延長了使用壽命，減少了維修次數(shù)和維修時間，減少了物力、人力成本；提高了水松紙壓緊裝置的工作穩(wěn)定性，提高了生產(chǎn)效率；提高了水松紙壓緊裝置的可靠性，減少了因水松紙供送問題產(chǎn)生的質(zhì)量事故和不合格品。