長役齡儲(chǔ)柜布料系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)

馬齊瑤，向 光，戴 勇，禹 韜

（湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司長沙卷煙廠，湖南長沙 410007）

0 引言

在卷煙生產(chǎn)過程中，儲(chǔ)柜廣泛應(yīng)用于預(yù)混、儲(chǔ)葉、儲(chǔ)絲等工序，主要起到混合配方、平衡水分、吸收料液、緩沖銜接和流量控制的作用[1]。儲(chǔ)柜布料系統(tǒng)主要包括柜頂軌道、布料行車、分配行車3 個(gè)部分，其中分配行車在布料行車上方作橫向寸動(dòng)將物料均勻輸送給布料行車，布料行車沿柜頂軌道作縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過縱橫往復(fù)的布料方式將物料均勻地平鋪在柜體內(nèi)部。長役齡儲(chǔ)柜布料系統(tǒng)易出現(xiàn)布料行車走輪打滑、分配行車和與布料行車錯(cuò)位的現(xiàn)象，會(huì)造成布料行車報(bào)警停車、物料泄漏、儲(chǔ)柜布料不均的情況，儲(chǔ)柜布料不均易造成出料流量波動(dòng)，出現(xiàn)斷料或堵料現(xiàn)象[2]。

1 儲(chǔ)柜工作原理

儲(chǔ)柜主要包括柜體、布料行車、分配行車3 個(gè)部分，柜體上方兩側(cè)安裝有沿水平方向平行的軌道，布料行車位于儲(chǔ)柜柜體上方，由布料皮帶機(jī)、布料行車支撐架、齒輪齒條裝置、走輪及驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，布料皮帶通過4 組齒輪、齒條裝置實(shí)現(xiàn)在布料行車支撐架上的固定及橫向位移。4 組走輪安裝在布料行車支撐架上，其中一組走輪為帶電機(jī)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，其余3 組走輪為隨動(dòng)輪，走輪均與柜體上方兩側(cè)的軌道接觸，通過走輪在軌道上的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)布料行車的縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。分配行車在布料行車上方作橫向往復(fù)寸動(dòng)，通過和縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的布料行車相配合，實(shí)現(xiàn)物料在儲(chǔ)柜內(nèi)的均勻分布[3]。儲(chǔ)柜結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1 所示。

圖1 儲(chǔ)柜結(jié)構(gòu)及工作原理

儲(chǔ)柜布料系統(tǒng)主要由柜頂軌道、布料行車、分配行車3 個(gè)部分構(gòu)成，布料行車在柜頂軌道上反復(fù)運(yùn)行，分配行車依據(jù)程序的設(shè)定在規(guī)定的時(shí)間間隔后橫向位移一定距離，在分配行車橫向位移設(shè)定距離后，布料行車在程序控制下通過4 組齒輪、齒條裝置驅(qū)動(dòng)橫向位移同樣的距離，這樣就能保證布料行車和分配行車始終處于相互配合、物料交接順暢的位置。

2 布料行車縱向往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

布料行車支撐架上安裝有4 組走輪，其中1 組走輪為主動(dòng)輪，由走輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過鏈傳動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其余3 組為隨動(dòng)輪，4 組走輪均與軌道相接觸并通過主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)（圖2）。布料行車縱向往復(fù)的過程中，有一激光測(cè)距儀測(cè)量布料行車縱向往復(fù)的位移是否符合程序的設(shè)定值，如果實(shí)際位移與程序設(shè)定值不匹配，布料行車會(huì)自動(dòng)報(bào)警停車。

圖2 布料行車縱向往復(fù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

3 布料行車與分配行車定位方式

布料行車與分配行車通過激光測(cè)距儀進(jìn)行定位[4]，布料行車和分配行車在橫向位移方向上均裝有激光測(cè)距儀反光板，在儲(chǔ)柜固定機(jī)架上安裝有激光與接收傳感器，激光實(shí)時(shí)發(fā)射至布料行車與分配行車的反光板上，接收器接收返回的激光光束，通過PLC 處理后，得出布料行車及分配行車與固定的傳感器之間的距離。這兩個(gè)距離信息傳入PLC 中，通過設(shè)定的程序自動(dòng)控制布料行車與分配行車的橫向位移，確保布料行車和分配行車位于相互配合的位置，在程序設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，布料行車與分配行車未移動(dòng)至配合位置，儲(chǔ)柜布料系統(tǒng)會(huì)報(bào)警停車。

4 布料行車走輪打滑、分配行車和與布料行車錯(cuò)位的現(xiàn)象

4.1 布料行車走輪打滑分析與改進(jìn)思路

由于布料行車長時(shí)間使用運(yùn)行，布料行車走輪及軌道均有較大磨損，行車走輪對(duì)軌道的適應(yīng)能力持續(xù)下降，軌道上任意一處的凹面下沉和光面磨損都有可能導(dǎo)致布料行車走輪打滑。布料行車現(xiàn)有的4 組走輪中，只有1 組主動(dòng)輪，當(dāng)主動(dòng)輪發(fā)生打滑時(shí)會(huì)導(dǎo)致布料行車縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)卡阻甚至停滯[5]，導(dǎo)致布料行車在程序設(shè)定時(shí)間內(nèi)不能完成相應(yīng)的位移，儲(chǔ)柜布料系統(tǒng)報(bào)警停車，進(jìn)料停止。在制絲流水線生產(chǎn)過程中，當(dāng)儲(chǔ)柜進(jìn)料停止時(shí)，前段生產(chǎn)流程也會(huì)相應(yīng)停產(chǎn)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

為解決長役齡儲(chǔ)柜布料系統(tǒng)易發(fā)生走輪打滑的問題，設(shè)計(jì)制作一種儲(chǔ)柜布料行車增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置，通過新增一個(gè)增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪來提高布料行車縱向往復(fù)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.2 分配行車與布料行車錯(cuò)位分析與改進(jìn)思路

觀察生產(chǎn)過程中分配行車與布料行車運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)分配行車用來定位的激光測(cè)距儀反光板在行車運(yùn)行過程中有抖動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致分配行車運(yùn)行過程中定位不準(zhǔn)。分配行車與布料行車運(yùn)行過程中的剎車模式采用的是切斷動(dòng)力后利用行車自重產(chǎn)生的摩擦阻力進(jìn)行制動(dòng)[6]，隨著設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行老化，分配行車與布料行車制動(dòng)效率持續(xù)下降，現(xiàn)分配行車與布料行車運(yùn)行過程中制動(dòng)位置控制參數(shù)已不適應(yīng)現(xiàn)在的工況，容易出現(xiàn)錯(cuò)位的情況。需要提高激光測(cè)距儀測(cè)距精度，優(yōu)化布料系統(tǒng)控制程序，減少分配行車與布料行車錯(cuò)位的情況。

5 改進(jìn)措施

5.1 布料行車增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

儲(chǔ)柜布料行車增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置主要由安裝支架、增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪支撐軸、增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)鏈輪、傳動(dòng)鏈條、主動(dòng)鏈輪、布料行車主動(dòng)輪組成（圖3）。

圖3 儲(chǔ)柜布料行車增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)

儲(chǔ)柜布料行車增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置各組件位置分布如爆炸圖4所示。

圖4 儲(chǔ)柜布料行車增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置爆炸圖

安裝支架用于將增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪固定在布料行車支撐架上，其頂部和底部共開有4 個(gè)腰型孔，用于固定在布料行車支撐架上，并可以左右調(diào)整其安裝位置。安裝支架上有4 個(gè)螺孔，用于固定增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪支撐軸。增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪支撐軸用于安裝增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪，軸上開槽，用于安裝擋圈。支撐軸底部安裝孔采用腰形孔設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)上下兩個(gè)方向的位置調(diào)整。

增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪外徑和布料行車主動(dòng)輪外徑相等，確保兩輪線速度一致，布料行車主動(dòng)輪通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪作同步同向轉(zhuǎn)動(dòng)。增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)側(cè)有一臺(tái)階，臺(tái)階兩側(cè)各裝有一個(gè)深溝球軸承，輪內(nèi)開槽，用兩個(gè)擋圈分別對(duì)兩個(gè)軸承外圈進(jìn)行限位。主、從動(dòng)鏈輪采用同一規(guī)格，確保增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪和布料行車主動(dòng)輪線速度一致，在鏈輪上開有4 個(gè)通孔，便于將鏈輪用螺釘固定在增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪和布料行車主動(dòng)輪上。傳動(dòng)鏈條和主、從動(dòng)鏈輪相嚙合，將布料行車主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞至增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪，通過調(diào)整安裝支架的左右位置，可以對(duì)傳動(dòng)鏈條進(jìn)行張緊或松開。

5.2 布料行車增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)際運(yùn)用

（1）在布料行車支撐架適宜位置打4 個(gè)腰形孔，用4 顆螺釘將安裝支架固定在布料行車支撐架上，安裝支架上4 個(gè)螺孔朝外。

（2）將兩個(gè)深溝球軸承安裝在增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪上裝好擋圈，將增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪支撐軸軸端裝入深溝球軸承內(nèi)圈位置并裝好擋圈。

（3）將增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪及增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪支撐軸裝到安裝支架上，用4 顆螺釘進(jìn)行固定，可以通過調(diào)整支撐軸上的4 個(gè)腰形孔進(jìn)行上下位置的微調(diào)以確保走輪和軌道接觸，再將從動(dòng)鏈輪安裝在增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪上，用4 顆螺釘進(jìn)行固定。

（4）在布料行車主動(dòng)輪上鉆4 個(gè)孔并攻絲，注意螺孔位置應(yīng)該和增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪保持一致，用4 顆螺釘將主動(dòng)鏈輪固定在布料行車主動(dòng)輪上。

（5）安裝傳動(dòng)鏈條，傳動(dòng)鏈條和主、從動(dòng)鏈輪相嚙合，將布料行車主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞至增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪，通過調(diào)整安裝支架的左右位置，可以對(duì)傳動(dòng)鏈條進(jìn)行張緊或松開，確保傳動(dòng)鏈條張緊適度。

（6）儲(chǔ)柜布料行車增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置安裝完畢，試車正常后加裝防護(hù)罩即可投入生產(chǎn)使用。

增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪通過鏈傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)和布料行車主動(dòng)輪的同步運(yùn)轉(zhuǎn)[7]，當(dāng)布料行車主動(dòng)輪打滑時(shí)，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)輪仍然能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)布料行車正常運(yùn)行，避免因?yàn)椴剂闲熊囍鲃?dòng)輪打滑導(dǎo)致的布料行車縱向往復(fù)異常，減少走輪打滑導(dǎo)致的布料故障。對(duì)于長役齡儲(chǔ)柜，更換全部磨損軌道及走輪也能解決布料行車打滑問題，不過成本高、改造時(shí)間長、施工難度大，通過新增布料行車增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置，可以顯著提升長役齡儲(chǔ)柜的布料穩(wěn)定性，效果顯著，成本低廉，具有較高實(shí)用推廣價(jià)值。

5.3 提高分配行車與布料行車定位精度

（1）設(shè)計(jì)制作一個(gè)分配行車激光測(cè)距儀反光板固定支架（圖5），通過新增兩個(gè)支撐肋，確保反光板在行車運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性，提高行車定位精度。

圖5 激光測(cè)距儀反光板固定支架

（2）重新調(diào)整分配行車與布料行車運(yùn)行程序，優(yōu)化行車距離計(jì)算方法、控制邏輯和制動(dòng)位置控制參數(shù)。對(duì)布料行車與上方的分配行車實(shí)際運(yùn)行距離進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)柜橫向點(diǎn)動(dòng)5 次，記錄總的距離偏差，計(jì)算得出每次運(yùn)行的距離偏差，在PLC 程序中對(duì)原程序進(jìn)行優(yōu)化，將點(diǎn)動(dòng)距離減去偏差作為修正值，設(shè)置為布料行車的實(shí)際運(yùn)行設(shè)定值，再根據(jù)生產(chǎn)過程實(shí)際進(jìn)料情況進(jìn)行進(jìn)一步的位置微調(diào)和行車定位。

6 改進(jìn)效果

改進(jìn)之后，由于布料行車走輪打滑、分配行車和與布料行車錯(cuò)位引起的儲(chǔ)柜報(bào)警停車次數(shù)降低80%，顯著提升長役齡儲(chǔ)柜布料系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

7 結(jié)束語

對(duì)于長役齡儲(chǔ)柜，更換全部磨損軌道走輪、更新激光測(cè)距裝置成本高，改造時(shí)間長。通過新增布料行車增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)裝置、提高分配行車與布料行車定位精度可以顯著提升長役齡儲(chǔ)柜的布料穩(wěn)定性，是一種低耗高效的長役齡儲(chǔ)柜維保方法。