YF716型包裝機(jī)組物料站拉紙驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

摘 要：【目的】許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司YF716型包裝機(jī)組物料站在與ZB48A型包裝機(jī)組對(duì)接過程中，因內(nèi)框紙進(jìn)入包裝機(jī)時(shí)紙張力不均而導(dǎo)致包裝機(jī)切片尺寸長(zhǎng)度不一致。為解決這一問題，設(shè)計(jì)出一種新型拉紙驅(qū)動(dòng)裝置。【方法】通過在兩機(jī)組之間增加一拉紙驅(qū)動(dòng)裝置，利用氣缸控制的可擺動(dòng)單向壓紙輥的抬起與下壓來實(shí)現(xiàn)紙張的輸送與停止，并通過超聲波傳感器制造一段零張力空間，同時(shí)紙輥與伺服電機(jī)通過同步帶連接，實(shí)現(xiàn)速度的實(shí)時(shí)響應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)與包裝機(jī)的信號(hào)完全同步。【結(jié)果】最終實(shí)物分析表明，加裝拉紙驅(qū)動(dòng)裝置后，包裝機(jī)切片的尺寸誤差不超過0.2 mm，被控制在允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)與包裝機(jī)排空信號(hào)的完全同步?！窘Y(jié)論】在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上增加該裝置，能有效解決紙張力不均及包裝機(jī)排空時(shí)材料浪費(fèi)的問題，滿足機(jī)組全自動(dòng)化及綠色生產(chǎn)的工藝要求。

關(guān)鍵詞：包裝機(jī)物料站；拉紙驅(qū)動(dòng)；排空；紙張力控制

中圖分類號(hào)：TS43" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1003-5168（2025）01-0033-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.01.006

Design of the Paper Pulling Drive Device for YF716 Packaging Unit

Material Station

LI Jun

（Xuchang Tobacco Machinery Co.， Ltd.， Xuchang 461000， China）

Abstract：[Purposes] In the process of the material station of the new YF716 packaging unit of Xuchang Smoke Machine Co.， Ltd. docking with the ZB48A packaging unit， in order to solve the problem that the paper tension of the inner frame paper is uneven when it enters the packaging machine， which results in the inconsistent size and length of the slice of the packaging machine， a new paper pulling drive device was designed.[Methods] By adding a paper pulling drive device between the two units， the lifting and pressing of the swingable unidirectional paper pressing roller controlled by the cylinder are used to realize the conveying and stopping of the paper， and a section of zero-tension space is created through the ultrasonic sensor， and the paper roller and the servo motor are connected through the synchronous belt to realize the real-time response of the speed， so as to achieve complete synchronization with the signal of the packaging machine.[Findings] Through the final physical test analysis， after the installation of the paper pulling driving device， the slice size error of the packaging machine was controlled within the allowable range， and the complete synchronization with the emptying signal of the packaging machine was realized.[Conclusions] On the basis of the existing process， the addition of this device can effectively solve the problems of uneven paper tension and material waste when the packaging machine is emptied， and meet the process requirements of fully automated and green production of the unit.

Keywords： packaging machine material station; paper pulling drive; emptying; paper tension control

收稿日期：2024-09-23

作者簡(jiǎn)介：李俊（1995—），男，碩士，助理工程師，研究方向：煙草設(shè)備設(shè)計(jì)開發(fā)。

0 引言

YF716型包裝機(jī)組物料站是許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司在YF712/YF713［1-5］型包裝機(jī)物料站基礎(chǔ)上，結(jié)合德國(guó)Focke公司M798［6］型的技術(shù)優(yōu)勢(shì)所開發(fā)的新型物料站。該物料站解決了原物料站占地面積大、自動(dòng)化程度低、人員占用率高等問題，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)上卷、全自動(dòng)開卷、全自動(dòng)上膠帶、全自動(dòng)拼接、舊卷筒自動(dòng)剔除等功能及無人值守的完全自動(dòng)運(yùn)行。

與包裝機(jī)對(duì)接后，如何保證切片均勻及避免排空時(shí)材料浪費(fèi)成為技術(shù)關(guān)鍵。受傳輸距離、摩擦力等因素的影響，內(nèi)框紙?jiān)谳斔瓦^程中的紙張力波動(dòng)較大，導(dǎo)致切片尺寸不一致，嚴(yán)重影響煙支的包裝質(zhì)量。此外，包裝機(jī)定期切斷內(nèi)框紙進(jìn)行排空，物料站與包裝機(jī)信號(hào)不能及時(shí)同步，從而造成排空期間物料站繼續(xù)供紙，導(dǎo)致材料浪費(fèi)。

為了滿足機(jī)組全自動(dòng)化和綠色生產(chǎn)的要求，在不改變?cè)邢到y(tǒng)的基礎(chǔ)上，本研究設(shè)計(jì)并開發(fā)出一種新型拉紙驅(qū)動(dòng)裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)紙張張力的動(dòng)態(tài)控制，并在包裝機(jī)發(fā)出排空信號(hào)的最短時(shí)間內(nèi)截停紙張，在確保切片均勻的同時(shí)，避免材料浪費(fèi)。

1 工藝流程

內(nèi)框紙通過YF716物料站進(jìn)入ZB48A型包裝機(jī)，物料站已實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)拼接、換盤等功能，可實(shí)現(xiàn)無間斷持續(xù)供應(yīng)。YF716與包裝機(jī)紙帶輸送示意如圖1所示。

放卷軸向包裝機(jī)不間斷供應(yīng)內(nèi)框紙，備用卷軸由開卷裝置將卷盤的新紙頭拉開，拼接裝置將新紙進(jìn)行切斷，膠帶供給裝置拉開卷狀膠帶，并將膠帶固定在開卷裝置的膠帶板上，膠帶板擺動(dòng)，壓在備用卷軸的新紙頭上。當(dāng)檢測(cè)到放卷軸即將耗盡時(shí)，放卷軸停止供紙，夾紙裝置將紙夾緊，拼接裝置將放卷軸的紙頭切斷，并搭接在備用卷軸的新紙頭上，完成內(nèi)框紙輸送流程，由備用卷軸繼續(xù)無間斷向包裝機(jī)繼續(xù)供紙，原放卷軸剔除舊卷筒，并繼續(xù)補(bǔ)充新材料，實(shí)現(xiàn)內(nèi)框紙供應(yīng)的零間斷。

2 存在的問題

在輸送過程中，由于負(fù)壓吸風(fēng)裝置和內(nèi)框紙直角轉(zhuǎn)向裝置的存在，導(dǎo)致輸送過程中的阻力增大，使包裝機(jī)必須克服一定的紙張張力才能保證內(nèi)框紙順利輸送。然而，包裝機(jī)自帶的紙輥提供的拉力較小，無法輕松克服現(xiàn)有張力，難以拖動(dòng)內(nèi)框紙移動(dòng)，導(dǎo)致切片時(shí)尺寸波動(dòng)過大，無法滿足工藝要求。

為解決現(xiàn)有問題，本研究在物料站與包裝機(jī)連接通道的出口處新增一拉紙驅(qū)動(dòng)裝置，制造出一段零張力空間，并用伺服電機(jī)控制的雙紙輥來解決切片時(shí)張力過大和排空浪費(fèi)問題。在解決上述問題的同時(shí)，保證設(shè)備的簡(jiǎn)易性、可替換性，同時(shí)模塊化設(shè)計(jì)也有利于在對(duì)接不同機(jī)型時(shí)能靈活替換安裝位置，節(jié)約人力成本。

3 結(jié)構(gòu)及功能實(shí)現(xiàn)

保持物料站原有部件不變的基礎(chǔ)上，在輸送通道出口處新增一種裝置，解決內(nèi)框紙輸送過程中因張力過大而導(dǎo)致的切片尺寸不一致的問題。同時(shí)，受安裝空間的制約，在滿足功能的前提下，對(duì)裝置整體尺寸有著較高的要求。

針對(duì)上述問題，本研究設(shè)計(jì)出一款拉紙驅(qū)動(dòng)裝置，如圖2所示，其由單向壓紙輥、驅(qū)動(dòng)單向壓紙輥擺動(dòng)的線性氣缸、拖紙輥、伺服電機(jī)、減速器、紙庫緩沖機(jī)構(gòu)及檢測(cè)緩沖區(qū)位置的超聲波傳感器等部件組成。

拉紙驅(qū)動(dòng)裝置被安裝在包裝機(jī)紙帶入口下方，當(dāng)需要手動(dòng)穿引新材料時(shí)，單向壓紙輥與拖紙輥分開，將紙帶按方向引入。穿紙完成后，單向壓紙輥靠近拖紙輥，將材料壓在拖紙輥上，拖紙輥以0.2 m/s的線速度向前輸送材料。包裝機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，拖紙輥電機(jī)將根據(jù)包裝機(jī)的運(yùn)行速度來自動(dòng)調(diào)整拖紙輥轉(zhuǎn)速，以跟蹤包裝機(jī)速度，并確保紙緩存庫位置始終保持在超聲波傳感器設(shè)定的位置上。此時(shí)，進(jìn)入包裝機(jī)的紙帶是從紙庫緩沖機(jī)構(gòu)導(dǎo)入的，在不考慮滑動(dòng)摩擦的情況下，紙庫緩沖區(qū)域的紙張力基本為零，所以，此時(shí)包裝機(jī)對(duì)內(nèi)框紙進(jìn)行切片時(shí)不會(huì)受到反向的牽引力。

當(dāng)包裝機(jī)需要排空時(shí)，包裝機(jī)切刀將內(nèi)框紙切斷，拖紙輥電機(jī)保持鎖死狀態(tài)，防止材料移動(dòng)，等待包裝機(jī)排空完成后，包裝機(jī)紙輥拖動(dòng)內(nèi)框紙材料緩慢前進(jìn)，將材料送至包裝機(jī)內(nèi)框紙拖紙輥上，拉紙驅(qū)動(dòng)裝置上的拖紙輥電機(jī)也會(huì)隨信號(hào)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)超聲波傳感器檢測(cè)數(shù)值，持續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)整紙庫緩存區(qū)位置。包裝機(jī)排空時(shí)，由于存在緩沖區(qū)域，內(nèi)框紙不會(huì)被反向拉出，內(nèi)框紙會(huì)被壓緊截止，不會(huì)繼續(xù)向包裝機(jī)輸送，從而大大減少內(nèi)框紙的浪費(fèi)。

4 電控方案設(shè)計(jì)

柔性紙庫緩存機(jī)構(gòu)中，超聲波傳感器讀取與正前方內(nèi)框紙U型轉(zhuǎn)彎區(qū)域的距離數(shù)據(jù)，使內(nèi)框紙U型區(qū)域與超聲波傳感器的距離始終為20 cm。當(dāng)包裝機(jī)忽然提速，緩存區(qū)域內(nèi)的紙帶就會(huì)被快速拉走，超聲波傳感器檢測(cè)到的距離減小，伺服電機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)實(shí)時(shí)提高轉(zhuǎn)速，加快紙帶供應(yīng)，保證緩存機(jī)構(gòu)中的紙帶U型轉(zhuǎn)彎處與超聲波傳感器的距離動(dòng)態(tài)為20 cm。

信號(hào)傳輸?shù)暮诵氖菍?shí)時(shí)變動(dòng)的速度信號(hào)，拉紙驅(qū)動(dòng)裝置負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是伺服電機(jī)和與單向壓紙輥連接的驅(qū)動(dòng)氣缸。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)氣缸將單向壓紙輥壓在送紙輥上，此時(shí)物料站控制單元讀取包裝機(jī)發(fā)送的實(shí)時(shí)速度信號(hào)，根據(jù)包裝機(jī)所需要的速度，拉紙驅(qū)動(dòng)裝置的伺服電機(jī)及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)速計(jì)算過程如下。

與伺服電機(jī)相連接的過紙輥直徑d為60 mm，則紙輥每旋轉(zhuǎn)一周所通過內(nèi)框紙長(zhǎng)度計(jì)算見式（1）。

[L=πd=188.5 mm]" （1）

ZB48A型包裝機(jī)的運(yùn)行速度以700包/min為例，內(nèi)框紙要求的單片剪切長(zhǎng)度工藝要求為31.4 mm，所以內(nèi)框紙輸送時(shí)的運(yùn)行線速度見式（2）。

[v線=700×31.4=21 980 mm/min] （2）

因此物料站中放卷軸的實(shí)時(shí)線速度也應(yīng)為21 980 mm/min，此時(shí)放卷軸的旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算見式（3）。

[ω=27 980πD] （3）

式中：ω為旋轉(zhuǎn)速度，r/min；D為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)放卷盤的直徑（實(shí)時(shí)變動(dòng)），mm。

將放卷盤的轉(zhuǎn)速信號(hào)換算為放卷電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息，實(shí)現(xiàn)內(nèi)框紙切片時(shí)拉紙驅(qū)動(dòng)裝置與包裝機(jī)、物料站放卷軸的速度動(dòng)態(tài)同步。

當(dāng)排空時(shí)，包裝機(jī)發(fā)送排空信號(hào)，物料站控制器在接收到該信號(hào)后，伺服電機(jī)鎖死，防止內(nèi)框紙因通道中紙張力的存在而后退，包裝機(jī)切斷內(nèi)框紙，執(zhí)行排空程序；排空完成后，與送紙輥相連的伺服電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，將內(nèi)框紙繼續(xù)向前輸送；到位時(shí)，由包裝機(jī)入口處的傳感器獲取信號(hào)，開始加速運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)發(fā)送同步信號(hào)，拉紙驅(qū)動(dòng)裝置伺服電機(jī)開始與包裝機(jī)速度同步旋轉(zhuǎn)。內(nèi)框紙排空過程中，基本可實(shí)現(xiàn)內(nèi)框紙的零浪費(fèi)，并實(shí)現(xiàn)無間斷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 實(shí)物測(cè)試

拉紙驅(qū)動(dòng)裝置與包裝機(jī)對(duì)接完成后的實(shí)物圖如圖3所示。經(jīng)過一段連續(xù)時(shí)間運(yùn)行，機(jī)組整體運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

根據(jù)卷煙企業(yè)及包裝線工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，內(nèi)框紙切片尺寸要求為31.4 mm±0.2 mm，在YF716型包裝機(jī)組物料站與ZB48A型包裝機(jī)連續(xù)3 d的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)際測(cè)試過程中，隨機(jī)時(shí)段進(jìn)行10次抽樣檢測(cè)，結(jié)果見表1。

由表1可知，偏差最大的為第3組數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度為31.59 mm，偏差尺寸為0.19 mm（小于0.20 mm），符合工藝標(biāo)準(zhǔn)的要求；偏差最小的為第8組數(shù)據(jù)，長(zhǎng)度為31.43 mm，偏差尺寸為0.03 mm，10次隨機(jī)抽樣結(jié)果長(zhǎng)度平均值為31.424 mm。

實(shí)物測(cè)試結(jié)果表明，加裝拉紙驅(qū)動(dòng)裝置后，包裝機(jī)切片尺寸誤差被控制在允許范圍內(nèi)，且與包裝機(jī)排空信號(hào)實(shí)現(xiàn)了完全同步，執(zhí)行到位，避免材料浪費(fèi)。該裝置對(duì)提高機(jī)組運(yùn)行效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有顯著效果。

6 結(jié)語

本研究成功設(shè)計(jì)并制造了拉紙驅(qū)動(dòng)裝置，有效解決內(nèi)框紙紙張力波動(dòng)引起的切片長(zhǎng)度不一致及排空材料浪費(fèi)的問題。該裝置安裝位置靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，能滿足用戶使用要求。此外，該裝置具有較低的生產(chǎn)成本和高效穩(wěn)定的性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)新型物料站的全自動(dòng)化運(yùn)行，無需人工干預(yù)，不會(huì)對(duì)材料造成浪費(fèi)，質(zhì)量穩(wěn)定、運(yùn)行高效，能有效降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，為國(guó)產(chǎn)煙草物料站領(lǐng)域帶來技術(shù)突破。

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