ZB45型硬盒包裝機(jī)內(nèi)襯紙擺臂自動(dòng)切換裝置的研制與應(yīng)用

郭志琨 王亞光 黃昕

摘要：為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備效率，現(xiàn)有國產(chǎn)ZB45硬盒包裝機(jī)加裝了內(nèi)襯紙自動(dòng)拼接裝置及內(nèi)襯紙自動(dòng)涂油裝置。當(dāng)內(nèi)襯紙自動(dòng)拼接完成后，需要手動(dòng)切換內(nèi)襯紙切換檢測擺臂，否則自動(dòng)涂油裝置的毛氈架將不能旋轉(zhuǎn)與內(nèi)襯紙接觸，造成內(nèi)襯紙拉片圖案偏移或內(nèi)襯紙折疊不穩(wěn)等質(zhì)量問題。因此，對內(nèi)襯紙檢測擺臂進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)襯紙檢測擺臂的自動(dòng)切換。

Abstract： In order to improve product quality and equipment efficiency， the existing domestic ZB45 hard box packaging machine is equipped with an automatic lining paper splicing device and an automatic lining paper oiling device. When the lining paper is automatically spliced， you need to manually switch the lining paper to switch the swing arm， otherwise the felt holder of the automatic oiling device will not be able to rotate and contact the lining paper， causing quality problems of lining paper such as tab pattern shift or unstable folding. Therefore， the lining paper detection swing arm is improved， and the automatic switch of the lining paper detection swing arm is realized.

關(guān)鍵詞：ZB45硬盒包裝機(jī);自動(dòng)涂油裝置;自動(dòng)拼接裝置;擺臂自動(dòng)切換裝置

Key words： ZB45 hard box packaging machine;automatic oiling device;automatic splicing device;swing arm automatic switching device

中圖分類號(hào)：TS452+.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）11-0143-03

0? 引言

ZB45硬盒包裝機(jī)組是目前我國煙草行業(yè)應(yīng)用最廣泛的一種硬盒包裝機(jī)。因該設(shè)備為上世紀(jì)80年代研制的，90年代初我國大量引進(jìn)該型設(shè)備，由于該設(shè)備研制年代久遠(yuǎn)，自動(dòng)化程度不高，為了提高設(shè)備自動(dòng)化程度和效率，國內(nèi)各大煙廠均對其控制系統(tǒng)進(jìn)行了不同程度的技術(shù)改造，比如加裝內(nèi)襯自動(dòng)拼接功能，通過技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)內(nèi)襯紙?jiān)诓煌C(jī)情況下自動(dòng)拼接。但加增這一功能后內(nèi)襯紙余量檢測擺臂卻沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，每次自動(dòng)拼接后需要人工進(jìn)行切換，無形增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同是因?yàn)閮?nèi)襯紙余量檢測擺臂位置直接控制內(nèi)襯紙自動(dòng)涂油裝置涂油毛刷的切換，如果一旦切換擺臂不及時(shí)或暫時(shí)忘記切換，會(huì)造成內(nèi)襯紙拉片圖案偏移或折疊不好等量缺陷的產(chǎn)品，因此對檢測擺臂自動(dòng)切換進(jìn)行研制。

1? 方案選擇

通過PLC控制氣動(dòng)元件完成對內(nèi)襯紙檢測擺臂的自動(dòng)切換。此方案采用原機(jī)自帶氣源，加裝旋轉(zhuǎn)氣缸以控制擺臂來回?cái)[動(dòng)。氣路控制方面，氣壓傳動(dòng)具有響應(yīng)速度高，運(yùn)行穩(wěn)定，并具有一定的緩沖效果。在電氣控制方面，通過PLC編程控制擺臂自動(dòng)切換，編譯程序簡介，電路連接簡單。

2? 機(jī)械改進(jìn)部分

如圖1所示，圖中機(jī)械部件有聯(lián)軸器、旋轉(zhuǎn)氣缸、定位支架、底板、擺臂、擺臂軸等，整套裝置由底板安裝在機(jī)身頂板上。調(diào)整旋轉(zhuǎn)氣缸軸、聯(lián)軸器、擺臂軸位置，使三者同軸，通過聯(lián)軸器將旋轉(zhuǎn)氣缸扭矩傳至擺臂軸，使擺臂隨氣缸軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.1 旋轉(zhuǎn)氣缸選型

①根據(jù)負(fù)載性質(zhì)估算擺動(dòng)氣缸承受的力矩，負(fù)載可分為靜負(fù)載、阻性負(fù)載和慣性負(fù)載。因該設(shè)計(jì)擺動(dòng)氣缸是以一定的轉(zhuǎn)速帶動(dòng)負(fù)載做往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。所以其所承受的力矩按慣性負(fù)載計(jì)算。

即：

J-慣性負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，;

α-設(shè)負(fù)載作等加速度運(yùn)動(dòng)，;

θ-轉(zhuǎn)角;

t-轉(zhuǎn)過θ時(shí)的擺動(dòng)時(shí)間。

慣性負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，把整個(gè)擺臂看成擺桿予以計(jì)算，測出整個(gè)擺臂裝置質(zhì)量m=2.15kg，擺臂長度L=0.3m。

則

負(fù)載加速度的計(jì)算，內(nèi)襯紙切換時(shí)測出擺臂擺動(dòng)角度為165°，所用時(shí)間為1.2s。

;

②按負(fù)載性質(zhì)選擇負(fù)載率，擺動(dòng)氣缸的負(fù)載率η=，M0-擺動(dòng)氣缸的有效輸出力矩（N·m）。

對于慣性負(fù)載η在0.1到0.25之間選取。取值與擺動(dòng)速度大小有關(guān)，擺動(dòng)速度快應(yīng)取小值，為了確保有效輸出力矩足夠大，此處取η=0.1。即。

用量角器測量擺臂在左右切換時(shí)極限位置夾角α=150°，則氣缸所需最小夾角β=360°-150°=210°。根據(jù)M0、擺動(dòng)角度β以及供壓P，選擇葉片式擺動(dòng)氣缸DMS-25-270，其具有旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)，動(dòng)作靈敏、可靠等特點(diǎn)。表1為葉片擺動(dòng)氣缸的相關(guān)參數(shù)。從表1可知，此氣缸最大旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)矩均滿足要求。

2.2 聯(lián)軸器選型

聯(lián)軸器連接旋轉(zhuǎn)氣缸軸與擺臂軸，起傳遞扭矩作用。選擇撓性聯(lián)軸器（圖4所示）能補(bǔ)償擺臂軸、氣缸軸兩軸線相對位移并具有緩沖減震作用。根據(jù)氣缸軸徑、擺臂軸徑、氣缸額定轉(zhuǎn)矩，選擇的聯(lián)軸器LM-40-12-15，相應(yīng)參數(shù)見表2。

2.3 固定支架與底板設(shè)計(jì)

根據(jù)旋轉(zhuǎn)氣缸外觀尺寸設(shè)計(jì)支架圖5與底板圖6，結(jié)構(gòu)圖5、圖6所示，將氣缸固定孔、支架固定孔設(shè)計(jì)成腰孔，便于安裝旋轉(zhuǎn)氣缸時(shí)調(diào)整旋轉(zhuǎn)氣缸軸與擺臂軸的同軸度。

2.4 滾輪套的設(shè)計(jì)

滾輪套的作用主要有兩點(diǎn)：一由于旋轉(zhuǎn)氣缸在擺動(dòng)過程中，會(huì)與內(nèi)襯紙卷發(fā)生碰撞，損壞內(nèi)襯紙。安裝滾輪套，有助于增加接觸面積，可緩解對內(nèi)襯紙的沖擊。二在擺臂自動(dòng)切換后，旋轉(zhuǎn)氣缸兩側(cè)均不供氣。擺臂在重力的作用下，要能夠隨內(nèi)襯紙卷半徑變小而慢慢下落。由于旋轉(zhuǎn)氣缸其內(nèi)腔壁與葉片密封性較好，氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，存在一定阻力。安裝滾輪，對擺臂配重，有助于擺臂自由下落。根據(jù)以上兩點(diǎn)要求，選擇耐磨性較強(qiáng)的尼龍材料，根據(jù)擺臂滾輪外徑設(shè)計(jì)出滾輪套，結(jié)構(gòu)、尺寸如圖7。

3? 氣動(dòng)原理設(shè)計(jì)部分

如圖8所示，圖中的氣動(dòng)元件有旋轉(zhuǎn)氣缸、節(jié)流閥、兩位三通電磁閥、調(diào)壓閥。氣源先經(jīng)過調(diào)壓閥調(diào)壓，分別與兩位三通電磁閥的供氣口相連，并在電磁閥的排氣口分別加裝節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)排氣流量，以控制旋轉(zhuǎn)擺臂的擺動(dòng)速度。兩位三通電磁閥分別與氣缸相連，通過控制電磁閥閥芯的開合，控制旋轉(zhuǎn)氣缸動(dòng)作。

4? 電氣原理設(shè)計(jì)部分

ZB45的控制系統(tǒng)采用的GD-PLC /Micro Ⅱ系統(tǒng)，其控制軟件受主機(jī)廠家知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，不允許對控制軟件進(jìn)行編輯修改，只能從外圍取信號(hào)重新設(shè)計(jì)一個(gè)小型控制系統(tǒng)對內(nèi)襯紙檢測擺臂行動(dòng)切換進(jìn)行控制，經(jīng)過對比我們選用西門子S7-200PLC做為這個(gè)系統(tǒng)的控制器。

圖9電氣原理，圖中的電氣元件有PLC控制器、中間繼電器、電磁閥、報(bào)警指示燈等，將左、右側(cè)內(nèi)襯紙切刀及內(nèi)襯紙反搭桿位置工作信號(hào)分別接入PLC的輸入端，輸出端與中間繼電器相連，繼電器的常開觸點(diǎn)分別與驅(qū)動(dòng)內(nèi)襯紙擺臂電磁閥相連。通過編程，輸出控制，電磁閥換向供氣，旋轉(zhuǎn)氣缸工作，控制擺臂自動(dòng)切換，切換后線圈失電，旋轉(zhuǎn)氣缸兩側(cè)均不供氣，擺臂在重力的作用下，隨內(nèi)襯紙卷半徑變小而慢慢下落。當(dāng)內(nèi)襯紙用至設(shè)定余量時(shí)，檢測器將內(nèi)襯紙用完信號(hào)輸入至PLC，擺臂將自動(dòng)切換到另一側(cè)。如果在擺臂在切換過程中因故障或裝置中的電磁閥工作不正常、氣缸卡死未動(dòng)作時(shí)，延時(shí)3秒將通過原機(jī)上的內(nèi)襯剪切相位指示燈閃爍報(bào)警，警示操作人員手動(dòng)切換擺臂。

輸入信號(hào)：I0.0? 左內(nèi)襯紙切刀工作信號(hào);I0.1? 右內(nèi)襯紙切刀工作信號(hào);I0.2? 內(nèi)襯紙反搭桿位置信號(hào)。

輸出信號(hào)：Q0.0? 左向右切換繼電器;Q0.1? 右向左切換繼電器;Q0.2? 報(bào)警輸出。

A1、A2 中間繼電器;Y1、Y2 左右擺臂切換驅(qū)動(dòng)電磁閥;A3 內(nèi)襯剪切相位指示燈。

5? 效果及應(yīng)用

內(nèi)襯紙檢測擺臂自動(dòng)切換裝置普遍應(yīng)用于ZB45型包裝機(jī)組，能夠極大的減少內(nèi)襯紙自動(dòng)切換完成后，內(nèi)襯紙印花偏移缺陷煙包數(shù)，提升了產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)率與設(shè)備有效作用率，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大的提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度。

參考文獻(xiàn)：

[1]ZB45型硬盒包裝機(jī)使用說明書.上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司.

[2]ZB45型硬盒硬條包裝機(jī)組培訓(xùn)教材.上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司.

[3]周軍.電氣控制及PLC[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]ZB45/ZB25型包裝設(shè)備電氣維修.煙草行業(yè)煙機(jī)設(shè)備電氣技術(shù)培訓(xùn)教材.