ZB45 包裝機組自動儲包補包裝置的設計

蔡洪江，周詩華，張 華，李 超，宋 宇，吳傳緒

貴州中煙工業有限責任公司畢節卷煙廠，貴州省畢節市七星關區濱河東路 551700

ZB45 包裝機組是從意大利GD 公司引進技術生產的國產化卷煙包裝設備，主要生產常規卷煙和細支卷煙［1］。該機組由主機部分（YB45 硬盒包裝機）與輔機部分（YB55 盒外透明紙包裝機、YB65硬條包裝機、YB95 條外透明紙包裝機）組成，通過煙包輸送通道對合格煙包進行傳遞，煙包輸送通道在生產中起到運輸和存儲作用［2-3］。但由于現場安裝布局的限制，煙包輸送通道的長度有限，當輔機部分出現故障停機時，煙包通道無法對主機正常生產的煙包進行存儲，導致主機停機次數增多，造成原輔材料浪費。目前在下游輔機停機對主機影響方面已有較多研究，李勇［4］采用回環式鏈條傳動技術研制了一種煙包在線緩存裝置，GD包裝機組輔機單次停機5 min 內不需要主機停機；張杰［5］通過改進YF64 盒包存儲裝置控制方式，使YF64 盒包存儲裝置能夠獨立為下游機提供調試煙包；楊本才［6］優化了YB43 硬盒包裝機與ZB45 輔機煙包阻擋構件，并增加了主機煙包輸出轉向及自動裝盤機構，采用計數方式對輸出煙包進行存儲和供料，減少了輔機停機對主機的影響；胡曉歌［7］設計了一種新型盒包存儲輸送裝置，實現了盒包的自動輸送、存儲和緩沖調節，減少了盒包包裝機與條包包裝機之間的影響。但上述裝置均存在存儲數量小、無法自動補包、包裝機組適用性差等問題。為此，基于ZB45 包裝機組設計了一種自動儲包補包裝置并安裝在煙包通道側面，旨在實現煙包自動儲包補包功能，減少主機停機次數，提高生產效率。

1 問題分析

YB45 硬盒包裝機生產的合格煙包通過煙包輸送通道傳遞給輔機YB55 盒外透明紙包裝機，其輸送流程見圖1。當輔機因發生故障或更換原輔材料停機時，會導致主機停機，主機停機大于90 s 重新啟動時，六號輪處會自動剔除18 包干膠煙包，造成原輔材料的浪費。分析A 區域可知，輔機在運行中會因各種故障而停機，且輔機屬于半自動設備，在更換原輔材料時也會出現停機。分析B區域可知，當主機停機大于90 s 重新啟動時，如果刪除六號輪煙包剔除動作控制程序，可以減少原輔材料消耗；但當主機停機大于90 s 時，六號輪處商標紙上的乳膠黏性降低，無法保證商標紙有效黏合，所以原設備剔除程序不能刪除。綜上分析，在輔機停機不可避免的前提下，基于ZB45 包裝機組設計一套自動儲包補包裝置，已成為亟待解決的問題。

2 系統設計

煙包自動儲包補包裝置主要包括儲包裝置、儲包補包通道、煙包輸送通道、補包裝置［8］等部分，安裝在主機與輔機之間的煙包輸送通道側面，見圖2。

圖1 煙包輸送流程圖Fig.1 Flow chart of cigarette packet conveying

圖2 儲包補包裝置安裝示意圖Fig.2 Schematic diagram of installation of cigarette packet reservoir

2.1 儲包裝置

煙包儲包裝置主要由光電傳感器、柔性擋板、氣缸、接近開關和推板等組成，見圖3。改進后在煙包輸送通道上打開一個缺口，缺口處安裝一塊柔性擋板，柔性擋板的一端與通道側板活動連接，另一端與氣缸的活塞桿連接。當輔機停機后煙包堆積到光電傳感器時，氣缸動作將柔性擋板與氣缸活塞桿連接的一端推動到煙包輸送通道的另一側，形成一道圓弧形擋板，此時煙包通過圓弧形擋板形成的通道進入儲包裝置。當煙包到達接近開關位置時，接近開關發出信號，與氣缸連接的推板將煙包向前推進后退回，下一包煙到達接近開關后重復以上動作將煙包輸送到儲包裝置。當輔機運行時，通道內的煙包向前輸送，光電傳感器檢測不到煙包，氣缸帶動柔性擋板退回，煙包沿通道輸送到輔機［9］，由此減少主機重新啟動而產生的煙包剔除量，降低原輔材料消耗。

圖3 儲包裝置結構圖Fig.3 Structure of packet storing device

2.2 補包裝置

煙包補包裝置主要由光電傳感器、阻擋裝置、步進輸送帶和換向輪等組成，見圖4。在煙包輸送通道的外側打開一個缺口，缺口與儲包裝置輸送通道連接。當輔機停機時，主機生產的煙包整齊排列在儲包裝置的輸送帶上。當輔機再次運行時，由于輔機生產速度高于主機，煙包輸送帶上的煙包間有間隙；當光電傳感器檢測到煙包間隙后阻擋裝置動作，阻擋煙包向前輸送，時間為1～2 s。步進輸送帶上的煙包在步進電機的帶動下向前輸送，在換向輪的作用下煙包由橫向運動轉換為與輸送通道內煙包輸送方向一致，進入煙包主輸送通道并輸送到輔機。當主機停機時，光電傳感器檢測不到煙包，儲包裝置不斷向輸送通道內補煙，由此解決人工補煙耗時費力等問題。

圖4 補包裝置結構圖Fig.4 Structure of packet replacer

2.3 主機降速程序優化

以畢節卷煙廠ZB45 包裝機組現場布局為例，主機生產速度為380 包/min，輔機生產速度為390包/min，煙包輸送通道長度固定，見圖5。其中，A點是煙包輸送通道存儲煙包最大量的光電檢測點，B 點是生產中煙包在通道中堆積的終點，A 點到B 點距離約為11 m 且煙包在此過程中為間隔式輸送，每兩包煙的距離約為65 mm，每包煙的長度為88 mm。當輔機因故障或更換原輔材料停機時，主機以380 包/min 的速度繼續運行，此時煙包從B 點開始堆積直到A 點時主機停機，在此過程中主機繼續運行時間

圖5 ZB45 包裝機組煙包輸送通道示意圖Fig.5 Schematic diagram of cigarette packet conveying passage for ZB45 packer

根據上述分析對ZB45 包裝機組主機控制程序進行優化［10］，當輔機停機時主機速度可從380 包/min 自動降速到50 包/min，由于煙包輸送通道長度不變，主機可繼續運行時間。可見，優化后主機繼續運行時間延長55 s。

2.4 通道長度確定

由圖5 可見，取A 點為儲包裝置的煙包入口，C 點為補包裝置的煙包出口，現場測量A、C 兩點間距離為6.2 m，因此將儲包補包通道長度設為6.2 m。生產中輔機停機后主機降速至50 包/min繼續運行，當煙包輸送通道中的煙包存儲至A 點時，儲包補包裝置開始進行儲包，煙包在通道中轉換成橫向存儲，每包煙的厚度為24 mm。因此，儲包補包通道中最多能存儲6 200÷24≈258 包煙，主機繼續運行時間延長ΔT=258÷50×60≈310 s。結合主機降速程序優化，輔機停機后主機繼續運行總時間T3=T2+ΔT=374 s，共延長374-9=365 s。

2.5 控制系統設計

煙包儲包補包裝置控制系統檢測點共有9 個，主要分布在主、副通道上，與3 個氣缸共同完成該裝置的控制功能，見圖6。圖中黑點表示光電開關，控制要求為：①當主通道堵塞檢測點（X0）檢測到煙包時，換道氣缸（Y0）動作，接通副通道，副通道電動機（Y1）啟動。②當推包檢測點（X1）檢測到有煙包時，推包氣缸（Y2）動作；當副通道堵塞檢測點（X2）檢測到煙包時，表明副通道已儲滿煙包，關閉副通道電動機（Y1），換道氣缸（Y0）退回原位。③當主通道4 個煙包位置（X5）空隙檢測同時為空時，副通道電動機（Y1）啟動，主通道夾包氣缸（Y4）夾緊，副通道夾包氣缸（Y3）松開，煙包滑下，進行補包。④當插包檢測點（X4）檢測到無煙包滑下時，主通道夾包氣缸（Y4）松開，同時副通道夾包氣缸（Y3）夾緊；當副通道有包檢測點（X3）檢測到無煙包時，副通道電動機（Y1）關閉。

圖6 儲包補包裝置檢測點分布圖Fig.6 Distribution of detection points in packet reservoir

3 應用效果

3.1 試驗設計

材料：“黃果樹（長征）”牌卷煙（由貴州中煙工業有限責任公司畢節卷煙廠提供）。

設備：ZB45 包裝機組（上海煙草機械有限責任公司）。

方法：對自動儲包補包裝置安裝前后的主機停機次數、主機剔除煙包量等數據進行統計，每天3 班次，共6 個工作日，取平均值；為驗證安裝該裝置對包裝機組的影響，分別對改進前后各5 個月的機組運行效率進行統計。

3.2 數據分析

由表1 可見，儲包補包裝置安裝后主機停機次數由35 次/班次減少到30.3 次/班次，剔除煙包量由126 包/班次減少到36 包/班次。安裝前輔機停機后主機只能繼續運行9 s，當輔機停機大于99 s時主機停機大于90 s，主機再次開機時會剔除18包煙；優化后輔機停機后主機可繼續運行374 s，只有當輔機停機大于464 s 時主機才會停機大于90 s，因此優化后輔機停機在374 s 內主機不停機，輔機停機小于464 s 時主機也不會剔除煙包，降低了原輔材料浪費。按每臺機組每班次產量55 箱，每年生產40 萬箱計算，一年可減少煙包剔除數量為400 000÷55×90=654 570 包，節約小盒商標紙約65.45 萬張。由表2 可見，安裝該裝置后機組平均運行效率由93.99%提高到95.92%，提高1.93 百分點。

表1 儲包補包裝置安裝前后主機停機次數及剔除煙包量對比Tab.1 Number of times of machine shutdown and amount of rejected cigarette packets before and after installing packet reservoir

表2 機組運行效率數據對比Tab.2 Comparison of running efficiency data between packers （%）

4 結論

通過對ZB45 包裝機組煙包輸送流程進行分析，設計了一種自動儲包補包裝置并安裝在主機與輔機之間的煙包輸送通道側面，以實現煙包儲包補包功能，通過優化主機降速程序延長主機繼續運行時間，進而減少主機停機次數，降低原輔材料消耗。以畢節卷煙廠生產的“黃果樹（長征）”牌卷煙為對象進行測試，結果表明：安裝該裝置后因輔機停機導致的主機停機次數減少5 次/班次，剔除煙包量減少90 包/班次，生產效率提高1.93 百分點，節約小盒商標紙約65.45 萬張/年。該技術可在同類型包裝機組上推廣應用。