ZB25 包裝機鋁箔紙自動拼接系統

劉加高，陳 圣

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司會澤卷煙廠，云南曲靖 654200）

1 設備介紹

ZB25 包裝機主要用于軟盒卷煙的生產，煙支組（20 支煙）經鋁箔紙包裝后進入商標紙的包裝。鋁箔紙供給系統包括鋁箔紙卷的2 個固定支撐、鋁箔紙展開、更換、切割、輸送、鋼印打印、定位等各組件及機構，主要將鋁箔紙卷切割成定長單張并輸送至包裝位置。

鋁箔紙卷共有2 套固定支撐裝置，便于鋁箔紙相互轉換拼接使用。目前鋁箔紙的拼接過程：當鋁箔紙卷快用完時，檢測擺桿觸動一微動開關，通過電控系統發出報警，設備停機。此時操作人員將檢測擺桿翻轉，使檢測擺桿上的輥輪壓在新紙卷上，將報警消除，用手順時針方向盤動機器盤車手輪，直至鋁箔紙刀輥外旋轉蓋上的紅色三角箭頭與外殼上的固定三角箭頭對準，坂動手動裁紙刀，切斷已用完的卷的紙帶尾端，再復位啟動設備。新老鋁箔紙即可順利銜接，完成鋁箔紙的拼接過程，鋁箔紙拼接后，在煙包剔除口處剔除3 包鋁箔紙接頭煙包。

2 存在問題

改進前ZB25 包裝機在鋁箔紙拼接過程中，需停機后操作人員進行手動更換，整個更換過程大約耗時30 s。每天在生產過程中約需更換45 盤鋁箔紙，目前鋁箔紙手動拼接系統增加了設備停機時間，降低了運行效率，同時需操作人員手動更換，增加了人工勞動強度。

3 改進原理

ZB25 包裝機鋁箔紙自動拼接系統改變原有驅動方式，通過程序控制伺服電機帶動鋁箔紙主動輥運轉。在鋁箔紙卷架后部安裝反光片，用于檢測鋁箔紙卷運轉角速度（鋁箔紙卷運轉角速度隨著鋁箔紙卷的變小而逐漸增大），采用光電檢測檢測反光片的運轉速度，用于監控鋁箔紙卷運轉角速度。增加拼接切刀驅動氣缸，通過電磁閥控制驅動氣缸的動作，光電檢測將鋁箔紙卷運轉角速度信息反饋至伺服電機及控制氣缸的電磁閥。當光電檢測檢測到鋁箔紙卷運轉角速度達到設定值1時，已準備好的新鋁箔紙卷盤開始加速（需計算新鋁箔紙卷盤加速度，使得新卷鋁箔紙端部達到輸送通道入口時，新卷鋁箔紙線速度剛好達到設備正常運行時鋁箔紙的線速度）。當新卷鋁箔紙加速時間達到設定值2（需通過計算得到設定值2，使得新卷鋁箔紙端部與切斷的舊卷鋁箔紙尾部同時到達鋁箔紙輸送通道入口）時，舊卷鋁箔紙切斷氣缸快速動作，切斷舊卷鋁箔紙，使得新卷鋁箔紙端部剛好與舊卷鋁箔紙尾部相對接，且新卷鋁箔紙運行線速度達到設備正常運行時鋁箔紙的線速度，此時完成了鋁箔紙的自動拼接。為確保產品質量，通過移位寄存器控制煙包剔除氣缸，在煙包剔除口處剔除3 包鋁箔紙接頭煙包。

4 改進方案

4.1 硬件設計

ZB25 包裝機鋁箔紙自動拼接系統主要部分見圖1～圖3。該系統中鋁箔紙卷通過張緊裝置安裝在鋁箔紙架上，鋁箔紙沿著穿紙方向順序經過導紙輥，最終穿過壓緊輥與主動輥。手動拉動切斷刀手柄，鋁箔紙被切斷刀手動切斷等待自動拼接，此時，切斷的鋁箔紙形成了鋁箔紙端部；切斷刀氣缸端部與切斷刀手柄相連，反光片、光電檢測和伺服電機安裝在鋁箔紙架后部，伺服電機與主動輥相連，為鋁箔紙輸送提供動力。

正常運行時，光電檢測通過實時檢測反光片的運轉角速度來監控鋁箔紙架的運轉角速度。當鋁箔紙卷即將用盡時，光電檢測檢測到鋁箔紙架的運轉角速度達到設定值1，舊鋁箔紙卷盤光電檢測將檢測信號反饋至伺服電機，新鋁箔紙卷盤按照設定的加速度開始加速。當新卷鋁箔紙加速時間達到設定值2 時，新鋁箔紙卷盤光電檢測將信號傳遞至控制切斷刀氣缸的電磁閥及舊鋁箔紙卷盤伺服電機，舊鋁箔紙卷盤伺服電機停止運轉，切斷刀氣缸通氣，快速頂切斷刀手柄后并迅速復位，切斷刀將舊卷鋁箔紙切斷。舊卷鋁箔紙在鋁箔紙輸送通道中輥子作用下繼續與正常速度運行，新卷鋁箔紙端部到達鋁箔紙輸送通道入口時，舊卷鋁箔紙尾部也剛好達到鋁箔紙輸送通道入口，實現新卷鋁箔紙端部與舊卷鋁箔紙尾部對接。此時，新卷鋁箔紙線速度已加速達到設備正常速度，完成鋁箔紙的自動拼接。為確保產品質量，通過移位寄存器控制煙包剔除氣缸，在煙包剔除口處剔除3 包鋁箔紙接頭煙包。

圖1 ZB25 包裝機鋁箔紙自動拼接系統整體結構

圖2 ZB25 包裝機鋁箔紙自動拼接系統局部結構

圖3 ZB25 包裝機鋁箔紙自動拼接系統后部結構

4.2 電氣控制系統原理

（1）光電檢測鋁箔紙卷盤運行角速度。

（2）舊卷鋁箔紙角速度達到設定值1。

（3）新卷鋁箔紙開始加速。

（4）加速度使得新卷鋁箔紙端部達到輸送通道入口時，新卷鋁箔紙線速度剛好達到設備正常運行時鋁箔紙的線速度。

（5）新卷鋁箔紙加速時間達到設定值2。

（6）舊卷鋁箔紙切斷刀氣缸動作，切斷舊卷鋁箔紙。

（7）新卷鋁箔紙端部剛好與舊卷鋁箔紙尾部對接，且新卷鋁箔紙運行線速度達到設備正常運行時鋁箔紙的線速度。

（8）移位寄存器控制煙包剔除氣缸，在煙包剔除口處剔除3包鋁箔紙接頭煙包。

（9）鋁箔紙自動拼接完成。

在鋁箔紙卷紙架后部安裝反光片，通過光電檢測檢測反光片運轉角速度來監控鋁箔紙卷的運轉角速度。當舊卷鋁箔紙角速度達到設定值1 時，新卷鋁箔紙開始加速，新卷鋁箔紙加速使其端部到達輸送通道入口時，新卷鋁箔紙的線速度剛好達到設備正常運行時鋁箔紙的線速度，在新卷鋁箔紙加速時間達到設定值2 時，舊卷鋁箔紙切斷刀氣缸電磁閥打開，切斷氣缸動作，切斷舊卷鋁箔紙。設置設定值2 時，需計算使得新卷鋁箔紙端部剛好與舊卷鋁箔紙尾部對接。此時，新卷鋁箔紙運行線速度達到設備正常運行時鋁箔紙的線速度。通過移位寄存器控制煙包剔除口處氣缸，在煙包剔除口處剔除3 包鋁箔紙接頭煙包。

新卷鋁箔紙加速的加速度、舊卷鋁箔紙角速度達到的設定值1、新卷鋁箔紙角速度達到的設定值2 的計算過程如下。

新卷鋁箔紙加速的加速度為：

式中 a——新卷鋁箔紙加速的加速度

v——設備正常運行時鋁箔紙的線速度

S——新卷鋁箔紙端部至輸送通道入口的距離

舊卷鋁箔紙角速度達到的設定值1 為：

式中 ω——舊卷鋁箔紙角速度

v——設備正常運行時鋁箔紙的線速度

R——舊鋁箔紙卷的最小半徑

新卷鋁箔紙加速時間達到設定值2 為：

式中 t1——新卷鋁箔紙加速時間（設定值2）

v——設備正常運行時鋁箔紙的線速度

t——舊卷鋁箔紙尾部運行至輸送通道入口時間

v1——新卷鋁箔紙加速時間為t1時對應的線速度（舊卷鋁箔紙切斷時，新卷鋁箔紙的線速度）

S1——新卷鋁箔紙加速時間為t1時，新卷鋁箔紙端部與鋁箔紙輸送通道入口的距離

S2——新卷鋁箔紙加速時間為t1時，新卷鋁箔紙端部已加速運行的路程

a——新卷鋁箔紙加速的加速度

5 改進效果

ZB25 包裝機鋁箔紙自動拼接系統融機械、電氣為一體，通過光電檢測將鋁箔紙卷盤運轉的角速度反饋至帶動鋁箔紙運行的伺服電機，以及控制鋁箔紙切斷刀氣缸動作的電磁閥。通過參數的計算及設定，使得新卷鋁箔紙端部與切斷的舊卷鋁箔紙尾部同時到達鋁箔紙輸送通道入口，同時，新卷鋁箔紙運行速度達到設備正常運行速度。為確保產品質量，在煙包剔除口處剔除3包鋁箔紙接頭煙包，最終實現鋁箔紙的自動拼接。使得設備在運行過程中新卷鋁箔紙與舊卷鋁箔紙自動拼接、相互交替使用，無需停機更換鋁箔紙，避免了操作人員手動操作設備。在煙包剔除口處剔除3 包鋁箔紙接頭煙包，提升了設備運行效率，降低了人工勞動強度。