打葉復烤生產線捆扎機改進研究

曾朝彬，李紅梅，李一輝，吳明輝，山俊貽，蔡尤東，楊家華，王發勇，劉躍榮

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司紅河卷煙廠，云南 紅河州彌勒 652399）

0 引言

在紅河打葉復烤生產線上，每條線配有一臺杭州美化包裝有限公司制造的MH103B型捆扎機，按正常生產運行統計，每天生產19.5小時，每小時38箱片煙，每箱片煙捆3條PE帶，一天要捆扎完成2223條PE帶，執行動作2223次。由于其工作的執行動作頻次較高，相應地故障率也較高，經常引起預壓打包機生產停滯、物料中斷，嚴重影響設備運行效率。為此，特新購兩臺杭州美化包裝有限公司制造的YS-203新型捆扎機，以“1備1用”的模式來維持生產運行。在實際生產過程中，“1備1用”的模式仍不能解決捆扎機故障率高、影響生產停滯時間長、維修工作量大、零備件消耗量大等問題，本文研究現有捆扎機的設備機械結構及電控系統，從帶盤機構、互換性及檢修模擬平臺三方面對捆扎機進行改進研究，通過對現有捆扎設備的改進，解決捆扎機在實際運作過程中存在的問題，降低故障率，提高整線設備運行效率[1]。

1 捆扎機運行現狀

1.1 捆扎機故障在線維修時間

在實際生產過程中，捆扎機故障主要有卡帶、夾帶、切不斷PE帶、送帶不到位、送帶過量、大活門卡死、帶子粘不緊、帶子撕爛、帶子收不緊等情況。由于復烤生產線屬流水線作業，任一下游工序故障都勢必影響整條生產線的正常運作，特對捆扎機故障及在線維修時間做跟蹤統計如表1。

表1 捆扎機故障在線維修時間

1.2 捆扎機故障允許在線維修時間

打葉復烤生產線中，葉片烤機額定進料流量為9000kg/h，預壓打包機每1.5分鐘出1箱片煙，預壓打包機與捆扎機之前有6臺輸送輥道，可緩存6箱片煙，最大緩存時間為9分鐘，即捆扎機故障允許在線維修最大時間為9分鐘。

1.3 捆扎機故障影響生產時間

根據捆扎機故障在線維修時間統計及捆扎機故障允許在線維修最大時間，每次捆扎機故障影響整條打葉復烤生產線停滯時間不少于6分鐘，如遇到備用捆扎機離線在修的情況，影響生產停滯時間至少為30分鐘。

2 捆扎機故障研究分析

2.1 捆扎機帶盤機構

捆扎機帶盤機構主要由帶盤和電動抱閘裝置兩部分組成，如圖1所示。

圖1 捆扎機帶盤機構組成

在生產過程中，帶盤機構主要存在以下兩方面問題：

（1）換帶、穿帶不方便。捆扎機送帶控制過程為當送帶檢測開關感應觸發，表明儲帶框內帶子量少，電動抱閘裝置得電，松開帶盤，同時送帶電機運行，送帶輪向儲帶框內送帶，當送帶檢測開關感應釋放，表明儲帶框內帶子裝滿，送帶電機停止，電動抱閘裝置失電，抱緊帶盤。這樣，換帶、穿帶時，若斷電操作，帶盤抱死，需人工松帶，掌控不好，易造成帶子拉亂；若帶電操作，由于送帶輪處于運轉狀態，存在一定安全隱患[2]。

（2）電動抱閘裝置結構復雜，故障率高。電動抱閘裝置由限位套、隔套、柱子、摩擦片、壓簧、剎車線圈、剎車固定板等組成，見圖2。在生產運行期間頻繁出現控制線路、剎車線圈、摩擦片、隔套等電氣和機械故障，特別是摩擦片，受現有捆扎機型號限制，備件六方內孔較大，較容易出現打滑情況，增加了維修工作量及零備件的消耗。

圖2 帶盤電動抱閘裝置

2.2 現有捆扎機不能互換使用

打葉復烤生產車間兩條12000kg/h生產線配有現4臺捆扎機，以“1備1用”的模式來維持生產運行，即每條生產線配置以“1備1用”的模式配置2臺捆扎機，對2條生產線的捆扎機進行互換性測試，均不能正常工作。

2.3 捆扎機不能離線精細調試

換下捆扎機離線檢修后，只能搭接臨時電源，手動測試單一動作，不能測試整個自動捆扎周期的連貫性動作，不能精確觀測調整好各動作的位置精度，所以維修后的捆扎機上線后不能立即投入在線正常使用，還需跟蹤調試，才能適應工藝生產要求。

3 捆扎機改進研究

3.1 捆扎機帶盤機構改進

根據捆扎機故障分析，故障主要由帶盤機構引起，于是對帶盤松緊裝置進行改進，在在帶盤機構上增加剎車調節塊、調節螺栓、帶盤松緊控制桿和限位桿，加工后的零配件見圖3，圖4是改進后的帶盤松緊裝置。

圖3 帶盤松緊裝置零配件

圖4 改進后帶盤松緊裝置

3.2 捆扎機電控系統改進

3.2.1 捆扎機電路接線整改

在打葉復烤生產線上，捆扎機屬于即插即用的單機設備，即在預壓打包機輸送輥輪旁邊的橋架上有兩個航空插座，捆扎機就位后，插上兩個航空插頭，合上電源，即完成了捆扎機的上線使用。

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從電路接線上分析，要實現任一臺捆扎機在兩條打葉復烤生產線上均能夠正常使用，那么前提條件是插頭插座1、插頭插座2每個針腳的功能及接線方式要一致。經排查插頭2為到現場輸送輥道上的5個光電開關接線，每個針腳的功能及接線方式兩條生產線都一致；插頭1使用了1～14號針腳，功能為三相電源線、聯鎖信號線及M4輸送輥道電機動力線，接線方式有區別。具體為插頭1針腳1～4、5～8、9～10、11～12、13～14的組合功能相同，但部分針腳的接線方式不同，即針腳1與針腳3互反；針腳9與針腳10互反；針腳11與針腳12互反。因此，兩條生產線捆扎機互換，工作狀態不正常，電源相序相反，捆扎完成信號狀態相反，不允許進箱信號狀態相反。

通過上述分析，以生產線一的捆扎機為基準，對生產線二的捆扎機插頭1的針腳接線進行更改（針腳1與針腳3互調、針腳9與針腳10互調、針腳11與針腳12互調），使兩條生產線捆扎機插頭的接線方式統一一致。

3.2.2 捆扎機控制程序改進

從控制程序邏輯上分析，要實現任一臺捆扎機在兩條生產線上都能夠正常使用，那么前提條件是捆扎機電柜PLC與打包工藝電柜PLC之間相關的聯鎖程序邏輯要一致。對聯鎖程序的排查情況如下：

（1）4臺捆扎機電柜PLC發送給兩條生產線打包的捆扎完成信號的程序邏輯相同，觸發條件為捆扎光電開關2或捆扎光電開關4的下降沿。

（2）4臺捆扎機電柜PLC發送給兩條生產線打包不允許進箱信號的程序邏輯相同：手動模式下不允許進箱；自動或直通模式下，只要有其中一個條件（捆扎光電開關3占用、捆扎光電開關4占用、捆扎機有故障、急停按下）觸發，就不允許進箱。

（3）兩條生產線打包工藝電柜PLC送給捆扎機的允許出箱信號的程序邏輯不同，如圖8所示。兩條打包線送給捆扎機的出箱信號，編程思路相反，一線為捆扎機可以出煙包，而二線為捆扎機不可以出煙包，所以一線Q13.2與二線Q19.0的觸發條件也相反，一線為捆扎機出口輸送輥道光電開關報空（T107）；二線為捆扎機出口輸送輥道光電開關占用（I35.4）。因此，兩線捆扎機互換，工作狀態不正常。

圖5 生產線一允許出包控制程序

據此，統一PLC編程思路，對生產線二打包工藝電柜PLC送給捆扎機的允許出箱信號的程序邏輯進行更改，更改后的程序邏輯見圖6。

圖6 生產線二允許出包控制程序

通過接線方式的整改及邏輯控制程序的修改，分別將4臺捆扎機安裝于兩條生產線上進行適應性調試，4臺捆扎機均能滿足生產運行控制要求，實現了兩條生產線“2備2用”的生產運作模式[3]。

4 捆扎機離線檢修調試平臺搭建

4.1 捆扎機離線檢修平臺設計

根據捆扎機在線工作原理，利用5個選擇開關代替現場5個光電開關；利用1個航空插座和1個航空插頭，航空插座用于搭接電源，實現與捆扎機上的航空電源插頭快速對接，航空插頭用于連接操作盒上的5個選擇開關，實現與捆扎機上的光電開關插座快速對接，其電氣原理圖見圖7。

圖7 離線檢修平臺電氣原理圖

4.2 捆扎機離線檢修平臺應用

通過搭建起的檢修調試平臺，分別對4臺捆扎機進行離線測試，具備模擬自動生產狀態的相關功能。具體操作步驟如下：

（1）操作盒連線航空插頭與捆扎機上航空插座對接；

（2）對電源線增加檢修箱專用三相電源插頭，航空插頭端與捆扎機上的航空插座對接，三相電源插頭與檢修箱內三相電源插座對接，合上電源開關，使捆扎機正常供電；

（3）捆扎機電柜操作面板上，“直通/手動/自動”三位選擇開關置于“手動”位置，并操作相應按鈕，將捆扎帶穿到位；

（4）將“直通/手動/自動”三位選擇開關置于“自動”位置，此時操作盒上PE1開關（見圖8），可觀察輸送輥道電機控制接觸器，置于ON，則吸合，置于OFF，則斷開；

（5）自動狀態，操作選擇開關PE2～PE5（見圖8），可觀察捆扎機的動作狀態。

（6）根據需要選擇捆扎Ⅱ或Ⅲ或Ⅳ道，捆扎道數與選擇開關的組合狀態見圖8。

圖8 離線檢修平臺捆扎機捆扎倒數與選擇開關

①選擇Ⅱ道的操作程序：紙箱置于框架內→PE2、PE3置于ON→當PE4由OFF置于ON時→執行第Ⅰ道捆扎→當PE2由ON置于OFF時→執行第Ⅱ道捆扎；

②選擇Ⅲ道的操作程序：紙箱置于框架內→PE2、PE3置于ON→當PE4由OFF置于ON時→執行第Ⅰ道捆扎→當PE2由ON置于OFF時→執行第Ⅱ道捆扎→當PE3由ON置于OFF時→執行第Ⅲ道捆扎；

③選擇Ⅳ道的操作程序：紙箱置于框架內→PE2、PE3置于ON→當PE4由OFF置于ON時→執行第Ⅰ道捆扎→當PE5由OFF置于ON時→執行第Ⅱ道捆扎→當PE2由ON置于OFF時→執行第Ⅲ道捆扎→當PE3由ON置于OFF時→執行第Ⅳ道捆扎。

5 效果驗證

新設計的機械式帶盤松緊裝置，常態下，彈簧力作用，帶盤控制桿上抬，鎖緊帶盤；穿帶時，用手向下輕壓帶盤控制桿，帶盤放松，方便拉、穿帶。自動送帶控制過程：送帶輪旋轉拉動帶子，帶盤控制桿下沉，帶盤松開；送帶完成，送帶輪停轉，彈簧力作用，帶盤控制桿上抬，鎖緊帶盤[4]。設置限位桿，可預防彈簧過渡拉伸引起彈簧失效；設置剎車皮帶調節活動范圍調節塊和調節螺釘，方便定期檢查維護，其安裝效果圖見圖9。

圖9 機械式帶盤松緊裝置應用效果圖

對捆扎機進行改進后，對捆扎機故障及在線維修時間做跟蹤統計見表2。

從表1和表2可以看出，捆扎機改進前，故障主要有卡帶、夾帶、切不斷PE帶、送帶不到位、送帶過量、大活門卡死、帶子粘不緊、帶子撕爛、帶子收不緊等情況，改進后，故障主要有夾帶、送帶不到位、粘不緊。捆扎機改進前，以“1備1用”的模式運作，平均故障維修時間為15分鐘/次，影響生產停機時間為6分鐘，捆扎機改進后，以“2備2用”的模式運作，平均故障維修時間為7.5分鐘/次，低于捆扎機故障允許在線維修時間，消除了因捆扎機 故障引起的打包機生產停滯問題[5]。

表2 改進后的捆扎機故障在線維修時間

6 結論

（1）通過分析現有捆扎機故障，對捆扎機帶盤松緊裝置進行改進，在帶盤機構上增加剎車調節塊、調節螺栓、帶盤松緊控制桿和限位桿，將捆扎機故障由卡帶、夾帶、切不斷PE帶、送帶不到位、送帶過量、大活門卡死、帶子粘不緊、帶子撕爛、帶子收不緊等情況減少為夾帶、送帶不到位、粘不緊，不僅解決了換帶、穿帶中存在的帶盤抱死及安全隱患，也解決了電動抱閘機構運行期間頻繁出現控制線路、剎車線圈、摩擦片、隔套等電氣和機械故障，有效提高了捆扎機生產運行效率。（2）通過對捆扎機接線方式及邏輯控制程序的改進，實現了兩條生產線“2備2用”的生產運作模式，有效解決了兩條同型號、同流量打葉復烤生產線捆扎機不能互換使用的問題，縮短了故障平均維修時間，極大的提高了捆扎機檢維修效率和生產運行效率。（3）通過搭建捆扎機離線檢修調試平臺，實現了捆扎機自動生產狀態的離線模擬，解決了捆扎機不能離線精細調試的問題，實現了捆扎機的即插即用，有效解決了捆扎故障影響預壓打包機生產停滯問題，以及由此引發的烤機返料、物料中斷等問題，降低了捆扎機故障率，提高了打葉復烤生產線設備運行效率。