GDX1 包裝機煙支模盒定時自動清潔控制裝置的設計

毛龍所， 楊 睿， 呂 忠， 李 峰， 張海超

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司曲靖卷煙廠， 云南 曲靖 655000）

0 引言

GDX1 包裝機組是意大利GD 公司研制開發的中高速卷煙包裝設備。該機組在國內卷煙行業得到了廣泛應用,購置該機是包裝煙支直徑Φ7.8 mm的[1]。使煙支圓周長度減小至（24.3 mm）直徑Φ7.7 mm，必然會對以煙支組為包裝基準的GDX1 包裝機組的包裝質量產生影響。出現包裝煙包商標紙包裝松弛、鋁箔紙折角不良等外觀質量的問題[2]。通過對GDX1 包裝機的包裝原理進行了深入研究，在實際生產中發現偶有煙支輸送模盒的齒形帶在從動輪處撕裂或者拉斷，同時造成模盒損壞的故障發生[3]。由于煙支輸送模盒及齒形帶結構的特性，導致損壞后需要更換煙支模盒、齒形帶，以及對一輪部件進行更換調試[4-6]。該項維修及調試將耗費大量時間，增加維修成本，降低設備有效作業率。

1 問題分析

1.1 煙支輸送模盒工作流程及原理

1）煙支從卷煙機出口經過煙支存儲器到達包裝機煙庫部分，在此進行7×6×7 排列由推支排推入煙支輸送模盒內，煙支在模盒內進行煙支排列錯位檢測、煙支空頭檢測、煙支缺支檢測，檢測到的不合格煙支在X 剔除口剔除，合格煙支由煙支模盒輸送帶傳送到一輪、二輪。完成鋁箔紙、商標紙、封簽紙的包裹[7]。具體如圖1 所示。

圖1 模盒皮帶機械圖

2）主要流程如圖2 所示。

圖2 煙支輸送包裝工藝流程

1.2 分析問題

在實際生產過程中，一旦發生煙支輸送模盒損壞故障，需要重新更換煙支輸送模盒、模盒皮帶、推支排、一輪夾子等元器件，更換維修大約需要3～4 h，增加維修成本，降低設備有效作業率，且更換維修后產品質量存在隱患，需進行一段時間的質量和設備情況跟蹤[8]。小組成員對半年來出現煙支輸送模盒損壞的設備進行了有效作業率、產量的統計分析。

為了找到煙支輸送模盒損壞的根本問題所在，對車間共17 臺GDX1 機組2015 年5～10 月煙支輸送模盒損壞情況進行了分類統計，見表1。

表1 1 號～17 號GDX1 煙支輸送模盒損壞的設備有效作業率及產量統計表

表2 煙支輸送模盒損壞情況分類統計表

由表1 可以直觀地看出，1 號～17 號GDX1 煙支輸送模盒維修共有19 次，煙支輸送模盒損壞平均每月有3.17 次。其中，因煙末堆積而產生的煙支輸送模盒損壞共有18 次，平均每月3 次，占煙支輸送模盒損壞總數的94.73%。因此，煙末堆積是造成煙支輸送模盒損壞頻次高的根本原因所在。

設備運行中，由于設備一定程度的振動，會存在煙末脫落的情況，如圖3 所示，煙支輸送過程中，煙末脫落后會堆積在煙支輸送模盒皮帶與帶輪間，當煙末堆積到一定程度時，會加大皮帶張緊力，導致煙支輸送模盒或模盒皮帶損壞[9]。

圖3 煙末堆積

由于煙支輸送模盒皮帶與帶輪間無任何清潔裝置，且生產運行中，無法人為進行清潔，所以運行中堆積煙末不能及時清潔。

從圖3 可以看出，如果解決因煙末堆積在傳送帶與帶輪之間而產生的模盒損壞次數問題的90%，則車間每月因煙末堆積在傳送帶與帶輪之間而產生的模盒損壞次數為：3×（1-90%）=0.3（次/月）則煙支輸送模盒損壞次數將可降低至：0.3+0.17=0.47（次/月），則每年GDX1 煙支輸送模盒維修頻次將降為：12×0.47=5.64 次≈6 次。

由于煙支輸送模盒皮帶與帶輪間無任何清潔裝置，且生產運行中，無法人為進行清潔，所以運行中堆積煙末不能及時清潔。導致煙支輸送模盒或模盒皮帶發生斷裂損壞。煙支輸送模盒皮帶與帶輪間無任何清潔裝置，且生產運行中，無法人為進行清潔，因此，加裝一套煙支輸送模盒自動清潔裝置，保證設備運行中堆積煙末能及時清潔干凈，從而降低煙支輸送模盒的維修頻次。

2 方案設計

2.1 方案對比

依據GDX1 其他功能部位的清潔方式，提出了以下三個清潔方式備選方案，見表3。

表3 清潔方式比選表

通過上表的比較，小組決定選擇吹氣清潔作為煙支輸送模盒自動清潔裝置的首選清潔方式。

2.2 煙支輸送模盒自動清潔裝置

2.2.1 清潔位置確定

由圖4 可知，模盒內的煙支從B 處進入模盒內，通過模盒轉動13 個模盒后由一輪從A 處取出進入二輪[10]。在主動輪和從動輪入口處，主、從動輪與煙支輸送帶之間的煙末雜物堆積最為嚴重，故我們將清潔位置定為：在主動輪和從動輪入口處（C、D 位置處）。取C、D 為清潔機構的安裝位置，在清潔周期內，該位置模盒內均不存在煙支，故裝置不會對模盒內的煙支產生干擾和影響。

圖4 清潔位置

2.2.2 清潔時間的確定

若將清潔方式設置為常吹，會造成能源的浪費和環境的污染，且伴有較大的噪音，故將清潔時間設為定時清潔，即在保證及時清潔干凈煙末的情況下又減少了能源的浪費、減小了噪音的污染。GDX1 設備運行異常時，設備運行異常情況下，存在頻繁地啟停機狀況，見圖4。頻繁啟停的間隔時間和次數為不可控因素，無法準確地設定運行時間進行清潔，故將清潔時間點設為：設備啟動時；設備停止時；設備運行中每隔10 min。

2.2.3 清潔機構的設計

采用特制的錐形設計，能夠更有效地清潔目標位置，安裝位置的限制，設計了相應的支架對清潔裝置進行輔助安裝。設計加工如圖5 所示。

圖5 錐形清潔裝置加工圖及實物圖（單位：mm）

2.2.4 清潔裝置支架加工

清潔裝置支架設計如圖6 所示。

圖6 清潔裝置支架設計及加工圖（單位：mm）

2.2.5 定時清潔裝置控制系統的設計

定時清潔裝置控制系統基本構成包括：電磁閥、控制器、光電耦合器等，如圖7 所示。

電磁閥、控制器通過光電耦合器與原機電控系統連接，通過對控制器參數的修改，實現三種方式下的定時吹氣清潔。清潔機構由二位三通電磁閥控制正壓氣源，從而控制對梯形槽的清潔過程和清潔周期。清潔氣源的大小受控于節流閥控制。為了實現三種方式下的定時吹氣清潔，需要對PLC 控制器的參數進行設定：取原機啟動運行信號接入PLC 的I/O 輸入點，將信號轉換后為m0.0，使用PLC 內部定時器，分別定時10 min 和20 s，實現運行過程中每隔10 min 吹一次氣和每次開機時吹一次氣，每次吹氣持續20 s，電磁閥線圈正極接入PLC 輸出點，完成吹氣控制[11]，其程序段如圖8 所示。

圖8 PLC 控制器參數設定程序段

2.3 清潔裝置安裝使用

1）加裝電磁閥、節流閥。在煙支輸送模盒側面機器墻板位置加裝二位三通MFH-3-1/8 型電磁閥、節流閥。

2）加裝錐形清潔裝置。通過支架將錐形清潔機構安裝于主動輪、從動輪入口處帶輪梯形槽位置。由二位三通電磁閥控制正壓氣源，從而控制對梯形槽的清潔過程和清潔周期。

3）加裝光電耦合器。為保證設備高效穩定運行，使煙支模盒輸送帶自動清潔裝置與原機系統不產生影響和干擾，在控制器與原機控制板之間安裝光電耦合器，對原機控制系統進行光電隔離[12]。

2.3 清潔裝置調試及驗證

將設計的清潔裝置安裝在5 號包裝機加裝煙支輸送模盒自動清潔裝置。在日保養吹灰前和班保養開機前對5 號機的煙支輸送模盒齒形帶與帶輪之間的煙末堆積情況進行為期兩周的跟蹤檢查，得出以下檢測結果：從煙末堆積情況跟蹤檢查況表可以看出，煙支輸送模盒皮帶與帶輪間的煙末能夠及時被清除。

3 改進后的使用效果

1 號～17 號GDX1 包裝機對煙支輸送模盒吹氣清潔裝置正式投入使用后，對其煙支輸送模盒故障情況進行跟蹤統計。

從表4—表6 的數據可以看出：該清潔裝置能夠準確且高效地清潔煙支輸送模盒齒形帶與帶輪之間堆積的煙末，降低了煙支輸送模盒的維修頻次。GDX1煙支輸送模盒的維修頻次下降到0.17（次/月），平均17 臺設備每月增加產量為（3.17-0.17）*（220-119.5）=301.5（件/ 月），改進后每年增加產量約為12×301.5=3 618（件）。

表4 煙末堆積情況跟蹤檢查情況表

表5 煙支輸送模盒損壞情況分類統計表

表6 煙支輸送模盒損壞情況分類占比表

4 結論

通過GDX1 清潔裝置的研制與應用，能夠準確且高效地清潔煙支輸送模盒齒形帶與帶輪之間堆積的煙末，降低了煙支輸送模盒的維修頻次，GDX1 包裝機煙支輸送模盒的維修頻次由3.17 次/月降低到了0.17 次/月，達到并超過了預期目標值，且因煙末堆積在傳送帶與帶輪梯形槽之間產生的煙支輸送模盒的維修次數為0 次，較攻關前有明顯改善。