YB45包装机 3号轮正压吹风剔除装置设计

杨伦 陈先锋 李军

四川中烟工业有限责任公司什邡卷烟厂 四川什邡 618400

摘要：YB45包装机是我国生产硬盒烟包的广泛采用的机型，由于机型较老，随着对烟包工艺质量要求越来越高，各烟厂会进行一定的改造以满足工艺需求。3号轮剔除装置负责对相对内裹包的剔除，剔除失败的残留内衬纸、烟支会使下面多个内裹包引起质量缺陷。目前国内针对三号轮剔除检测装置改进有两种：一种为加剔除板尺寸增加剔除成功率，一种为增加后置检测以剔除存在内衬纸的烟包。第一种对内衬纸破损、内裹包变形的情况改善不明显，第二种没有解决因残留内衬纸、烟支打坏设备的情况。本文介绍了YB45包装机3号轮剔除装置，通过对其剔除原理及剔除情况分析，并设计固定式正压吹风辅助剔除装置，该装置在三号轮剔除板上面加一个固定的正压吹风板，解决了因内衬纸内裹包剔除不完全，残留烟支与内衬纸影响下面多包烟包质量问题及模盒打坏、撞坏机台的问题。

关键词：YB45 包装机；3 号轮；剔除装置；正压吹风

1 存在问题

1.1问题描述

在实际运行过程中，3号轮剔除装置不能100%内衬纸内裹包剔除干净。剔除不完全导致残留烟支、内衬纸卡在模盒与上导轨、模盒与剔除板之间，从而引起后续烟包铝纸破损等，严重时可能会撞坏3号轮模盒、轮芯、剔除臂装置组件等。此外剔除的铝纸包可能会堆积在剔除通道，不方便观察与清洁，会造成剔除动作受阻撞坏设备。

为了方便分析3号轮剔除情况，我们统计了厂里14台设备的剔除成功率。3号轮剔除数量在OPC界面有统计显示，在剔除料斗对实际剔除的内裹包进行查看，通过查看实际剔除的数量、内衬纸及烟支完整度与理论情况对比来判定剔除是否成功，结论为：剔除成功率为98.71%。

1.2原因分析

1.2.1从剔除情况角度分析

三号轮主要负责4类烟包的剔除，当内衬纸不完整、无内衬纸、烟支裸露时，残缺铝纸、烟支可能会卡在3号轮模盒与剔除板之间、模盒与下导轨之间；而变形严重的烟包很容易卡起。

1.2.2从设备角度分析

引起剔除不干净的因素主要有三个：

①速度快，剔除时间短。YB45包装机设计运行速度为400包/分，一个工位时间为150ms，根据马尔它轮的结构可以算出其中停顿时间96ms，也就是剔除动作不足0.1秒

②上剔除臂行程短。在剔除时，下剔除几乎完全竖直，但上剔除臂受模盒所限，动作幅度很小，这样对内裹包的推送作用小。

③容易残留。模盒内尺寸87*55mm，剔除板74*49mm，剔除板的宽度比模盒要小6 mm，长度小13 mm，容易卡在剔除板与模盒之间；模盒与下导轨间隙，容易卡在模盒与导轨之间

这样0.1秒内不能100%将对不好的内裹包尤其是变形严重、损坏的内裹包剔除干净，会 图2 模盒、剔除板尺寸示意

有残留内衬纸、残留烟支。

2设计思路

如果从传动结构上改变，如双摇杆机构，这样难度较大。而根据前文分析，可以增加一种辅助手段以保证内裹包剔除成功，如气缸式和正压吹风式。若采用气缸式，直接将气缸与剔除板相联，快速将内裹包推出模盒20mm以上，增大剔除速度与面积，但是气缸一个回来0.1秒左右，可能撞坏模盒；连续剔除时气缸容易反应不及时撞坏模盒。而采用正压吹风式，剔除装置上方增加吹风正压以辅助剔除，依靠合适的正压空气强行将内裹包吹落，还可以将通道推积的铝包吹落，无其它不良影响。因此采用气缸式辅助手段。

3设计方案及原理

为了解决上述问题，在3号轮第二工位模盒上方增加一个正压吹风装置以辅助剔除。该装置主要由一个安装在3号轮上导轨上的吹风板与接近式检测开关组成。

4.1固定吹风板的设计

4.1.1形状设计

吹风板须包含向上的一个进气孔、若干个向下的吹风孔及相应的空气通道，所以将吹风板设计为回字型。为了不影响上剔除臂的上下动作，在不影响强度的前提下将其去掉一部份。

4.1.2空气通道设计

空气通道设计遵循以下5条原则：

1. 选择4个吹风孔，各自负责1/4区域，位置要考虑到剔除板挖孔后的强度；

2. 吹风孔越大，气压越足，效果越好；

3. 保证吹风板强度的前提下，进气孔越大越好

4. 吹风孔越靠近烟包越好

5. 吹风通道直径径逐步递减保证气压传递稳定，在启动的瞬间无衰减。

据此，设计总体如下：紧挨着剔除板，其中进气口采用英制螺纹接头G1/8（若用G1/4则安装孔过大）； 进气管6mm，一级通道直径为4mm，二级通道为3mm，吹风孔为2.5mm。为了选择合适气压，压缩空气从0.1~0.6MPa分别进行了实验，如图4，0.3MPa以上剔除效果良好，但是0.6MPa也无不良影响，因此选择0.6MPa。这样4个吹风孔可以提供的压力为0.6Mpa×3.14×（0.0025m/2）

²×4=11.8N，而一包内裹包约重18~20g，即0.2N，可以得出在烟包吹出瞬间可以提供约58倍的压力。

4.1.3剔除板的改造

压缩空气要作用在烟包上必须在原剔除板开设相应风口，经过模拟试验，压缩空气吹出后分布如下图7a所示。为了保证在剔除臂向下动作时，压缩空气仍能够作用在烟包上，将风口设为直槽形。

4.2压缩空气的控制与安装

4.2.1电磁阀控制信号的选择

压缩空气不能常开，要求在剔除动作时准确启停，需要用电磁阀控制。这里选择MFH-3-1/8的常闭、单电控二位三通电磁阀。其气动连接及气口为G1/8，标准额定流量为500L/min。二位三通电磁阀为双线圈控制，一个线圈瞬间通电后关闭电源、阀打开，另一个线圈瞬间通电后关闭电源、阀关闭，可以长时间保持关闭或打开状态，能使线圈寿命更长

而电磁阀控制信号在以往改造时，主要采取两种控制信号，一种是原机相位或剔除信号，一种是参考设备外部相关零件的动作。

若用第一种原机剔除信号，信号来源简单，但是当连续两包以上的烟包剔除时，信号不中断，压缩空气常开。这样在下剔除板在未动作处理静止时，压缩空气冲撞在下剔除板上气流絮乱，可能会使前后烟包错乱造成质量缺陷；同时后续内裹包在未剔除时就已经吹散吹乱，加大了剔除难度。

若用第二种，参考剔除臂动作，需要增设一个接近开关，不通过PLC直接控制电磁阀。当上剔除板刚开始动作时，压缩空气启动，当剔除板结束动作回到原位时，压缩空气停止。这样保证了压缩即时起停的同时，也最大化了压缩空气的有效工作时间，因此采用此方法。

4.2.2接近开关的选择

根据接近开关选择公式结合实际需求共有以下条件：

1. 工作环境要求防尘；

2. 检测介质为金属最宜；

3. 检测距离5mm左右；

4. 接近开关频率100Hz以上；

5. 接近开关响应时间越小越好；

6. 输出信号为直流24V；

7. 接近开关经久耐用，成本低廉。

因此，参考选型手册选择SIEF-M12B-PS-K-L的PNP输出式电感式接近开关、具有常闭触点的3芯电缆，其有效检测距离为4mm。

5 使用效果

改进之后，在设备运行过程中，原3号轮剔装置不受影响，正压吹风启停及时合理，对变形烟包、铝纸歪斜、烟支外漏的内裹包剔除能够有效吹出，无残留铝纸或残留烟支，除剔除功能执行可靠，对前正常内裹包的传输没有影响。结合长达3个月的在线运行观察，6583次剔除中，共有2次剔除失败，均为内裹包变形特点严重导致，进行了停机排故，剔除成功率由原来的98.71%提高到了99.97%。

参考文献：

[1]上海烟草机械有限责任公司．ZB45型硬盒硬条包装机组2006

[2] 《GDX2盒包装机随机图册》. 意大利GD公司

[3] 王荣疆,张炼加.GDX2包装机3号轮剔除装置缺陷改进.《装备制造技术》.2013,8