GDX2包装机新型条盒透明纸吸风控制系统的研发

GDX2包装机新型条盒透明纸吸风控制系统的研发

李烨、李佳伦、黄宇、张磊、邹绍康、朱恩玄

（红云红河烟草（集团）有限责任公司红河卷烟厂，云南弥勒 652399）

摘要：GDX2包装机的条盒透明纸吸风控制装置位于设备箱体内部，采用的是机械阀与凸轮控制，来实现条盒油封纸定位负压吸风的准确控制。在实际设备运行过程中，因箱体内部的润滑油容易进入吸风管路，引起故障率高，难维修、维修量大，配件损耗高等问题，增加了产品质量控制难度、制约了设备效能的提升，与企业优质、高效、低耗的经营理念相悖，对设备的正常生产及稳定运行有较大影响。针对原机控制装置的先天不足，作者通过对原机装置工作原理的分析，结合设备需求、设备布局，开发了一套由电磁阀替代机械阀的外移式条盒透明纸吸风控制装置，杜绝了吸风管路与润滑油的接触，实现了条盒透明纸定位吸风的精准控制，大幅降低了条盒透明纸吸风控制装置引发的设备故障率和产品质量风险，减少了设备维修工作量，提升了设备效率和经济效益。

关键词：GDX2包装机    条盒透明纸    吸风控制系统   研发

1引言

1.1  项目概述

红河卷烟厂现有12组GDX2包装机(国产机为ZB45)，在生产运行中表现出较好的生产力及产品包装质量，是工厂中速包装设备的主力硬盒包装机型。但是，该机型在长期的设备运行中，GDX2下游机存在着一些问题。在对GDX2下游机进行日保维修清洁的过程中，发现所有的GDX2下游机均存在主吸风管过滤器配件更换频繁的问题，并抽取了部分机组进行统计抽查，如下表所示：

表1.1过滤配件更换数统计表

从表1.1可以看出半年来6台GDX2下游机主吸风管过滤器配件更换总数为53次，平均每机台每月1.47次，按过滤器配件每半年更换一次的正常标准来看，6台GDX2下游机主吸风管过滤器配件更换次数远远超标，配件消耗严重。

针对该问题进行了跟踪调查，发现近半年来，6台GDX2下游机主吸风管均存在润滑油泄漏的问题，漏出的润滑油粘于气管内壁，经过的烟沫灰尘被吸附，造成气路污染，如图一所示。而过滤器配件正是因为油污的渗透以及灰尘吸附而失效，才导致更换的频繁发生。

图一 受污染的主吸风管

结合GDX2下游机的吸风供给进行去路分析，发现主吸风分别为小包六角轮转塔、条盒输送、条盒透明纸输送定位三个部位提供吸风。而小包六角轮转塔与条盒输送的吸风供给均属于外置吸风，不存在与箱体内的润滑油接触的可能性。

条盒透明纸包装设备内部采用循环淋浴式润滑，一旦设备内部的润滑油被吸入负压管路中，粘于气管内壁上的润滑油会吸附经过的烟沫灰尘，造成气路污染，甚至气路堵塞。由此可以判断，条盒透明纸输送定位部位润滑油进入吸风管路是主吸风管污染的主要原因。

因此，条盒透明纸定位吸风漏油问题是亟需解决、改善的问题。本课题将围绕解决GDX2条盒透明纸输送定位部位漏油问题来展开。

2 主要研究内容

原机条透明纸定位吸风控制装置存在的问题及分析

2.1原机定位吸风控制装置工作原理

针对条盒透明纸定位吸风漏油的问题，我们对条盒透明纸提升吸风的控制进行了原理分析：

GDX2下游机的条盒透明纸包装机（以下简称CV）在条盒透明纸包裹过程中，条盒透明纸横向传送到位后，需要用负压吸风对透明纸进行定位（吸住），防止条盒透明纸歪斜，并与输送过来的烟条一起垂直提升，进入下一道工序。CV的负压吸风由主进气管供给到机械阀体（如下图所示），再由机械控制阀与凸轮配合，实现吸风通断以及吸风的切换。图中A路为条盒透明纸横向传送到位后的精准定位，B路为烟条到位后，切断A路吸风，吸风切换到提升推杆（B路），烟条和条盒透明纸一起垂直提升过程中，进行透明纸的精准定位，如下图：

图二 原机定位吸风控制装置示意图

当凸轮运动到曲线降程（轮廓线低点）时，吸风阀控制条盒透明纸横向传送定位的吸风打开，此时A路畅通，B路关闭，对横向输送到位后的透明纸吸附并精确定位。

当凸轮运动到曲线升程（轮廓线高点）时，吸风阀控制条盒透明纸垂直提升定位的吸风打开，此时A路关闭，B路畅通,对即将和烟条一起提升的透明纸进行吸附并精确定位，确保包装质量。

2.2原机定位吸风控制装置存在问题

2.2.1 问题一：吸风控制装置接触污染源，气路易受污染

由于条盒透明纸包装机设备内部采用循环淋浴式润滑，机械阀、供气管路直接接触污染源，且机械阀无特别的密封，当机械阀的垫圈老化后，在负压吸风切换过程中，设备内部的润滑油会被吸入主吸风管路造成气路污染，甚至气路堵塞，如图所示：右图为18#机32mm主真空管内壁堵塞情况。

2.2.2 问题二:产品质量风险高。

如果条盒透明纸定位吸风通道的气管内吸入过多的润滑油，润滑油会从吸风孔渗出，污染条盒透明纸，给产品带来巨大的质量风险。

2.2.3问题三：清洁维修难度大，配件消耗高

由于吸风阀安装于设备内部，出现漏油之后需要拆卸众多部件才能对其进行清洁维修，维修难度大。为了保证气路清洁通畅，保养过程中需高频次的更换过滤配件，造成配件消耗大幅超出正常水平。

2.3新型吸风控制装置的设计

2.3.1新型吸风控制装置设计的必要性

针对原机吸风控制方法存在的控制位置接触污染源、气路受污染、产品质量风险高、耗时耗物的几个弊端，优先从在吸风控制位置增加隔油保护层、增加定期漏油保养和清理频次、对维修清洁人员进行专项维修清洁培训等方面考虑。经过一段时间的试验与分析发现：

1.由于空间受限，在吸风控制位置增加隔油保护层操作性较差，维护保养不方便，且机械阀与凸轮之间的工作工作面无法进行隔离包裹，此措施不能从根本上解决问题；

2.由于机械阀较为精密，保养和清洁操作繁复，耗时较长，且清洁后对漏油防护的效果提升不明显。

3.对维修清洁人员进行专项维修清洁培训虽然维修清洁时间得以加快，但由于现有条盒透明纸提升吸风控制的缺点，发生漏油的情况仍频繁出现，由此造成主吸风管气路污染的问题仍未解决。

最终，决定开发设计一套新的条盒透明纸吸风控制装置，隔绝控制位置与污染源的接触，减低维修清洁难度，杜绝润滑油倒灌发生的可能性以及给产品带来质量隐患，同时降低配件消耗，以解决原机现存在的问题。

2.3.2新型吸风控制装置的控制原理

新的吸风控制系统开发思路：将设备内部的负压吸风管外移，使之连接到设备外部加装的电磁阀上。采用 PLC编程，通过PLC编码器读取条盒透明纸输送过程中的吸风控制角度，控制电磁阀动作，来实现对条盒透明纸吸风需求的精准控制。

1.当设备运行至95°-210°时（即条盒透明纸横向传送定位阶段），此时PLC通过编码器读取到角度，并控制电磁阀A得电接通负压吸风，横向传送定位吸风孔通气，将条盒透明纸吸附固定，完成横向传送。

透明纸横向传送定位程序段

2.当设备继续运行至210°-330°时（即条盒透明纸垂直提升定位阶段），此时PLC通过编码器读取到角度，并控制电磁阀B得电接通负压吸风，垂直提升定位的吸风孔通气，将条盒透明纸吸附固定，完成垂直提升。

条盒透明纸垂直提升定位程序段

该设计方案，从根本上解决了机械阀控制吸风的缺陷，杜绝了漏油问题的发生。同时，电磁阀的控制精度远远超过机械阀，可以更精准控制吸风，且稳定性较强，长时间工作无误动作，几乎无磨损，可靠性高。从而保证条盒透明纸吸风控制准确可靠，大幅降低维修清洁频次，且制作成本较低。另外，保证吸风切换控制与污染源完全隔离，杜绝了漏油问题的发生，安装方便，发生问题易于排查维修。

2.3.3吸风供给气路的管路直径选择

通过翻阅设备机械图册以及实地测量，技术人员测量出条盒透明纸横向输送部位气路接口管路直径为φ6.0mm，条盒透明纸垂直输送气路接口管路直径为φ8.0mm.为了同时满足两个透明纸输送部位的负压供给，再参考电磁阀接口尺寸，最终选择管路直径为φ12.0mm。

2.3.4电磁阀类型确定

条盒透明纸的水平传送与提升阶段的定位吸风能否在准确的角度进行切换，电磁阀的响应速度起着决定性作用，控制精度要求较高，先导阀与直通式电磁阀相比，虽然结构复杂，但可以比后者实现更高精度的控制效果，能够控制阀口的开关速度，功耗较小，可以频繁通电而不易烧毁，因此本课题最终选择先导型电磁阀来实现吸风切换，如图三所示。

图三 先导型吸风电磁阀

2.3.5过滤杯设计

条盒透明纸的水平传送与提升阶段的定位吸风孔在工作时会吸入少量烟末粉尘，长期工作以后，电磁阀容易积灰尘造成动作不灵活的问题，为了解决此问题，选择在电磁阀的供气出口增加过滤杯，如图四所示。

图四 过滤杯示意图

2.3.6新型装置安装部位选择

新型装置采用背板式安装方式，决定将新装置安装于条油机CV后部，此处安装，尽可能不改变原来的气路走向，大幅减少吸风输送通道的长度，使新装置控制快速响应。同时，电磁阀控制线更接近于设备原机的接线盒，利于布线，也便于拆装清洁和维修，如下图所示：

图五 新型装置安装示意图

2.3.7新型装置吸风管路安装

如上图所示，新型条盒透明纸吸风定位气路完全外置到箱体外，供气管路与箱体内部的润滑油做到完全隔离，吸风供给管路直接从电磁阀出口连接至工作位置，实现供气管路外移。从根源上解决了原机产品易污染、维修难、备件成本高等问题。

2.4 效果验证

条盒透明纸吸风控制装置在 13#机上进行安装后，进行了1个月的试用，试用期效果显著，由于新装置与污染源直接隔离，条盒透明纸定位准确且未再发生漏油的问题，于是我们对其余GDX2条盒透明纸包装机进行新装置的安装推广，之后进行了为期3个月的问题统计，均未发现条盒透明纸输送定位部位漏油的问题。下图为使用半个月后的过滤杯检查情况，未发现任何油污。

改造前后的GDX2下游机主吸风管过滤器配件更换次数对比，如图六所示，由于新装置直接与污染源隔离开来，100%杜绝了漏油的问题。

图六 改造前后主吸风管过滤器配件更换次数对比

12台GDX2下游机主吸风管过滤器配件更换次数从改造前的：

降低至

新装置效果显著。

3总结

本课题通过研发新型条盒透明纸吸风控制装置，从根本上解决了主吸风管受污染堵塞的问题。首先，由于采用外移式电磁阀控制方式，新装置直接与污染源隔离开来，从根本上杜绝了漏油的问题。其次，由于采用外移式电磁阀控制方式结构简单，发现问题时简单易排查，维修清洁简单方便，减少了维修清洁的时间。再次，由于新装置从根本上杜绝了漏油的问题，主吸风管的气路污染得已解决，过滤器配件消耗大大减少，过滤器配件回归至半年更换一次的正常标准，达到了预期效果。在今后的工作中，我们将继续以“提效、降耗”为目的，围绕设备的重点、难点问题，秉持精益求精的理念，不断寻求突破，为企业解决实际问题，助力企业精益管理上水平。

参考文献：

[1]初嘉鹏, 贺凤宝.机械设计基础[ M] .北京:中国计量出版社.

[2]机械设计手册编委会.机械设计手册[ M] .北京:机械工业出版社.

[3]范铁祯.烟机设备修理技师培训教材——包装设备[ M] .国家烟草专卖局职业技能鉴定指导中心.

[4]赵燕、徐汉斌.PLC——从原理到应用程序设计.电子工业出版社.

第一作者简介：李烨，男，大学本科，高级技师，工程师，主要从事烟草封装设备管理及技术研究。

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