ZB45细支包装机铝箔纸自动切换系统的设计

ZB45细支包装机铝箔纸自动切换系统的设计

唐志垚 ,吴华杰 ,王凯

（贵州中烟工业有限责任公司遵义卷烟厂，贵州遵义563000）

摘要：近来，国家局提出，推进精益管理要围绕“以精益管理划分”的基本要求，不断提升“精益生产”“智能制造”水平，推动高质量发展。ZB45细支包装机为我车间的主力机型，目前，操作工在生产过程中更换铝箔纸时仍然采用手动切换的方式进行更换，这样一来增加了设备停机时间，降低了设备运行效率，也增加了操作工的劳动强度。显然，这与国家局提出的“精益生产”和“智能制造”高质量发展理念大相径庭。基于此，本研究在ZB45细支包装机上设计一套铝箔纸自动切换系统，减少设备运行过程中更换铝箔纸的停机次数和停机时间，提升设备运行效率，降低操作工的劳动强度。

关键词：ZB45细支包装机，精益生产，智能制造，铝箔纸自动切换系统

ZB45细支包装机是我车间的主要包装生产设备，按目前该机型的生产情况，每小时平均需切换1.7个铝箔纸，按单台设备每班生产8小时算，即切换铝箔纸需停机13.6次/班。我们在分析ZB45细支包装机的停机次数时发现，因铝箔纸切换造成的停机次数在该机台停机总停机次数中的占比为8.5%，占比较高。针对该现象，结合公司和工厂的重点工作方针，本小组决定研制一套铝箔纸自动切换系统，以降低铝箔纸切换造成的停机次数和停机时间，提高ZB45细支包装机的运行效率，同时降低操作工的劳动强度。

1、ZB45细支包装机铝箔纸更换的工作流程

目前，ZB45细支包装机铝箔纸在切换过程中有两种方式，分别为手动切换方式和半自动切换方式。他们的工作流程分别如下：

(1)手动切换方式的工作流程：

第一步：准备好新铝箔纸卷并粘贴双面胶；第二步：操作工随时关注在用铝箔纸的使用情况，当在用铝箔纸用完时，操作工手动停机；第三步：人工切断在用铝箔纸，松开锁紧装置，换上新铝箔纸卷后重新锁紧；第四步：粘贴旧卷接头和新卷接头；第五步：开机并观察拼接头剔除情况，完成铝箔纸的手动切换过程。

(2)半自动切换方式的工作流程：

第一步：将新铝箔纸卷装在备用铝箔纸架上，并完成人工引纸；第二步：盘动备用铝箔纸架的压花辊至规定相位；第三步：当检测开关探测到在用铝箔纸卷用完后会出现停机，并在OPC上显示提醒信息；第四步：操作工根据提醒信息，手动切换铝箔纸摆臂位置，盘车到规定相位（提醒指示灯亮）；第五步：手动操作铝箔纸切刀，切断在用铝箔纸后，复位开机，完成铝箔纸的半自动切换过程。

2、现状分析

ZB45细支包装机是我车间的主要包装生产设备，目前，因为包装机设备没有铝箔纸自动拼接功能，在生产过程中，当发生铝箔纸用尽或是铝箔纸断裂时，包装机操作工都是采用铝箔纸手动拼接或半自动拼接后再正常开机。经过调查询问操作工得知，由于铝箔纸半自动拼接方式操作繁琐，步骤复杂，操作时间又和手动拼接时间差不多，所以实际生产过程中，几乎所有该机型操作工都是采用铝箔纸手动拼接方式操作铝箔纸切换工作的。这样一来，因为铝箔纸切换工作就会造成额外的停机次数和停机时间的增加，就会增加该设备的停机率，同时降低了设备运行效率。这两个指标正是当下我们工厂、公司乃至行业内包装机设备运行指标评价的重要组成部分。对此，包装机在生产过程中，针对铝箔纸不能自动切换工作的情况，已经严重影响到了工厂设备运行指标评价工作的向好发展，亟需解决。

3、原因及问题分析

针对目前铝箔纸切换存在的问题，小组从相关联的几个层面出发，对人员操作、设备管理、工艺管理、技术技能几个方面进行分析。

人员操作层面，操作工劳动强度高，需要手动盘车或托举铝纸才能完成铝箔纸的切换工作，需要更省力的方式。设备管理方面，目前的铝箔纸切换方式每班次停机次数为13次（设备运行正常）。半自动方式切换平均时间为20.6秒，手动方式切换平均时间为29.6秒。按照单班使用13个铝纸计，则切换铝纸所花费的停机时间分别为4.5分钟每班和5.9分钟每班。设备管理上需要减少停机时间，提高设备运行效率。在工艺管理方面，手动切换铝箔纸的过程存在质量风险，切换过程中需要时刻观察，操作工易分神造成铝箔纸接头等缺陷产品流出，需要更稳定可靠的切换方式。在技术技能方面存在难点:1、铝箔纸切换复杂，手动切换方式需时刻关注铝箔纸余量以防铝箔纸用完。2、误触发检测导致铝箔纸断裂故障，需要呼叫电工处理故障，费时费力。半自动切换只有某些操作工熟练掌握，需要更稳定简单的方式。

经过需求分析得出，目前的铝箔纸切换方式无法满足人员操作、设备管理、工艺管理和技术技能的需求，如何高效、稳定的切换铝箔纸，是本小组攻克目的的关键所在。

4、设计思路及方法

铝箔纸切换系统简介图

目前，国内外卷烟包装设备上自动拼接装置比较常见，如ZJ17卷烟机的盘纸自动拼接系统、帕西姆卷烟机的外挂盘纸自动拼接系统等，该领域向着智能化、精密化、人性化的方向发展。为了实现铝箔纸切换过程自动化，就需要重点考虑，如何让左右侧离合自动投入和脱开、在用侧铝箔纸的自动裁断，并在切换时减速提高稳定性防止切换失败，能够解决设备连续生产和因切换铝箔纸造成停机的矛盾，满足课题需求。如何让手动切换方式实现自动化切换，小组提出以下难点并通过研制铝箔纸自动切换系统制定了对应解决措施。

(1)如何实现两侧铝箔纸系统的离合切换。设计程序段，充分利用原机内部电磁铁控制两侧铝箔纸离合器的脱离和投入。

(2)如何裁断在用侧铝箔纸。设计一套装置带动裁刀裁断在用侧铝箔纸，保证切割位置正好在两张完整的铝箔纸交接位置。

(3)如何使系统稳定切换，不造成质量风险烟包流出。降速切换并移位剔除该段烟包。

4.1控制程序设计

利用ZB45包装机控制系统，将程序加装在GD语言程序中，以实现铝箔纸左右自动转换的逻辑控制。具体如下：

(1)自动拼接的启用设置：在程序中设置一个开关变量，该变量对应OPC中的一个选项，当该变量被选择为1时，启用自动拼接功能，当变量被选择为0时，停止自动拼接功能。

(2)自动拼接流程控制：当2S230、2S231检测到铝箔纸用尽，或者2S232、2S233检测到铝箔纸断裂时，控制器识别到切换铝箔纸信号。控制程序，将控制机器降速运行，持续运行至铝箔纸卷径达到某个值时，将进行自动拼接。拼接时，电磁阀转换控制切纸气缸动作，将在用铝箔纸切断，同时铝箔纸架转换离合器动作，将在用纸架脱离，并将备用纸架齿合，转换完成后机器自动加速到起始速度，全过程大约为3秒钟左右。

(3)拼接点对应烟包的剔除和计数：拼接点的烟包将通过程序移位计算，在机器八号轮剔除口进行剔除，为保证剔除准确，将剔出2至3包烟，并将剔除的烟包数量记录在OPC的“铝箔纸自动拼接烟包数量”中。

4.2机械结构设计

通过对原机铝箔纸输送机构原理的分析，得知铝箔纸裁剪机构是通过拉动裁纸刀一侧，像剪刀一样裁断铝箔纸。拉动裁纸刀手柄使裁纸刀向铝箔纸靠拢并裁断铝箔纸，然后回弹至原位。

根据铝箔纸裁刀工作时往复运动的特点，小组提出使用气缸控制裁纸刀工作。由于气缸不能直接顶动裁纸刀，还需设计连接板，使气缸顶动连接板，带动铝箔纸裁刀运动，完成裁纸工作。

裁纸刀工作示意图

(1)连接板设计

如图所示，连接板的外形设计为“S”型，用于连接裁纸刀和气缸，将气缸的推力传递到裁纸刀，带动其完成裁剪动作。连接板材料要满足，适用温度符合车间工艺要求温度（24℃±2℃）；强度够高，不易变形；同时应尽量降低成本。材料应力分析由F=PS，得出F=60000×0.00009=54N·m2，通过比较金属材质Q235、304不锈钢和铸铁的最大硬度、市场平均价格等综合因素，最终选择连接板材料为304不锈钢。

(2)气缸选型

选择气缸的条件，应适用温度符合车间工艺要求温度（24℃±2℃）；强度够高，不易变形；满足条件下尽量降低成本。气缸的固定，应通过固定板安装在机身上。气缸的气源采用包装机集中压空提供，通过模拟机构运行分析得出，气缸行程为100mm，压力为0.6MP，普通单轴的气缸即可满足要求。

4.3电磁阀选型

选择电磁阀时，应考虑以下参数，管道直径φ6mm，工作压力，0.6mpa，电源选择，DC24V，工作环境应满足，温度24℃±2℃，湿度55±5％。最终确定型号为，普通常用的电磁阀4v220-08DC24V即可满足设计要求。

5、应用效果

5.1目标值验证

小组在一个月时间周期内，跟踪验证某机台因切换铝箔纸造成的停机次数及停机时间数据。得出结论，该机组在该月时间内运行过程中因切换铝箔纸停机0次，耗时0S，效果达到设定目标。

5.2需求验证

5.3结论

本课题研究设计ZB45细支机型铝箔纸自动切换系统，解决了以往当铝箔纸用尽或者铝箔纸断裂时，操作工需要停机切换铝箔纸，造成停机次数和停机时间增加的情况，从而提升了设备运行效率。活动前每班次因切换铝箔纸停机次数13次，每次20S,停机时间260S。活动后每班次因切换铝箔纸停机次数为0次，每次切换时间2S。切换效率提升：ΔS=（20-2）÷20×100％=90％。实行铝箔纸自动切换，机械运行效率提升：ΔS1=260÷60÷（8×60）×100％=0.86％。根据一段时间的跟踪验证，该设计使用效果良好，可以向同类机型推广。

参考文献：

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