ZJ15—XG卷煙機微剩余盤紙自動拼接系統的研制

摘要：針對ZJ15-XG卷接機組盤紙拼接方式為儲紙庫結構，靜態拼接方式，在使用中存在盤紙不能完全耗盡，剩余量較多的弊端，通過增加盤紙測速計數碼盤齒數，將盤紙拼接后的剩余量從12-15米降低至5米左右，繼而通過增加光電檢測元件，分階段控制盤紙速度等手段，使盤紙從紙圈中完全拉出時再進行拼接，使盤紙最終的剩余量降低至0.5米的最小限度。從而避免了浪費，降低了盤紙消耗，創造了良好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：盤紙 無剩余 自動拼接

ZJ15-XG卷接機組是2002年許昌煙機廠在對原ZJ15機型進行伺服化改造后后推出的主流卷接設備，設備制造能力7000支/分鐘，性能與PROTOS70機型大致相當。由于設計的原因，每次拼接完成時，盤紙圈連同附在上面著的十幾米盤紙被廢棄掉。采用增加盤紙架脈沖觸發盤齒數的辦法，將盤紙拼接后的剩余量降低至5米左右，繼而通過增加光電開關等硬件設施，分階段控制盤紙運行速度，改變控制模式等改進措施，使盤紙從紙圈中完全拉出時再進行拼接，使盤紙剩余量降低至0.5米的最小限度。

盤紙自動拼接原理

如圖1所示：

盤紙通過氣動漲緊器固定在2個盤紙架上，一個齒狀的圓盤同軸安裝在漲緊器的后部，與盤紙內芯直徑大致相當，且同步旋轉，在2工位盤紙架的后面墻體上，安裝有一個感應式傳感器，獲取齒形圓盤旋轉時的觸發脈沖所以我們稱這為脈沖觸發盤。1是備用盤紙工位，2是在用盤紙工位，當自動拼接完成后2工位盤紙架被取出，1工位盤紙可沿導軌移至2號位置，成為在用盤紙。理論上，在盤紙速度即車速恒定的情況下，盤紙直徑越小角速度越快，單位時間內接收到的脈沖就越多。系統不斷統計每12.8米（對應100根雙倍長煙支）盤紙接收到的脈沖個數，并與設定值相比較，來判斷是否達到盤紙的直徑大小。挑紙臂13可隨盤紙張力在滑道內上下移動，給盤紙拖動輥11提供反饋信號，以使供紙速度與煙支卷制速度同步。當盤紙直徑小到一定程度，脈沖數達到系統的一個設定值時，盤紙拖動輥11 加速，將一定數量的盤紙貯存紙紙庫9中，此時對應的紙盤直徑被稱為第一直徑。隨著盤紙直徑進一步減少，脈沖數繼續增加，在達到到一個新的設定值時，此時對應的紙盤直徑被稱作第二直徑，系統判定盤紙即將耗盡，于是停止盤紙拖動，繼而拼接氣缸動作，帶動割刀和壓紙器下行，將舊紙截斷，將粘有雙面膠的新紙與割斷了的舊紙擠壓粘合，然后氣缸復位，盤紙拖動輥啟動，拼接后的新盤紙連同接頭加速運行，在挑紙臂的反饋下很快達到與煙支卷制速度同步的動態平衡狀態，整個拼接過程完成。

1.存在問題

用接近開關拾取脈沖的方式來檢測盤紙直徑，再換算成長度，這樣的精度并不高，一定毫米紙盤直徑時對應的剩余盤紙長度并非線性，在每12.8米盤紙長度對觸發脈沖進行計數及清零的方式下，按車速7000支/分，煙支長度64毫米計算，盤紙速度為7.46米/秒，即每1.7秒系統才完成一次盤紙直徑的判斷，由于盤紙厚度僅為10微米級別，而紙圈為塑料材質，其厚度偏差遠在10微米以上，這就造成在系統中設定的第二直徑參數固定的情況下，每次拼接時盤紙圈上剩余盤紙并不一樣，總是有長有短。實測證明，系統設定的第二直徑對應的時脈沖個數只能是160以下，這樣拼接時舊紙圈上將會有8-12米左右的剩余盤紙無法利用。再增加設定值時，除個別紙圈上會剩余3-5米盤紙外，絕大多數情況下，盤紙會在加速存紙的過程中跑空而不執行拼接動作。

2.改進方法

2.1.通過增加脈沖觸發盤齒數的辦法，配套選用更小直徑的傳感器，

同樣的轉速下可以獲得更多的脈沖個數，以提高系統對盤紙直徑檢測的精度。根據所選傳感器的直徑，將脈沖觸發盤齒數由20個增加至26個，如圖2所示。通過多次試驗發現，盤紙第二直徑設定值即單位長度所接收到的脈沖數量最高可升高至220個，此時盤紙不會跑空，而拼接后的盤紙剩余量最低可降到3-5米。但用此法功效是有限的，增加脈沖觸發盤的齒數，則需要配套更小直徑的傳感器，而小直徑傳感器的高速響應能力較低，從而限制了脈沖觸發盤齒數的進一步增加，且用此法，盤紙最終仍會有較多剩余。

2.2.經過對盤紙拼接過程的分析，可以看出，如果改變現有控制模

式，在第二直徑出現時，暫時不執行拼接流程，而是令盤紙拖動輥11由高速變成慢速運行，直到盤紙從紙盤上輕輕拉斷時再執行拼接動作，就可以做到盤紙的全部耗盡了。降速的目的是為了是減少盤紙輸送慣性，避免拖紙輥在停止前把從紙圈拉出的盤紙帶離拼接區，造成拼接失敗，也保證了在拼接動作時拖紙輥能夠立即停止。

具體實施方案如下：在盤紙架2右下方增加一個盤紙耗盡光電檢測器，為紅外發射反射一體式，反射面為行將耗盡的盤紙。改變原控制程序，當觸發脈沖個數達到第二直徑設定值時，PLC發出指令降速指令，盤紙拖動輥以較低的速度運行直到盤紙從紙圈中拉出斷開，光電檢測器失去反射信號，系統判定盤紙已經完全耗盡，繼而拖紙輥停止運行，拼接氣缸動作，完成拼接過程。經過多次細致調校拖紙輥加速與減速時的速度，使加速結束時紙庫儲紙量正好滿足低速運行至拼接動作這一時間段內的盤紙供給需求，確保拼接成功率達到100%。

3.改進效果

原卷接機組盤紙拼接系統，每次拼接完成后，至少有12米以上的盤紙剩余而浪費，通過增加觸發脈沖個數和改變拼接程序，使盤紙從紙盤中全部拉出時再進行拼接，將剩余盤紙降低至0.5米以下，基本實現全耗盡。按大多數品牌每卷盤紙4000米計算，單臺設備每天兩班制生產時，凈生產時間20小時計算，將更換盤紙約160個以上，可節約1840米盤紙，兩天基本上可以節約一卷盤紙，經濟效益和社會效益十分明顯。

參考文獻：

[1]許昌煙草機械有限責任公司ZJ15-XG卷接機組使用說明書[G]2009

[2]薛銅龍.機械設計基礎[M].電子工業出版社.2011

作者簡介：喬敬，男，1970.05，河南確山，工程師，研究方向：機電自動化。