ZB45六輪異形煙包檢測裝置的研制

張濤 杜小潔

（紅塔煙草（集團）有限責任公司玉溪卷煙廠 云南玉溪 653100）

近年來，煙草行業中細支煙異軍突起，已在近幾年的煙草市場中逐漸走向主流地位。紅塔集團目前的細支煙產品在市場上也廣受消費者青睞，成為了集團難能可貴的新增長點，因此，細支煙的生產任務也成為了集團的焦點。為了解決生產任務量大與設備產能之間的突出矛盾，更好地確保細支煙生產任務的按質、按量完成，卷包一車間組織技術人員對影響細支設備故障率高的主要問題進行研究及解決，提高了機器設備的使用效率，達到了設定目標。

1 存在問題

1.1 異形煙包進入六輪后容易干涉導致零部件損壞

目前，承擔紅塔集團細支煙生產任務的包裝機僅有卷包一車間的6 臺ZB45 設備和一臺進口GDX2 設備。在生產任務繁重的環境下，亟須解決的問題是由于較高的生產任務量和設備產能之間產生的矛盾，因此，卷包一車間組織人手對提高設備產能、減低設備故障率、維修率等目標進行攻關。

小組成員在對卷包一車間前5 臺ZB45 包裝機小包成型系統進行調查時，發現六輪、七輪維修次數多，產生的維修費用高。通過調研，發現卷包一車間5 臺ZB45包裝機在六輪、七輪處維修總費用為179 585元，六輪、七輪維修總次數達330 次。在多次故障分析會及實際維修中，發現造成六輪、七輪損壞的原因是異形煙包在設備運行過程中與六輪、七輪發生干涉，造成設備損壞［1-2］。

1.2 設備原有五輪出口檢測器對異形煙包檢測精度不足

在ZB45 包裝機五輪出口處裝有變形煙包檢測裝置，按照該檢測裝置要求，當有異形煙包從五輪推入六輪時，該檢測裝置應能檢出異形煙包并發出停機信號，由操作工手動盤車后拿出異形煙包。為驗證該檢測裝置對水平方向與豎直方向上變形的煙包的檢測能力，小組成員通過實驗法在D2、D3、D4設備上分別進行實驗，將水平方向異形煙包放入五輪盒模中，啟動設備，讓異形煙包通過五輪出口檢測裝置，每臺設備進行3次人工放煙實驗，每次試驗分別放置50次不同方向上的異形煙包，同時，進行對比試驗為放入豎直方向異形煙包。經實驗統計后，可以看出，3臺包裝機因水平方向異形煙包進入六輪停機次數均小于50次，說明該檢測裝置對于水平方向異形煙包的檢測能力有限，對于豎直方向異形煙包檢測率為100%，而對水平方向異形煙包有效檢測率僅為48%，該部分煙包進入六輪后，與模盒、剔除組件、七輪等零部件發生干涉而損壞零部件，因此，設備自帶的五輪出口檢測器檢測精度不足，無法有效解決問題。

因此，小組在對設備原理進行分析后得出，只需要增加1套能夠有效檢測水平方向上異形煙包的檢測裝置，就能夠有效減少異形煙包進入六輪、七輪與設備發生干涉。

2 設立目標

根據分析造成ZB45包裝機六輪、七輪損壞的主要原因是五輪出口處的變形煙包檢測裝置無法檢測出所有水平方向上的異形煙包，導致異形煙包進入后續零部件發生干涉，造成設備損壞。因此，需要研制出一個能夠在六輪有效檢測水平方向上的異形煙包的檢測裝置，檢測后剔除或停機，同時，為了產生較好的經濟效益，需要將成本控制在合理范圍內。因此，將此次活動目標設定為水平方向上的異形煙包檢測率達到100%。

3 提出方案并確定最佳方案

3.1 方案提出

為了檢測水平方向上的異形煙包，需要研制一套能夠檢測到六輪盒模上水平方向上異形煙包的觸發機構，其工作原理應與五輪出口變形煙包檢測裝置一致。

通過現場調研，小組考慮六輪異形煙包檢測裝置的安裝位置選定為六輪二號工位，該位置能夠有效利用設備上已有的剔除組件及時剔除檢測到的異形煙包。ZB45 包裝機六輪上煙包運動，其中，一號工位安裝了五輪出口變形煙包檢測裝置，三號工位為剔除工位。

3.2 確定方案

至此，得出了小組研制使用機械接觸法來進行異形煙包檢測的檢測裝置的方案，安裝位置為六號輪二號工位，基于該方案，小組繪制了方案設計原理圖。

六輪異形煙包檢測裝置：觸發機構采用旋轉觸發，傳感器選擇采用接近開關，電路采用接入原機電，執行方式采用停機。

4 制定對策

4.1 對旋轉式觸發機構進行設計加工并安裝調試

對旋轉式觸發機構設計并進行三維建模。繪制零件圖，交付外單位按照零件圖紙加工。整體安裝并檢驗規格、尺寸及參數，能夠有效檢測異形煙包。使水平方向異形煙包通過檢測器時，能100%觸碰旋轉觸發機構轉動。

4.2 對接近開關進行選型采購并安裝實驗

對所需接近開關選型并采購。檢驗安裝接近開關后，能否有效檢測到檢測片位移。觸發機構觸片轉動帶動檢測片轉動后，接近開關能100%檢測到檢測片位移。

4.3 設計檢測器接入ZB45包裝機的電路

對ZB45包裝機控制電路進行分析，并選定檢測器接入點。尋找并選擇異形煙包檢測裝置的有效接入點。

4.4 程序的編寫

編寫控制程序；檢驗程序有效性，實現檢測到異形煙包后停機的功能；實現對檢測器自身診斷。

5 實施過程

5.1 旋轉式觸發機構設計加工并安裝

旋轉式觸發機構分為以下幾個部分：觸片；轉軸；底座；軸套；檢測片；限位片；扭簧。

對觸片進行設計：（1）連接孔為腰子狀孔；（2）高度。

對轉軸進行設計：小端長度、直徑，大端長度、直徑，強度校核達標。

根據目標要求，設計底座、軸套、檢測片，同時選定扭簧參數。

觸發機構的觸片高度與六輪盒模高度一致，觸片調整至二號工位煙包間隔2mm，當有水平方向上形變超過2mm 的煙包通過觸發機構時，煙包會碰撞觸片，使觸片逆時針轉動，同時，帶動位于同一根轉軸上的檢測片逆時針轉動，使檢測片脫離傳感器范圍，傳感器發出信號，使設備停機。

5.2 接近開關進行選型采購

針對觸發機構觸片轉動帶動檢測片轉動后，接近開關能100%檢測到檢測片位移目標條件，最終選擇巴魯夫BALLUFF感應式接近開關，在觸發裝置上安裝接近開關后手動轉動觸發機構觸片，觀察接近開關能否有效檢測到檢測片的位移。觸片轉動次數10次，接近開關感應次數10次。通過審核與分析，接近開關符合設計要求［3-4］。

5.3 設計檢測器接入ZB45包裝機的電路

通過對ZB45包裝機控制電路的分析，選擇將檢測器直接串聯接入ZB45 包裝機原有的五輪出口變形煙包檢測器控制電路中。該電路無外接PLC 控制器，直接將六輪異形煙包檢測器串聯接入五輪出口變形煙包檢測器控制電路中。通過審核與分析，電路符合設計要求。

5.4 程序的編寫

為實現檢測到異形煙包后停機的功能，實現對檢測器自身診斷。按照目標要求對程序進行編寫。通過審核與分析，檢測到異形煙包后停機報警，對檢測器自身診斷，程序功能符合要求，如圖1所示。

圖1 部分源程序與功能圖

5.5 整體安裝調試

整體安裝調試的目標是能夠在檢驗到異形煙包（觸片轉動）時100%并停機，按照裝配要求，對檢測裝置進行實地安裝、接線、燒錄程序，進行初步的有效性檢驗。小組成員在設備停機時，人工撥動檢測器觸片，觀察ZB45顯示屏是否報錯。在設備運行過程中，人工撥動檢測器觸片，觀察設備是否正常停機并在顯示屏上報錯。通過實驗驗證，六輪異形煙包檢測裝置運行穩定有效。

6 效果檢查

小組成員選取已經安裝六輪異形煙包檢測器的D2#、D3#、D4#包裝機進行人工放置異形煙包檢驗檢測器效果。

由表1可知，在加裝六輪異形煙包檢測器后，六輪處水平方向異形煙包檢測率為100%，目標完成。

表1 ZB45包裝機六輪異形煙包檢測器人工放煙實驗

小組選擇效果檢查期，調查統計了卷包一車間6臺ZB45細支煙包裝機（D2、D3、D4、D6、D7、D8）在加裝六輪異形煙包檢測器后，六輪、七輪組件的維修頻次。從分析數據可以看出，活動后，ZB45 包裝機因異形煙包干涉造成的六輪、七輪組件損壞次數大幅降低，在設備正常運行的情況下，ZB45六輪異形煙包檢測器能夠有效檢測出異形煙包，使六輪處水平方向異形煙包檢測率達到100%。綜合以上檢測結果，目標得以實現［5-6］。

7 結語

小組通過自主創新的方式，通過對ZB45包裝機設備的原理進行分析，研制出結構簡便、空間占用小、成本低、維修保養方便、能有效檢驗出六輪異形煙包并停機的檢測裝置，有效減少了設備維修頻次，提高了生產效率。通過自主編寫程序，克服現有技術上的不足，在硬件上加裝ZB45 硬盒包裝機六號輪不良煙包檢測裝置的基礎上，通過程序有效監測六號輪上的異形煙包，及時停機報警，剔除不良煙包，幫助設備操作人員及時發現、排除故障，避免不良煙包導致的產品質量事故或設備損傷。