YF17A 煙支存儲輸送裝置柔性連接系統的設計

盧志敏，張小杭，蘇 鈴，饒 偉

龍巖煙草工業有限責任公司，福建省龍巖市新羅區1299 號 364021

YF17A煙支存儲輸送裝置的主要功能是將卷接機組生產的煙支輸送至包裝機組，并在包裝機組停機或出現故障時暫時存儲煙支，在卷接機組停機或出現故障時為包裝機組補充煙支［1-2］。卷接機組的生產能力一般大于包裝機組，1臺卷接機組可為多臺包裝機組供給煙支。由于柔性化水平低，實際生產中YF17A 只能連接1 臺卷接機組和1 臺包裝機組形成閉環生產線，導致卷接機組生產能力受限。此外，利用閉環生產線中的卷接機組為產量較小的異型煙包裝機組定量供給煙支時，因生產車間空間有限，異型煙包裝機組一般距離卷接機組較遠，需要采用人工裝盤方式將YF17A中存儲的煙支輸送至異型煙包裝機組，由此容易造成煙支受損。近年來針對YF17A 已有較多研究及改進，夏順成等［3］設計了一種具有煙支接引功能的自動升降下煙通道裝置，李文偉等［4］設計了一種下煙輔助裝置，兩種裝置均能解決煙支進入下煙通道時需要人工扶持下落煙支的問題；孔漢等［5］設計了一種新型電氣控制系統，提高了生產效率；朱子玉等［6］設計了一種雙向互聯裝置，將2條相鄰生產線的YF17并聯，減少了設備停機時間；王亮等［7］基于提升通道中煙支流量匹配模型和相對運動分析對提升機結構進行改進，解決了煙支提升過程中產生皺紋煙支等問題；胡偉等［8］通過改進提升通道弧形板，減少了皺紋煙支數量；李乾等［9］設計了一套輔助控制程序并對牽引座結構進行改進，降低了煙支輸送通道堵塞次數；王雁等［10］設計了一套一對三柔性連接裝置，解決了卷接機組與包裝機組生產能力不匹配以及人工裝盤導致煙支損傷大等問題，但該方法應用于遠距離機組時連接通道過長，改造復雜。為此，在YF17A 中設計并增加了一種一對二柔性連接系統，采用裝盤機進行煙支裝盤后為遠距離異型煙包裝機組供給煙支，以期提高卷接機組生產效率和卷煙包裝品質。

1 問題分析

1.1 工作原理

YF17A 煙支存儲輸送裝置主要由電控系統、提升機、存儲器、高位輸送器和下煙機構等組成，見圖1。高位輸送器（4）入口通過提升機（2）與卷接機組連接，出口通過下煙機構（5）與存儲器（3）和包裝機組連接，實現對煙支的輸送、存儲和包裝。其中，下煙機構與存儲器之間的輸送通道可實現雙向輸送煙支。當卷接機組和包裝機組生產速度一致（V卷=V包）時，煙支經高位輸送器和下煙機構進入包裝機組；當包裝機組停機（V包=0）或卷接機組生產速度大于包裝機組（V卷＞V包）時，高位輸送器輸送的煙支全部或部分分流至存儲器進行緩存；當卷接機組停機（V卷=0）或包裝機組生產速度大于卷接機組（V包＞V卷）時，存儲器中的煙支經雙向輸送通道進入下煙機構以補充煙支。

圖1 YF17A煙支存儲輸送裝置結構示意圖Fig.1 Structure of YF17A cigarette reservoir system

1.2 問題分析

因異型卷煙產量較小，通常利用已有生產線中的卷接機組為異型煙包裝機組定量供給煙支，供給方式有2種：① 原包裝機組停止運行，采用卷接機組和YF17A 進行異型煙生產和存儲，待煙支填滿YF17A存儲器時，卷接機組停止運行，由人工裝盤后為異型煙包裝機組供給煙支。這種方式對煙支損傷較大，容易產生煙支皺紋、變形等質量問題，部分殘煙還會造成包裝機組煙庫堵塞故障，影響設備生產效率。② 利用原卷接包裝生產線生產成普通包裝卷煙，然后由人工將包裝好的條煙拆分成煙支后裝盤，再供給至異型煙包裝機組重新包裝。這種方式可以減少皺紋、變形煙支數量，但存在人工作業量大、設備效率低、原輔包裝材料消耗大等弊端。為避免出現混牌現象，兩種供給方式均需要在切換生產時對YF17A進行吹掃清理。

2 系統設計

2.1 系統結構

柔性連接系統由裝盤機、過渡導板和接口裝置等組成，安裝在YF17A 入口處，見圖2。其中，裝盤機（3）主要由輸入皮帶（6）、料庫（7）、輸出皮帶（8）、裝盤機構（9）等組成（圖2b），輸入皮帶在卷接機組出口（1）動力的驅動下向右運行，將煙支輸送至料庫緩存后送入下方裝盤機構進行自動裝盤，確保煙支排列均勻、無損傷。由于裝盤機輸出皮帶無動力驅動，為此設計了一種接口裝置（4）驅動其向右運行，并在卸料口（裝盤機構煙支入口）處增加一塊可以自由拆裝的過渡擋板（2），通過拆卸和安裝過渡擋板實現生產模式切換。生產模式有2種：① 裝盤模式下，拆卸過渡導板使煙支落入裝盤機構，為異型煙包裝機組提供煙支；② 通道模式下，安裝過渡導板使煙支經裝盤機輸入皮帶、過渡導板、輸出皮帶、接口裝置等被輸送至YF17A取樣段（5），為原包裝機組提供煙支。

圖2 YF17A煙支存儲輸送裝置柔性連接系統結構示意圖Fig.2 Structure of flexible linking system for YF17A cigarette reservoir system

2.2 過渡導板設計

過渡導板由內六角沉頭螺釘、導板和支架組成，見圖3。通過擰緊內六角沉頭螺釘（1）可以使導板（2）與支架（3）的相對位置固定。通道模式下過渡導板安裝步驟：① 松動內六角沉頭螺釘，將支架旋轉一定角度后放入卸料口；② 旋轉支架使支架與煙支前進方向平行，并將其卡在卸料口兩側擋板之間；③ 擰緊內六角沉頭螺釘，確保過渡導板位置固定且導板表面與裝盤機輸入、輸出皮帶平行。在裝盤模式下，松動內六角沉頭螺釘，將支架旋轉一定角度后即可拆卸過渡導板。支架兩側端面設計為曲面，可避免對裝盤機卸料口兩側擋板造成損傷；導板平面與裝盤機輸入、輸出皮帶高度基本一致，以保證煙支順利通過導板。

2.3 接口裝置設計

接口裝置由導軌、電驅動組件、門組件等組成并通過安裝板固定在裝盤機出口處，見圖4。導軌（1）的皮帶與裝盤機輸出皮帶連接，通過電驅動組件（2）驅動導軌的皮帶實現對煙支輸送；在裝盤機出口位置設置門組件（3），避免煙支向外傾斜；電驅動組件由8400StateLine 變頻器［海森博格（深圳）科技有限公司］、異步電機（德國SEW傳動設備有限公司）等組成，驅動導軌將物料輸送至YF17A取樣段（5）。

圖4 接口裝置結構示意圖Fig.4 Structure of interface device

2.4 生產速度匹配模型建立

改進前YF17A取樣段與卷接機組連接可直接獲取機組生產速度，應用柔性連接系統后因增加裝盤機和接口裝置導致YF17A無法直接獲取卷接機組生產速度。為避免YF17A與卷接機組生產速度不匹配而出現煙支排列混亂或煙支擠壓等問題，需要建立速度匹配模型用于調整YF17A 運行速度。具體方法：① 電控系統通過傳感器獲取卷接機組速度脈沖，由頻壓轉換器轉換成0～10 V 電壓；② 模擬量輸入模塊將電壓信號轉換成可供系統使用的數字量b（0～16 384）；③ 根據公式（1）計算得到卷接機組瞬時速度，根據公式（2）計算得到YF17A與卷接機組的匹配速度，由于卷接機組速度采集過程中存在誤差，需要根據YF17A的煙支輸送情況微調卷接機組速度調節系數，使煙支生產速度與輸送速度相匹配。

式中：V1為卷接機組瞬時速度，支/min；Ve為卷接機組額定速度，支/min；V2為YF17A 運行速度，支/min；K為卷接機組速度調節系數，取值范圍0.8～1.2；X為煙支堆碼層數；D為煙支直徑，mm；H為YF17A輸送通道高度，mm。

2.5 電控系統改進

為適應新的生產模式，對原電控系統的控制流程進行改進，見圖5。卷接機組啟動后，根據生產需求一鍵切換生產模式：① 裝盤模式下，人工拆卸過渡導板，接口裝置電驅動組件關閉，系統采集到卷接機組生產速度信號和裝盤機料倉有料信號后控制裝盤機構動作，實現對煙支自動裝盤；② 通道模式下，人工安裝過渡導板，裝盤機構停止動作，系統采集到卷接機組速度信號和裝盤機料倉有料信號后控制并啟動接口裝置電驅動組件，待YF17A 取樣段檢測到有料后YF17A正常運行進行煙支輸送和存儲。

圖5 改進后YF17A煙支存儲輸送裝置生產流程圖Fig.5 Production flowchart of modified YF17A cigarette reservoir system

3 應用效果

3.1 實驗設計

材料：“七匹狼（銀中支）”牌卷煙（A）和“七匹狼（古田金中支）”牌異型卷煙（B），煙支長度96 mm，圓周20 mm，直徑6.3 mm，由龍巖煙草工業有限責任公司提供。

設備：A 牌卷煙閉環卷接包裝生產線，包括ZJ118卷接機組（額定能力8 000支/min，常德煙草機械有限責任公司）、YF17A 煙支存儲輸送裝置（許昌煙草機械有限責任公司）、GDX2 包裝機組（常規能力300 包/min，額定能力400 包/min，意大利GD 公司）；ZB417C 型硬盒硬條包裝機組（額定能力200包/min，上海煙草機械有限責任公司）；柔性連接系統［自制，YJ39裝盤機（額定能力16 000支/min，許昌煙草機械有限責任公司）］。

方法：A 牌和B 牌卷煙分別采用GDX2 和ZB417C 包裝機組生產，2 種牌號卷煙共用ZJ118 卷接機組。ZJ118以額定生產速度運行，每天生產早晚2 班次，每班8 h，早班生產B 牌卷煙，晚班生產A 牌卷煙。柔性連接系統應用前，早班采用人工裝盤方式為ZB417C 供給煙支；柔性連接系統應用后，早班采用裝盤模式存儲煙支，所生產煙支供給ZB417C早晚2班次使用。統計柔性連接系統應用前后皺紋、變形煙支數量以及包裝機組的日均運行時間和日均產量［11］。統計時間為5個工作日，取平均值。

3.2 數據分析

由表1 可見，應用柔性連接系統后，卷接機組早班生產的B 牌煙支可供ZB417C 運行15.75 h，卷煙產量由91.8 萬支/d 增加到304.8 萬支/d，增幅達232%；皺紋和變形煙支數量由27.8 支/萬支減少至1.4支/萬支，降幅達95.0%。由于早班生產煙支未經YF17A 存儲，晚班生產前無需對YF17A 進行吹掃，增加了生產時間，A牌卷煙產量增加16.6萬支/d。

表1 柔性連接系統應用前后卷包設備生產數據對比①Tab.1 Production data of making and packing machines before and after application of flexible linking system

4 結論

在閉環卷接包裝生產線的YF17A煙支存儲輸送裝置中增加柔性連接系統，通過切換生產模式可實現1臺卷接機組分別為2臺包裝機組供給煙支，解決了卷接機組產能利用不充分等問題。以ZJ118 卷接機組、YF17A、GDX2 包裝機組組成的閉環生產線和ZB417C型硬盒硬條包裝機組為對象進行測試，結果表明：柔性連接系統應用后，通過切換生產模式ZJ118可以為GDX2和ZB417C兩臺包裝機組供給煙支，切換生產時無需清掃YF17A；ZB417C 產量由91.8 萬支/d 增加到304.8 萬支/d，不合格煙支數量由27.8支/萬支下降至1.4支/萬支。在柔性連接系統中采用不同型號裝盤機均可實現1 臺卷接機組對接2臺包裝機組，該技術可為閉環輔聯設備的功能擴增提供參考。