ZL29 成型機(jī)絲束帶寬度檢測(cè)及剔除裝置的設(shè)計(jì)

毛思睿，王 凱，沈 偉，李星珂，余菲菲

（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，湖北武漢 432700）

0 引言

武漢卷煙廠生產(chǎn)濾棒的主要設(shè)備為ZL29 成型機(jī)，該機(jī)組額定生產(chǎn)速度為600 m/min，是目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化及加工能力最高的濾棒生產(chǎn)設(shè)備之一。

ZL29 成型機(jī)由YL19（纖維上膠機(jī)）和YL29（纖維成型機(jī)）等部分組成，其中YL19 的功能是將絲束帶開(kāi)松、消除卷曲、施加增塑劑、重新組合。絲束開(kāi)松工藝是YL19 工藝流程中非常重要的一道工序，絲束帶開(kāi)松展幅過(guò)小易造成濾棒增塑劑含量低、重量輕、軟棒等質(zhì)量缺陷，影響濾棒質(zhì)量。針對(duì)絲束帶開(kāi)松問(wèn)題，趙常彥等對(duì)絲束開(kāi)松寬度對(duì)濾棒質(zhì)量進(jìn)行分析；曹毅等從多方面研究了濾棒吸阻影響因素及控制方法。但對(duì)于絲束帶開(kāi)松寬度的監(jiān)測(cè)與不合格絲束帶寬度濾棒的剔除方面的研究則鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，根據(jù)YL19 設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與絲束開(kāi)松工藝流程，對(duì)絲束帶寬度檢測(cè)及剔除裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，以提高工藝控制精度及濾棒質(zhì)量。

1 ZL29 成型機(jī)絲束開(kāi)松工藝研究

1.1 絲束開(kāi)松工藝流程

YL19 絲束開(kāi)松的工藝流程是：首先將絲束從絲束包中抽出，利用第一、第二級(jí)空氣開(kāi)松器及其攜帶的風(fēng)力將原本具有一定卷曲度和不規(guī)則截面形狀的纖維絲束強(qiáng)制吹松、吹散；其次，經(jīng)制動(dòng)輥組平衡，再經(jīng)過(guò)輸入輥組與伸展輥組進(jìn)一步橫向及縱向開(kāi)松，使其在合理的張力作用下完整地分離、錯(cuò)開(kāi)并達(dá)到良好的開(kāi)松效果；然后，經(jīng)第三級(jí)空氣開(kāi)松器使絲束帶進(jìn)一步均勻展開(kāi)到所設(shè)定的開(kāi)松寬度，通過(guò)增塑劑噴霧室均勻地噴灑增塑劑；最后，經(jīng)導(dǎo)向輥松弛、卷曲回復(fù)后，由楔形槽輥預(yù)收攏送入YL29（圖1）。

圖1 絲束帶工藝流程

1.2 存在的問(wèn)題

1.2.1 YL19 結(jié)構(gòu)工藝

在YL19 絲束開(kāi)松的工藝流程中，由于絲束帶多次受到氣壓、輥壓提供的橫向、縱向拉伸，而在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)松氣壓與輥組輥壓受密封性、平行度等影響會(huì)有一些波動(dòng)，造成絲束帶的開(kāi)松寬度、開(kāi)松程度、單絲部分等出現(xiàn)不規(guī)律變化。同時(shí)，由于YL19 結(jié)構(gòu)工藝上無(wú)測(cè)量絲束帶寬度的方法，導(dǎo)致操作、維修人員無(wú)法精確控制絲束帶寬度，影響濾棒質(zhì)量。

1.2.2 絲束工藝特性

由于絲束存在卷曲度和不規(guī)則截面形狀的部分，造成在絲束帶輸送過(guò)程中容易出現(xiàn)折疊、翻轉(zhuǎn)的情況，其開(kāi)松寬度會(huì)減少到原寬度的50%左右。另外，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)不可避免要更換新絲束包，需要用雙面膠拼接絲束帶接頭，二拼接處的開(kāi)松寬度會(huì)減少至原來(lái)寬度的30%左右，此部分生產(chǎn)的濾棒質(zhì)量缺陷率超過(guò)80%。同時(shí)，由于YL19 結(jié)構(gòu)工藝不具備絲束帶拼接接頭剔除功能，操作人員只能憑經(jīng)驗(yàn)摟出此部分產(chǎn)生的濾棒，準(zhǔn)確度低、材料耗損度高且容易引起不合格濾棒進(jìn)入下一道工序。

為了解決上述問(wèn)題，在不改變現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)的情況下，計(jì)劃增加一套絲束帶寬度檢測(cè)及剔除裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前絲束帶的寬度，并針對(duì)監(jiān)測(cè)到的不合格絲束帶寬度生產(chǎn)的濾棒，提供自動(dòng)反饋與自動(dòng)剔除功能，提升設(shè)備工藝控制精度及濾棒質(zhì)量。

2 絲束帶寬度檢測(cè)及剔除裝置的設(shè)計(jì)方案

2.1 技術(shù)要求

通過(guò)對(duì)絲束開(kāi)松系統(tǒng)工藝的分析研究，總結(jié)出以下兩條絲束帶寬度檢測(cè)及剔除裝置設(shè)計(jì)制造時(shí)需要具備的技術(shù)要求：

（1）設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，該裝置具備實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前絲束帶在第三級(jí)開(kāi)松處的寬度的功能。

（2）該裝置具備針對(duì)監(jiān)測(cè)到的不合格絲束帶寬度生產(chǎn)的濾棒的自動(dòng)反饋與自動(dòng)剔除功能。

根據(jù)以上要求，決定在不改變現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)的前提下，采用傳感器陣列式排布的方式，實(shí)現(xiàn)絲束帶寬度實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)人機(jī)界面自動(dòng)反饋當(dāng)前寬度值。同時(shí)，針對(duì)檢測(cè)裝置反饋的不合格絲束帶寬度值，設(shè)計(jì)增加剔除功能，通過(guò)電控設(shè)計(jì)自動(dòng)剔除有質(zhì)量缺陷的濾棒。

2.2 設(shè)計(jì)方案的實(shí)施

2.2.1 控制部分的設(shè)計(jì)

控制部分的工作原理如圖2 所示。

圖2 控制原理

本設(shè)計(jì)方案的控制部分由檢測(cè)模塊、控制模塊、顯示模塊、剔除模塊組成（圖3）。

圖3 控制部分組成

（1）檢測(cè)模塊選擇采用矩陣式漫反射傳感器組，利用AF 底板臺(tái)面黑色的特性，對(duì)絲束及底板進(jìn)行區(qū)分。

（2）控制模塊選擇采用西門(mén)子S7-1212 可編程控制器，利用PLC 的原理機(jī)制，按從上到下、從左到右的掃描順序找出最小點(diǎn)及最大點(diǎn)，自動(dòng)過(guò)濾中間點(diǎn)位的不確定因素（圖4）。

圖4 PLC 算法處理

（3）顯示模塊選擇采用西門(mén)子人機(jī)界面，控制模塊與顯示模塊相連接，進(jìn)行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，將報(bào)警、故障、寬度、剔除信息發(fā)送到顯示模塊。人機(jī)界面具備實(shí)時(shí)顯示絲束寬度的功能，并可以通過(guò)設(shè)定閾值進(jìn)行判別是否需要進(jìn)行剔除，同時(shí)增加手動(dòng)剔除功能。

（4）剔除模塊采用接收鼓輪剔除閥Y130，將剔除模塊與西門(mén)子輸出點(diǎn)Q0.03 相連接，給剔除閥A130 提供DC 24 V。當(dāng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到寬度不合格時(shí)，控制模塊提供24 V，并在濾棒進(jìn)入接收鼓輪剔除工位時(shí)，控制剔除閥Y130 開(kāi)啟。

2.2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本方案的機(jī)械結(jié)構(gòu)由調(diào)節(jié)板、支架、蓋板、玻璃罩等部位組成，其中：調(diào)節(jié)板固定在AF 背板上，調(diào)節(jié)板設(shè)計(jì)有沿上下與左右方向的直槽口，方便調(diào)整支架高低與左右位置；支架固定在調(diào)節(jié)板上，支架設(shè)計(jì)有沿前后方向的直槽口，方便調(diào)整矩陣式漫反射傳感器組的前后位置；蓋板與玻璃罩安裝在支架側(cè)面的上部，防止增塑劑腐蝕電氣元件；矩陣式漫反射傳感器組固定在支架上（圖5）。

圖5 機(jī)械結(jié)構(gòu)

考慮到絲束帶在第三級(jí)開(kāi)松處的展幅寬度為（230±15）mm，而漫反射傳感器的尺寸為35 mm×22 mm×9 mm，設(shè)計(jì)并排安裝6 個(gè)漫反射傳感器，相鄰的兩個(gè)傳感器的間距5 mm，組成矩陣式漫反射傳感器組，使傳感器光斑覆蓋長(zhǎng)度為35×6+5×5=235 mm，光斑間距為40 mm（圖6）。

圖6 傳感器矩陣設(shè)計(jì)

該方案可以在不改變現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)絲束帶寬度實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)顯示、自動(dòng)反饋。同時(shí)，針對(duì)檢測(cè)裝置反饋的不合格絲束帶寬度值，通過(guò)檢測(cè)模塊、控制模塊、剔除模塊之間的相互配合，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量缺陷濾棒自動(dòng)剔除功能，提高設(shè)備工藝控制精度，還可以防止由于絲束帶寬度不足引起的不合格濾棒進(jìn)入下一道工序，提升濾棒質(zhì)量。

3 絲束帶寬度檢測(cè)及剔除裝置的使用效果

為了檢驗(yàn)裝置的使用效果，進(jìn)行了如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，其過(guò)程及結(jié)果如下。

實(shí)驗(yàn)1：選擇12 號(hào)成型機(jī)，首先按照武漢卷煙廠生產(chǎn)的120×280（V6）高透濾棒的工藝要求，將與絲束帶開(kāi)松相關(guān)的工藝參數(shù)調(diào)整至工藝范圍內(nèi)；然后以600 m/min 的額定速度運(yùn)行設(shè)備，手動(dòng)將第三級(jí)開(kāi)松寬度調(diào)整至（220±15）mm，在人機(jī)界面上觀察絲束帶寬度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果。觀察發(fā)現(xiàn)，在設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中，人機(jī)界面能夠具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)顯示絲束帶寬度的功能（圖7）。

圖7 寬度顯示

實(shí)驗(yàn)2：繼續(xù)以600 m/min 的額定速度運(yùn)行設(shè)備，手動(dòng)將絲束帶在第三級(jí)開(kāi)松的寬度調(diào)整到120 mm 以下，測(cè)試剔除功能。觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人機(jī)界面顯示的當(dāng)前寬度低于120 mm 時(shí)，剔除閥Y130 能在接收鼓輪處將不合格寬度絲束帶生產(chǎn)的濾棒剔除。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以得出，在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，本裝置可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前絲束帶的第三級(jí)開(kāi)松寬度，同時(shí)針對(duì)監(jiān)測(cè)到的不合格寬度，該裝置能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反饋、自動(dòng)剔除的功能，使用效果良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)ZL29 成型機(jī)絲束帶寬度檢測(cè)及剔除功能的設(shè)計(jì)改造，實(shí)現(xiàn)了絲束帶寬度實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)顯示、自動(dòng)反饋、自動(dòng)剔除等功能，提高了設(shè)備工藝控制精度，并可以防止由于絲束帶寬度不足引起的不合格濾棒進(jìn)入下道工序，取得了預(yù)期效果。另外，該裝置還具有適用范圍廣的特點(diǎn)，可適用于煙草行業(yè)其他規(guī)格型號(hào)的開(kāi)松上膠機(jī)。