GDX2铝箔纸剔除机构气动驱动装置的设计应用

张彬 重庆烟草工业有限责任公司涪陵卷烟厂 408000

GDX2铝箔纸剔除机构气动驱动装置的设计应用

张彬 重庆烟草工业有限责任公司涪陵卷烟厂 408000

GDX2铝箔纸剔除机构由电磁铁驱动，电磁铁存在着密封不严和推力不稳定的缺陷，导致铝箔纸剔除机构经常发生故障，引起铝箔纸堵塞停机故障和铝箔纸歪斜、破损质量缺陷。为此设计了一套气动驱动装置，该装置具有密封良好、推力大等优点，能完全代替电磁铁驱动剔除机构执行铝箔纸剔除功能，并能长期稳定运行。改后解决了铝箔纸剔除机构故障，提高了设备有效作业率，减少了铝箔纸歪斜、破损等质量隐患，保证了产品质量。

GDX2包装机组是意大利G·D公司生产的硬盒包装设备，生产速度400包/ min，其以自动化程度高、质量稳定、运行可靠等优点在卷烟企业得到广泛应用。GDX2有较为完善的质量检测和剔除系统，能在高速运行中对不合格烟包和辅料进行检测和剔除，但在生产中发现其铝箔纸剔除机构经常发生故障，对设备运行和产品质量造成不利影响。

1 、存在的问题

GDX2烟库将烟支排列成7-6-7三层烟组后，空头和缺支检测器对烟组进行质量检测，当检测到有质量缺陷的烟组后，烟支剔除机构将剔除不合格的烟组，为保持机组高速连续运行，在剔除烟组时铝箔纸仍连续供给，因此烟组被剔除后相应的铝箔纸就应被剔除，以避免发生铝箔纸堵塞停机故障。

铝箔纸剔除机构见图1，在系统发出剔除指令后，电磁铁2得电驱动推杆1和连杆7，并带动定位器6后退，通过摆杆5带动轴承4逆时针动作，将轴承4与剔除辊3之间的铝箔纸压向剔除辊，剔除辊随主传动顺时针旋转，将铝箔纸加速向下输送，从而将铝箔纸剔除掉。剔除指令完成后，电磁铁失电，在弹簧的作用下定位器6前移，剔除轴承4回到初始位置。

GDX2机组发生铝箔纸剔除故障后，不能剔除应该被剔掉的铝箔纸，引起铝箔纸堵塞停机，而定位器不能运行到正常位置导致导生铝箔纸歪斜、破损等质量缺陷，影响设备正常运行和产品质量。在维修铝箔纸剔除故障时发现电磁铁铁内部严重积灰，虽然通过清理电磁铁可暂时恢复剔除机构正常工作，但过一段时间后又会出现同样现象，不能长时间保证剔除器正常工作。

铝箔纸剔除站使用的电磁铁型号是SCHULTZ WHCX 070，其行程h=8mm，推力f =38 N，电源为24V 50Hz交流电，安装于一号轮下方。一号轮传送烟组时有一些烟沫和粉尘掉落，并进入电磁铁内部，造成电磁铁内部积灰。电磁铁内积灰首先会增大电磁铁内的活动铁芯运行时的阻力，降低电磁铁的输出推力；其次当积灰非常严重时，活动铁芯前行或后退时不能运行到位，行程被缩短；第三是电磁铁正常工作时受电流、电压波动，气隙的大小等影响，导致在电磁铁在积灰环境下工作不稳定，输出推力减少。当电磁铁出现推力减少、行程缩短后，不能克服弹簧阻力，使剔除动作不到位，从而产生剔除故障。

2 改进方法

由于电磁铁存在着密封不严、输出推力不稳定的缺陷，因此要解决剔除故障必须重新设计驱动装置，其不仅应具备电磁铁的驱动功能，同时还应具有推力大、防尘密封好的特点。根据上述三点要求，设计了一套气动驱动装置，选用气缸作为驱动器，气缸具有体积小、推力大、密封好等优点，气缺驱动装置主要由气缸、电磁阀、支撑座等组成。

2.1 选择合适的气缸

（1）气缸的行程

原电磁铁行程为h=8mm，因此气缸行程应不小于8mm。由于气缸是标准件，因此经查询资料确定气缸行程为H=10mm，选择的气缸行程比电磁铁行程大2mm，使其作用距离更远。当然，也可根据需要在气缸内安装2mm垫片将气缸行程缩短为8mm。

（2）气缸缸径选择与验证

原电磁铁输出的推力f=38 N，但在实际的工作中存在着推力不足的问题，因此，要求气缸输出的推力应大于电磁铁的推力。为确保改后剔除机构工作可靠，气缸输出的推力大于电磁铁推力乘上安全系数值，即气缸输出的推力：

FS≥ f×S= 38×2=76 N

式中f为电磁铁输出推力；

FS为气缸安全推力；

S为安全系数值，一般取值S=2。

根据上述要求，查询了气动厂家提供的资料，将气缸选为SMC CQSB20-10S型单作用气缸，其缸径D=20mm，行程10mm，输出的推力为：

式中：F 气缸输出的实际推力；

D：气缸缸径 ；

P：工作气压压力，ZB45包装机组压缩空气的压力使用范围在4～6Bar之间，在4 Bar时也能正常开机，因此P=4× 105Pa；

F2：压缩空气进入气缸后，弹簧处于被压缩状态时的阻力，实测F2=16N；

η为气缸效率，气缸的实际推力是理论推力的85%，η=85%。

经计算，得出

气缸输出的实际推力F大于理论安全推力FS，气缸推力大，其克服剔除机构弹簧等阻力的时间越短，响应速度更快，因此SMC CQSB20-10S型气缸能满足使用要求。

2.2 改进电气控制

使用气缸作为离合机构的驱动器后，需增设电磁阀控制气缸的动作，为此设计了控制气路图，见图2。选用了SMC VT307-5D-01型二位三通电磁阀，在电磁阀处于失电状态下将气源切断，在得电后电磁阀换向，气缸接通气源，活塞快速移动，驱动离合机构执行剔除动作。

原机组电控系统输出24V交流电直接控制电磁铁，而电磁阀要求输入24V直流电，为实现原电磁铁控制输出系统对电磁阀的控制，需增加一个固态继电器将原输出的交流24V转换为直流24V，直流24V接通电磁阀就可实现对气缸的控制，而其它的任何剔除信号和指令保持不变。

2.3 气动驱动装置的安装

气动驱动装置的安装示意图见图3，由于气缸不能直接安装在原电磁铁的位置，因此增设一个支撑座4，将气缸6通过螺钉5安装在支撑座上，并在气缸的活塞杆端部再安装一调节杆7，用来调整剔除机构；而支撑座的安装孔与电磁铁安装孔位置保持一致，使气缸与支撑座组装成一个组合件。将组合件直接通过螺钉3就可以直接安装到原电磁铁位置。

3.改后效果

气动驱动装置具有良好的密封和较强的推力,该装置试验成功后，于2008年推广到车间的5台GDX2包装机组铝箔纸剔除机构，经过近两年的运行，其密封仍然良好，输出推力稳定，两年中5台均未发生故障，性能十分可靠。改后解决了铝箔纸剔除机构故障，提高了设备有效作业率，减少了铝箔纸歪斜、破损等质量缺陷，提高了产品质量。该装置使用效果十分明显，具有很高的推广价值，目前已推广应用到GDX2机组内框纸、六号轮和八号轮等剔除站，取代了原有的电磁铁，改后运行均稳定可靠。

[1]ZB45使用说明书.上海烟草机械厂

[2]FESTO公司.FESTO气动产品样本（第28版）

[3]SMC公司.气动元件产品样本(第3版).2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.069

铝箔纸剔除机构;电磁铁; 气动驱动装置;改进