FOCKE350包装机白乳胶类流体供应装置的应用

李惠峰 罗红琳 李跃辉 杨晓明 戴妮理

（红塔烟草（集团）有限责任公司大理卷烟厂，云南 大理 671000）

0 引言

FOCKE350 包装机是由德国佛克公司生产制造的直包型中速硬盒包装机，该设备使用乳胶来完成商标、内框纸、铝纸以及条盒的包装。为方便补充胶水，FOCKE350 包装机采用外置大容量压力胶桶，通过向胶桶输入压缩空气来为设备上的胶缸供应胶水。胶桶体积和重量较大，不易挪动。在设备运行过程中，FOCKE350 包装机的供胶系统存在添加胶水过程烦琐、压力泄露、胶水管路堵塞等问题，影响设备的正常生产[1]。

针对存在问题，该文从设备结构和原理等方面进行分析，寻找解决问题的办法。查阅相关资料，有以下几种解决方法：李聚奎增加了一个一级胶缸为二级胶缸供胶，通过向一级胶缸补充胶液，减少二级胶缸供胶停机时间[2]；黄礼刚将胶桶放置于机器内部，使用隔膜泵供胶[3]；栾日新通过改造供胶系统，使用2 个电机驱动供胶泵吸取胶液替代压力供胶系统[4]；陈瑜通过增加三级控胶装置及可通过手柄旋转提升的胶缸，保持胶池中胶水水分[5]。该方法应用较早，能满足部分需求，经过查阅文献，没有完全解决该项目存在问题的方法。

1 结构原理和存在问题

1.1 供胶系统结构原理

FOCKE350 包装机的供胶系统采用外置压力胶桶的供胶方式，胶桶容量约45L（如图1）。供胶系统包括供压装置、胶桶、供胶管道以及气动控制阀等，胶桶和胶桶盖之间通过橡胶条围合后形成密封腔体。压缩空气通过密封盖上的进气阀进入胶桶，并对胶水液面保持适当的恒定压力。

图1 供胶系统示意图

供胶系统的工作原理：当设备上胶缸内的检测器发出加胶信号时，系统控制气动控制阀开启，胶桶内的胶液在压力作用下通过供胶管路和控制阀输送到胶缸；当胶缸内胶水达到正常要求时，检测器发出停止信号，系统控制气动控制阀关闭，切断供胶管路中正在输送的胶水[6]。

1.2 存在问题

从结构和原理分析可以看出，供胶系统工作的稳定性受到乳胶质量、压力大小、密封材料的性能等因素的影响。通过长期生产实践观察，FOCKE350 包装机的供胶系统在使用过程中存在一些不足。

1.2.1 金属压力胶桶存在的不足

金属压力胶桶存在的不足：1）金属胶桶桶盖必须卸压后才能启开，启开时须拆开5 个专用锁紧螺栓；在添加胶水结束关闭胶桶后盖再装回专用锁紧螺栓，整个过程较为烦琐，如动作不及时就会造成停机。2）胶桶容量达45L，加满胶水后可使用较长时间，如设备停机时间过长，胶桶内胶水不能及时使用完，就可能会产生沉淀物，影响胶水质量或造成管路堵塞。3）金属胶桶重量过重，加满胶水不易挪动，加大了维护保养的工作量。

1.2.2 压力供胶方式存在的不足

压力供胶方式存在的不足：1）供胶系统长期处于高压状态，管道接头处易出现胶水泄漏。2）胶桶和桶盖结合处使用橡胶条进行密封，易损坏或老化使压力泄露造成胶水供给不稳定。3）压缩空气进入胶桶后直接向胶液顶部加压，顶部胶液长时间接触压缩空气容易结皮，进入供胶管路后造成堵塞。以上问题造成了设备生产连续性的中断，影响了设备效率，降低了供胶系统的工作稳定性，同时增加了维护保养的成本。

2 方案设计

2.1 胶水吸取装置的研制

原来的供胶系统因长期处于高压状态，管道内壁负荷较大，管路接头处易出现胶水泄漏。因此对供胶系统的供胶方式进行改进，将供胶方式由“压”改为“吸”，重新研制胶水吸取装置。胶水吸取装置如图2 所示，由胶液入口座、桶盖、胶管接头、手柄、观测孔和液位检测装置组成。胶管接头通过胶管与隔膜泵连接，隔膜泵为吸胶提供动力。

图2 胶水吸取装置结构示意图

胶水吸取装置的桶盖主体外形为圆形，桶盖上有圆形透明观测孔，同时安装吸取胶水的胶液入口座和胶管接头，以及用于检测胶水量多少的超声波液位检测装置和方便提拿的手柄，通过螺钉固定在桶盖上。

与胶水吸取装置配合使用的是胶水供应厂家提供的成品桶装乳胶，替换了原来的金属压力胶桶。供货商提供的乳胶桶为塑料材质，高度380 mm，直径300 mm，胶水容量为20 L，使用完直接更换新的桶装胶水，无须清洗旧胶桶。

2.2 胶液入口座采用止回阀设计

FOCKE350 包装机在实际生产过程中，供胶系统的胶水供应速度是大于设备上涂胶装置的胶水消耗速度的，所以隔膜泵将胶水吸出供送到胶缸的过程是间断的，有一定的时间间隔。当隔膜泵吸出胶水并供送给胶缸后动作停止，到下一次开始吸胶这段时间，为避免胶管中的胶水出现回流现象，因此将胶液入口座设计成单向流体控制的结构（如图3 所示）。

图3 胶液入口座结构示意图

所设计的胶液入口座由止回阀体、锥形孔、钢球、进胶口和限位螺钉组成。止回阀体的上部加工有螺纹与胶管连接，钢球与锥形孔配合，可有效防止胶水回流。

当胶缸中的检测监测到胶水低于设定位置时，发出信号由系统控制隔膜泵动作，将胶桶中的胶水从止回阀体的进胶口吸入。胶水和锥形孔处的钢球在隔膜泵的吸力作用下一起向上方移动。钢球向上移动到一定位置就被限位螺钉挡住，而胶水不受影响，继续由隔膜泵从胶管吸出并供送到胶缸。当胶缸中胶水存量达到要求时系统控制隔膜泵停止吸胶动作，吸力中断，钢球靠自重下落并堵住锥形孔，防止胶管中的胶水回流，保证了胶管中的胶量保持充足状态[7]。

2.3 超声波乳胶液位检测装置的使用

在FOCKE350 包装机的生产过程中，使用超声波液位检测装置，可以及时、准确地将胶桶内胶水具体的剩余量通过显示屏显示出来。超声波液位检测装置包括超声波发射接收器、安装座和数据接头（如图4 所示）。超声波发射接收器上端通过螺纹与安装座连接，安装座外形为圆柱形，安装座的下端设置台阶和螺纹，安装座的上端安装数据接头，可进行数据线的连接。数据线与显示屏连接后，可以实时显示胶桶内胶水的剩余量。

图4 超声波液位检测装置结构示意图

超声波液位检测装置对液面的检测要素如下：量程为该装置的检测最大范围，测量距离为超声波发射接收器到当前液面的距离，显示距离为桶内胶水的实际高度（如图5），即显示距离=量程-测量距离。

图5 超声波液位检测装置原理示意图

2.4 超声波胶位检测程序

Focke350 新超声波胶位检测算法与程序，在西门子程序中，将超声波胶水检测的模拟量输入接入相应的西门子模拟量模块，然后在程序中将模拟量PIW84 通过模拟量转化，转化成为实际的胶水液位值，该胶水液位值用于控制系统人机界面上的显示以及报警，当该液位低于设定的胶水液位高度时，报警胶水少，且在人机界面上有空桶显示等。通过调整参数可以调整超声波液位检测在人机界面上的显示，可以调整显示的图示的大小，以及在不同的液位下显示出不同的颜色以用于警示胶水高度。

2.5 胶水吸取供应装置原理图

由胶水吸取装置、隔膜泵、供胶管路和胶桶及胶缸组成的胶水吸取供应装置（如图6），将供胶方式由“压”改为“吸”，胶水吸取装置的胶管接头通过胶管与隔膜泵连接，隔膜泵为吸胶提供动力。在生产过程中，当胶缸内的检测器发出加胶信号时，系统控制隔膜泵动作，将胶桶内的胶液吸出，再通过供胶管路输送到胶缸；当胶缸内胶水达到正常要求时，检测器发出停止信号，系统控制隔膜泵停止吸胶动作，断开供胶管路中正在输送的胶水。

图6 胶水吸取供应装置原理示意图

改进的胶水吸取供应装置，使用超声波液位检测装置对胶桶内的胶水液面进行监测，可以及时、准确地将胶桶内的胶水剩余量通过显示屏显示出来，同时液位检测安装在桶盖上，不与胶水接触，极大地提高了液位检测工作的稳定性和准确性；同时，通过透明的观测孔也可以清楚地观察胶水液位的状态。胶液入口座的止回阀设计，可防止胶水回流，使胶管内时刻保持胶水充足状态。在设备发出加胶信号时，能够快速及时地将胶水从胶桶吸出并供送到胶缸。

3 改进效果

在生产过程中设备显示屏上提示需要补充胶水时，先取下新的白乳胶桶的密封盖，将胶水吸取装置从旧胶桶中提起再放到新胶桶上即可开始工作，操作过程简单、方便、快捷。胶水使用完后直接更换新的20L 桶装胶水，无须清洗旧胶桶，解决了原来金属胶桶长期使用容易在桶盖边缘形成胶垢，进入管路后造成堵塞的问题。同时，20L 桶装胶水的使用时间与原来相比减少了，避免了胶水长时间未使用完容易出现沉淀或产生质量变化的情况，并且塑料胶桶比金属胶桶体积小、重量轻、移动方便，降低了维护和清洗保养的工作强度。

胶水吸取供应装置的研制，将供胶系统的供胶方式由“压”改为“吸”，胶桶不会出现压力泄露的情况。通过隔膜泵提供稳定均衡的吸力以及入口止回阀设计，能够保证胶水在供应过程中的稳定性。同时吸取胶水的压力较小，管道不会长时间处于高压状态，不易出现漏胶现象，增加了供胶管路的使用寿命。

4 结语

胶水吸取供应装置的研制，改进了供胶系统的供胶方式，简化了胶水更换过程，保证了生产的连续性。低压、稳定的吸胶方式弥补了设备上供胶系统存在的不足，极大地提高了系统工作的稳定性，保证了设备效率的发挥。胶水吸取供应装置具有良好的工作性能，维修保养较为简单，使用寿命长。同时该装置桶盖主体形状大小适用于标准包装胶水桶（桶的规格为桶底直径280 mm，桶口直径300 mm，桶高380 mm，容积20 L），可以推广至有流体吸取需求的行业，安装简便，可移植性强。