纸箱开包机翻转机安全防护改善

韦小荣，王万康，甘华

（广西中烟工业有限责任公司南宁卷烟厂，广西 南宁 530001）

0 引言

安全第一始终是企业的宗旨，随着企业对设备安全要求的不断提高，有效保护操作人员的人身安全和提升设备的安全联锁势在必行。纸箱开包机具有原料烟叶箱自动输送、烟箱和烟块分离、空烟箱折叠、空烟箱输送、空烟箱码垛等功能，是用于原料烟叶箱自动拆箱的专用设备。但是烟箱输送给纸箱开包机翻转机的传输线由另外的线控PLC 控制，由于初期程序设计的不完善，导致出现纸箱开包机翻转机在工作过程中旋压烟箱的情况。通过对纸箱开包机翻转机的信号传递，以及线控PLC 安全逻辑编译，完成纸箱开包机翻转机安全防护改善。此文为一个纸箱开包机翻转机安全防护改善简介，实现了对开包机翻转机操作人员人身的有效保护，以及降低设备因隐患导致的损伤。

1 纸箱开包机概况

1.1 纸箱开包机结构

纸箱开包机是由机械、电气等部分组成的综合设备。机械部分是由翻转机、皮带输送机、取箱机、烟箱码垛机等部分组成。电气控制部分主要由PLC 控制系统硬件及相应的程序组成。纸箱开包机的特点是设备为人工操作半自动设备，主要用于减轻操作人员的工作强度，操作方法灵活简单、结构易维护、开包效率高[1]。纸箱开包机结构如图1 所示。

图1 纸箱开包机结构

纸箱开包机主要技术指标：总体技术指标为负载能力是230kg，工作节拍时间1 分22 秒，自身重量为5200kg，外形尺寸为5650mm×5550mm×4690mm（长×宽×高）。

翻箱机有三个自由度，分别为X（输送）Y（夹紧）Z（转体），X 最大运动速度3m/s，Y 最大运动速度3m/s，Z最大运动速度3r/s。

取箱机也有三个自由度，分别为X（夹持）Y（升降）Z（旋转）。烟箱夹臂旋转角度为180°，夹臂最大张开距离810mm，夹臂最小张开距离670mm，X 最大运动速度12m/s，Y 最大运动速度11m/s，Z 最大运动速度15r/s。取箱机结构如图2 所示。烟箱码垛机升降速度12m/s。

图2 取箱机结构

1.2 纸箱开包机工作原理

各部分工作原理及系统功能如下。

（1）翻转机由烟箱夹紧机构、烟箱翻转机构和烟箱输送机构组成。翻转机的工作原理是把输送缓存道上的烟包送到翻转机内，通过操作人员拆箱后夹紧、翻转到皮带输送机上，每个机构的动作分别由交流伺服电机、变频调速电机和交流电机驱动。翻转机结构如图3所示。

图3 翻转机结构

（2）皮带输送机由传送皮带及其支撑机架部分组成，其主要功能是把烟箱送到脱箱机脱箱位置，脱箱完成后再将烟块传送到下一工序的输送带上，皮带输送机由交流异步电动机驱动。

（3）取箱机由烟箱夹紧机构、夹臂旋转机构、夹臂提升机构、烟箱拍打机构、箱翼展开机构和烟箱折叠机构组成。取箱机主要功能是把烟块从烟箱中取出来，再通过夹臂夹紧、提升烟箱，接着经过其他机构把空烟箱折叠成片状，最后将空箱码垛机拖取及码垛[2]，取箱机动作主要由伺服电机、变频调速电机、交流异步电动机和气缸驱动完成。

（4）烟箱码垛机是由拖箱机构、码箱机及支撑机架组成，其主要功能是将取箱机夹臂内已经折叠好烟箱夹持，再由拖箱链条把纸箱拉到码箱机的拖盘上，其动作由交流异步电动机驱动。

1.3 纸箱开包机操作流程

1.3.1 开机、系统初始化

首先按合闸按钮（绿色），使设备接入三相电，然后按主回路开按钮（绿色），接通主回路。每次操作前，首先将总机操作盒或控制柜上的任一.钥匙开关旋转至手动状态。对设备进行初始化一一进入控制面板复位菜单，按下各部分的复位按钮，系统将进行初始化复位程序，在初始化过程中，此复位按钮始终闪烁，待复位完成后，闪烁停止；初始化完成后将总机操作盒、控制柜上的钥匙开关旋转至自动状态，系统进入自动作业状态。

1.3.2 操作工艺流程

自动运行，首先将设备整机初始化，再将两个手自动按钮至于自动位置，待触摸屏提示为自动状态。

操作人员按下操作盒上的“工作台启动”按钮，待工作台将烟箱送入翻转机滚道内，并且翻转机倾斜停止时，人工打开烟包，待开箱完成后按下操作盒上的“开箱完成”按钮接着翻转机夹臂夹紧，翻转至180°，夹臂张开，等待人工取出扎带，拉带抽出后按下操作盒上的“拉带抽出”按钮，翻转机经过一系列动作返回初始位置完成一个流程。

按下操作盒上的“拉带抽出”按钮后，输送机构将烟箱送到取箱机夹臂内送箱停止位后，取箱机钉子自动伸出，接着夹臂夹紧烟箱，提升至最高位，拍打机构动作。接着操作人员从输送线上抽出纸板、塑料袋，按下“取箱成功”按钮后，此时输送线将烟包送往下一工序，再按下“脱箱成功”按钮的同时脱箱机夹臂转体到180°，到位后顶部主展翼缸、副展翼、展翼小缸分别伸出，待烟盖打开气缸收回展翼缸后，取箱机夹臂将自动回转到90°，夹臂张开少许，便于推倒缸推倒，上方钉子收回，待推倒缸将烟箱推倒后，夹臂再夹紧少许，让下夹臂与码垛机气爪平齐以便于抓取，烟箱码垛机从取箱等待位前进至取箱位，到位后气动手爪夹住箱翼，同时取箱机夹臂收回下侧钉子和推倒缸，然后烟箱码垛机气爪后退拖走空烟箱，待空烟箱离开脱箱机最高位作业区域后，取箱机从90°转回到0°位，最后夹臂张开到最大，进入初始状态等待下一次的取箱作业循环。

烟箱码垛机把空箱拖到放箱位，松开气动手爪，空烟箱落到升降台上后，升降台自动下降一个叠箱位，拖箱机构继续后退到放箱脱离位，气动手爪夹紧，待升降台下降一个叠箱位完成后，拖箱机构前进到取箱等待位，并张开手爪等待下一次的拖箱作业循环。

待烟箱码垛机空箱码完一批烟箱（即烟箱码垛满），码垛机将下降至搬运工作位，码垛机辊道将会将烟箱垛送至后续设备。若需手动操作码垛机，此时先将手动柜上的钥匙由自动切换到手动，然后进入控制面板码垛机手动控制菜单，手动将托盘放到最低位，将烟箱垛送出，取走烟箱垛后，最后在控制面板上进入复位控制界面，点击复位按钮让码垛机复位，然后打到自动状态即可继续工作。

完成一批烟箱的作业后，将手/自动钥匙处于手动位置，操作人员可以手动操作设备的运转，以便于清洁工作。首先将机器打到手动状态，将散落的烟叶扫到输送线上，然后进入控制面板输送线界面，手动将散落的烟叶送到输送线上，最后将整机复位。

翻箱机工作流程分为有翻箱机辊道操作、翻转操作、夹紧操作和皮带操作4 种操作类型。

辊道操作中，翻箱机有“辊道前进”与“辊道后退”两按键，对应辊道得前进与后退。

翻转操作有两个工位。0°位与180°位。“翻转至0°”与“翻转至180°”分别对应电机反转与正转。

夹紧操作有四个按键，“夹臂夹紧”对应电机正转至夹紧最小位，“夹臂张开”对应夹臂张开动作，“夹臂倾斜”对应电机反转至倾斜位，倾斜复位将夹臂手动复位到原位[3]。

皮带操作中，翻箱机有“皮带前进”与“皮带后退”两按键，对应皮带得前进与后退。

1.4 开包机翻转机存在问题

当纸箱开包翻转机工作时，因程序设计的缺陷，有可能因为操作人员的误操作，导致前输送辊道上的烟箱往翻转区输送烟箱，从而翻转机被烟箱卡塞，翻转机倾斜在半空，容易造成烟箱坠落的安全隐患，也对设备形成一定的损伤。

2 开包机翻转机改善设计

2.1 翻转机传输信号设计

为了将翻转机的状态实时传递给线控程序，通过对翻转机关键信号的分析，提取翻转机有无料信号、0°位信号和180°位信号传送给线控PLC，为线控PLC 判断是否输送烟箱提供条件。

2.2 线控PLC 控制逻辑设计

线控PLC 接收到翻转机传送来的信号后，根据逻辑控制的条件进行编辑程序，当翻转机处于0°位并且翻转机处于无料状态的情况下，才能将输送辊道上的烟箱输送给翻转机，当翻转机不处于0°位或者翻转机处于有料状态下，输送辊道上的烟箱是不能往翻转机输送[4]。线控PLC 程序控制如图4 所示。

图4 线控PLC 程序控制

3 改善效果验证

3.1 逻辑控制验证

为了检验逻辑控制的正确与否，采用实物模拟的方式进行验证。当输送辊道正在向翻转机输送烟箱时，模拟翻转机有料信号或去除0°位信号，验证输送辊道是否会停止输送烟箱。验证结果满足设计要求。

3.2 生产联动验证

除了逻辑控制验证外，还采取生产联动验证，在翻转机正常旋转的情况下，人为进行误操作，观察输送辊道上的烟箱是否往翻转机输送烟箱，验证结果为不会出现往翻转机输送烟箱卡塞翻转机的情况[5]。

4 结语

通过对纸箱开包机翻转机的安全防护改善，有效防止因人为误操作导致烟箱卡塞翻转机的现象。新的线控逻辑能够保障操作人员的人身安全，同时提升设备的稳定性，降低误操作导致的设备故障。

该纸箱开包机翻转机的安全防护改善，也验证了这项改善方案的可行性，为具有翻转功能的设备的提供改善经验。