ZB45六轮异形烟包检测装置的研制

张涛 杜小洁

（红塔烟草（集团）有限责任公司玉溪卷烟厂 云南玉溪 653100）

近年来，烟草行业中细支烟异军突起，已在近几年的烟草市场中逐渐走向主流地位。红塔集团目前的细支烟产品在市场上也广受消费者青睐，成为了集团难能可贵的新增长点，因此，细支烟的生产任务也成为了集团的焦点。为了解决生产任务量大与设备产能之间的突出矛盾，更好地确保细支烟生产任务的按质、按量完成，卷包一车间组织技术人员对影响细支设备故障率高的主要问题进行研究及解决，提高了机器设备的使用效率，达到了设定目标。

1 存在问题

1.1 异形烟包进入六轮后容易干涉导致零部件损坏

目前，承担红塔集团细支烟生产任务的包装机仅有卷包一车间的6 台ZB45 设备和一台进口GDX2 设备。在生产任务繁重的环境下，亟须解决的问题是由于较高的生产任务量和设备产能之间产生的矛盾，因此，卷包一车间组织人手对提高设备产能、减低设备故障率、维修率等目标进行攻关。

小组成员在对卷包一车间前5 台ZB45 包装机小包成型系统进行调查时，发现六轮、七轮维修次数多，产生的维修费用高。通过调研，发现卷包一车间5 台ZB45包装机在六轮、七轮处维修总费用为179 585元，六轮、七轮维修总次数达330 次。在多次故障分析会及实际维修中，发现造成六轮、七轮损坏的原因是异形烟包在设备运行过程中与六轮、七轮发生干涉，造成设备损坏［1-2］。

1.2 设备原有五轮出口检测器对异形烟包检测精度不足

在ZB45 包装机五轮出口处装有变形烟包检测装置，按照该检测装置要求，当有异形烟包从五轮推入六轮时，该检测装置应能检出异形烟包并发出停机信号，由操作工手动盘车后拿出异形烟包。为验证该检测装置对水平方向与竖直方向上变形的烟包的检测能力，小组成员通过实验法在D2、D3、D4设备上分别进行实验，将水平方向异形烟包放入五轮盒模中，启动设备，让异形烟包通过五轮出口检测装置，每台设备进行3次人工放烟实验，每次试验分别放置50次不同方向上的异形烟包，同时，进行对比试验为放入竖直方向异形烟包。经实验统计后，可以看出，3台包装机因水平方向异形烟包进入六轮停机次数均小于50次，说明该检测装置对于水平方向异形烟包的检测能力有限，对于竖直方向异形烟包检测率为100%，而对水平方向异形烟包有效检测率仅为48%，该部分烟包进入六轮后，与模盒、剔除组件、七轮等零部件发生干涉而损坏零部件，因此，设备自带的五轮出口检测器检测精度不足，无法有效解决问题。

因此，小组在对设备原理进行分析后得出，只需要增加1套能够有效检测水平方向上异形烟包的检测装置，就能够有效减少异形烟包进入六轮、七轮与设备发生干涉。

2 设立目标

根据分析造成ZB45包装机六轮、七轮损坏的主要原因是五轮出口处的变形烟包检测装置无法检测出所有水平方向上的异形烟包，导致异形烟包进入后续零部件发生干涉，造成设备损坏。因此，需要研制出一个能够在六轮有效检测水平方向上的异形烟包的检测装置，检测后剔除或停机，同时，为了产生较好的经济效益，需要将成本控制在合理范围内。因此，将此次活动目标设定为水平方向上的异形烟包检测率达到100%。

3 提出方案并确定最佳方案

3.1 方案提出

为了检测水平方向上的异形烟包，需要研制一套能够检测到六轮盒模上水平方向上异形烟包的触发机构，其工作原理应与五轮出口变形烟包检测装置一致。

通过现场调研，小组考虑六轮异形烟包检测装置的安装位置选定为六轮二号工位，该位置能够有效利用设备上已有的剔除组件及时剔除检测到的异形烟包。ZB45 包装机六轮上烟包运动，其中，一号工位安装了五轮出口变形烟包检测装置，三号工位为剔除工位。

3.2 确定方案

至此，得出了小组研制使用机械接触法来进行异形烟包检测的检测装置的方案，安装位置为六号轮二号工位，基于该方案，小组绘制了方案设计原理图。

六轮异形烟包检测装置：触发机构采用旋转触发，传感器选择采用接近开关，电路采用接入原机电，执行方式采用停机。

4 制定对策

4.1 对旋转式触发机构进行设计加工并安装调试

对旋转式触发机构设计并进行三维建模。绘制零件图，交付外单位按照零件图纸加工。整体安装并检验规格、尺寸及参数，能够有效检测异形烟包。使水平方向异形烟包通过检测器时，能100%触碰旋转触发机构转动。

4.2 对接近开关进行选型采购并安装实验

对所需接近开关选型并采购。检验安装接近开关后，能否有效检测到检测片位移。触发机构触片转动带动检测片转动后，接近开关能100%检测到检测片位移。

4.3 设计检测器接入ZB45包装机的电路

对ZB45包装机控制电路进行分析，并选定检测器接入点。寻找并选择异形烟包检测装置的有效接入点。

4.4 程序的编写

编写控制程序；检验程序有效性，实现检测到异形烟包后停机的功能；实现对检测器自身诊断。

5 实施过程

5.1 旋转式触发机构设计加工并安装

旋转式触发机构分为以下几个部分：触片；转轴；底座；轴套；检测片；限位片；扭簧。

对触片进行设计：（1）连接孔为腰子状孔；（2）高度。

对转轴进行设计：小端长度、直径，大端长度、直径，强度校核达标。

根据目标要求，设计底座、轴套、检测片，同时选定扭簧参数。

触发机构的触片高度与六轮盒模高度一致，触片调整至二号工位烟包间隔2mm，当有水平方向上形变超过2mm 的烟包通过触发机构时，烟包会碰撞触片，使触片逆时针转动，同时，带动位于同一根转轴上的检测片逆时针转动，使检测片脱离传感器范围，传感器发出信号，使设备停机。

5.2 接近开关进行选型采购

针对触发机构触片转动带动检测片转动后，接近开关能100%检测到检测片位移目标条件，最终选择巴鲁夫BALLUFF感应式接近开关，在触发装置上安装接近开关后手动转动触发机构触片，观察接近开关能否有效检测到检测片的位移。触片转动次数10次，接近开关感应次数10次。通过审核与分析，接近开关符合设计要求［3-4］。

5.3 设计检测器接入ZB45包装机的电路

通过对ZB45包装机控制电路的分析，选择将检测器直接串联接入ZB45 包装机原有的五轮出口变形烟包检测器控制电路中。该电路无外接PLC 控制器，直接将六轮异形烟包检测器串联接入五轮出口变形烟包检测器控制电路中。通过审核与分析，电路符合设计要求。

5.4 程序的编写

为实现检测到异形烟包后停机的功能，实现对检测器自身诊断。按照目标要求对程序进行编写。通过审核与分析，检测到异形烟包后停机报警，对检测器自身诊断，程序功能符合要求，如图1所示。

图1 部分源程序与功能图

5.5 整体安装调试

整体安装调试的目标是能够在检验到异形烟包（触片转动）时100%并停机，按照装配要求，对检测装置进行实地安装、接线、烧录程序，进行初步的有效性检验。小组成员在设备停机时，人工拨动检测器触片，观察ZB45显示屏是否报错。在设备运行过程中，人工拨动检测器触片，观察设备是否正常停机并在显示屏上报错。通过实验验证，六轮异形烟包检测装置运行稳定有效。

6 效果检查

小组成员选取已经安装六轮异形烟包检测器的D2#、D3#、D4#包装机进行人工放置异形烟包检验检测器效果。

由表1可知，在加装六轮异形烟包检测器后，六轮处水平方向异形烟包检测率为100%，目标完成。

表1 ZB45包装机六轮异形烟包检测器人工放烟实验

小组选择效果检查期，调查统计了卷包一车间6台ZB45细支烟包装机（D2、D3、D4、D6、D7、D8）在加装六轮异形烟包检测器后，六轮、七轮组件的维修频次。从分析数据可以看出，活动后，ZB45 包装机因异形烟包干涉造成的六轮、七轮组件损坏次数大幅降低，在设备正常运行的情况下，ZB45六轮异形烟包检测器能够有效检测出异形烟包，使六轮处水平方向异形烟包检测率达到100%。综合以上检测结果，目标得以实现［5-6］。

7 结语

小组通过自主创新的方式，通过对ZB45包装机设备的原理进行分析，研制出结构简便、空间占用小、成本低、维修保养方便、能有效检验出六轮异形烟包并停机的检测装置，有效减少了设备维修频次，提高了生产效率。通过自主编写程序，克服现有技术上的不足，在硬件上加装ZB45 硬盒包装机六号轮不良烟包检测装置的基础上，通过程序有效监测六号轮上的异形烟包，及时停机报警，剔除不良烟包，帮助设备操作人员及时发现、排除故障，避免不良烟包导致的产品质量事故或设备损伤。