YF716型包装机组物料站拉纸驱动装置设计

摘 要：【目的】许昌烟草机械有限责任公司YF716型包装机组物料站在与ZB48A型包装机组对接过程中，因内框纸进入包装机时纸张力不均而导致包装机切片尺寸长度不一致。为解决这一问题，设计出一种新型拉纸驱动装置。【方法】通过在两机组之间增加一拉纸驱动装置，利用气缸控制的可摆动单向压纸辊的抬起与下压来实现纸张的输送与停止，并通过超声波传感器制造一段零张力空间，同时纸辊与伺服电机通过同步带连接，实现速度的实时响应，并实现与包装机的信号完全同步。【结果】最终实物分析表明，加装拉纸驱动装置后，包装机切片的尺寸误差不超过0.2 mm，被控制在允许范围内，实现与包装机排空信号的完全同步。【结论】在现有工艺基础上增加该装置，能有效解决纸张力不均及包装机排空时材料浪费的问题，满足机组全自动化及绿色生产的工艺要求。

关键词：包装机物料站；拉纸驱动；排空；纸张力控制

中图分类号：TS43" " " 文献标志码：A" " 文章编号：1003-5168（2025）01-0033-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.01.006

Design of the Paper Pulling Drive Device for YF716 Packaging Unit

Material Station

LI Jun

（Xuchang Tobacco Machinery Co.， Ltd.， Xuchang 461000， China）

Abstract：[Purposes] In the process of the material station of the new YF716 packaging unit of Xuchang Smoke Machine Co.， Ltd. docking with the ZB48A packaging unit， in order to solve the problem that the paper tension of the inner frame paper is uneven when it enters the packaging machine， which results in the inconsistent size and length of the slice of the packaging machine， a new paper pulling drive device was designed.[Methods] By adding a paper pulling drive device between the two units， the lifting and pressing of the swingable unidirectional paper pressing roller controlled by the cylinder are used to realize the conveying and stopping of the paper， and a section of zero-tension space is created through the ultrasonic sensor， and the paper roller and the servo motor are connected through the synchronous belt to realize the real-time response of the speed， so as to achieve complete synchronization with the signal of the packaging machine.[Findings] Through the final physical test analysis， after the installation of the paper pulling driving device， the slice size error of the packaging machine was controlled within the allowable range， and the complete synchronization with the emptying signal of the packaging machine was realized.[Conclusions] On the basis of the existing process， the addition of this device can effectively solve the problems of uneven paper tension and material waste when the packaging machine is emptied， and meet the process requirements of fully automated and green production of the unit.

Keywords： packaging machine material station; paper pulling drive; emptying; paper tension control

收稿日期：2024-09-23

作者简介：李俊（1995—），男，硕士，助理工程师，研究方向：烟草设备设计开发。

0 引言

YF716型包装机组物料站是许昌烟草机械有限责任公司在YF712/YF713［1-5］型包装机物料站基础上，结合德国Focke公司M798［6］型的技术优势所开发的新型物料站。该物料站解决了原物料站占地面积大、自动化程度低、人员占用率高等问题，实现全自动上卷、全自动开卷、全自动上胶带、全自动拼接、旧卷筒自动剔除等功能及无人值守的完全自动运行。

与包装机对接后，如何保证切片均匀及避免排空时材料浪费成为技术关键。受传输距离、摩擦力等因素的影响，内框纸在输送过程中的纸张力波动较大，导致切片尺寸不一致，严重影响烟支的包装质量。此外，包装机定期切断内框纸进行排空，物料站与包装机信号不能及时同步，从而造成排空期间物料站继续供纸，导致材料浪费。

为了满足机组全自动化和绿色生产的要求，在不改变原有系统的基础上，本研究设计并开发出一种新型拉纸驱动装置，以实现对纸张张力的动态控制，并在包装机发出排空信号的最短时间内截停纸张，在确保切片均匀的同时，避免材料浪费。

1 工艺流程

内框纸通过YF716物料站进入ZB48A型包装机，物料站已实现全自动拼接、换盘等功能，可实现无间断持续供应。YF716与包装机纸带输送示意如图1所示。

放卷轴向包装机不间断供应内框纸，备用卷轴由开卷装置将卷盘的新纸头拉开，拼接装置将新纸进行切断，胶带供给装置拉开卷状胶带，并将胶带固定在开卷装置的胶带板上，胶带板摆动，压在备用卷轴的新纸头上。当检测到放卷轴即将耗尽时，放卷轴停止供纸，夹纸装置将纸夹紧，拼接装置将放卷轴的纸头切断，并搭接在备用卷轴的新纸头上，完成内框纸输送流程，由备用卷轴继续无间断向包装机继续供纸，原放卷轴剔除旧卷筒，并继续补充新材料，实现内框纸供应的零间断。

2 存在的问题

在输送过程中，由于负压吸风装置和内框纸直角转向装置的存在，导致输送过程中的阻力增大，使包装机必须克服一定的纸张张力才能保证内框纸顺利输送。然而，包装机自带的纸辊提供的拉力较小，无法轻松克服现有张力，难以拖动内框纸移动，导致切片时尺寸波动过大，无法满足工艺要求。

为解决现有问题，本研究在物料站与包装机连接通道的出口处新增一拉纸驱动装置，制造出一段零张力空间，并用伺服电机控制的双纸辊来解决切片时张力过大和排空浪费问题。在解决上述问题的同时，保证设备的简易性、可替换性，同时模块化设计也有利于在对接不同机型时能灵活替换安装位置，节约人力成本。

3 结构及功能实现

保持物料站原有部件不变的基础上，在输送通道出口处新增一种装置，解决内框纸输送过程中因张力过大而导致的切片尺寸不一致的问题。同时，受安装空间的制约，在满足功能的前提下，对装置整体尺寸有着较高的要求。

针对上述问题，本研究设计出一款拉纸驱动装置，如图2所示，其由单向压纸辊、驱动单向压纸辊摆动的线性气缸、拖纸辊、伺服电机、减速器、纸库缓冲机构及检测缓冲区位置的超声波传感器等部件组成。

拉纸驱动装置被安装在包装机纸带入口下方，当需要手动穿引新材料时，单向压纸辊与拖纸辊分开，将纸带按方向引入。穿纸完成后，单向压纸辊靠近拖纸辊，将材料压在拖纸辊上，拖纸辊以0.2 m/s的线速度向前输送材料。包装机正常运行时，拖纸辊电机将根据包装机的运行速度来自动调整拖纸辊转速，以跟踪包装机速度，并确保纸缓存库位置始终保持在超声波传感器设定的位置上。此时，进入包装机的纸带是从纸库缓冲机构导入的，在不考虑滑动摩擦的情况下，纸库缓冲区域的纸张力基本为零，所以，此时包装机对内框纸进行切片时不会受到反向的牵引力。

当包装机需要排空时，包装机切刀将内框纸切断，拖纸辊电机保持锁死状态，防止材料移动，等待包装机排空完成后，包装机纸辊拖动内框纸材料缓慢前进，将材料送至包装机内框纸拖纸辊上，拉纸驱动装置上的拖纸辊电机也会随信号缓慢转动，根据超声波传感器检测数值，持续动态调整纸库缓存区位置。包装机排空时，由于存在缓冲区域，内框纸不会被反向拉出，内框纸会被压紧截止，不会继续向包装机输送，从而大大减少内框纸的浪费。

4 电控方案设计

柔性纸库缓存机构中，超声波传感器读取与正前方内框纸U型转弯区域的距离数据，使内框纸U型区域与超声波传感器的距离始终为20 cm。当包装机忽然提速，缓存区域内的纸带就会被快速拉走，超声波传感器检测到的距离减小，伺服电机根据接收到的信号实时提高转速，加快纸带供应，保证缓存机构中的纸带U型转弯处与超声波传感器的距离动态为20 cm。

信号传输的核心是实时变动的速度信号，拉纸驱动装置负责实时调节转速的执行机构主要是伺服电机和与单向压纸辊连接的驱动气缸。在机组正常运行时，驱动气缸将单向压纸辊压在送纸辊上，此时物料站控制单元读取包装机发送的实时速度信号，根据包装机所需要的速度，拉纸驱动装置的伺服电机及时调整转速。

转速计算过程如下。

与伺服电机相连接的过纸辊直径d为60 mm，则纸辊每旋转一周所通过内框纸长度计算见式（1）。

[L=πd=188.5 mm]" （1）

ZB48A型包装机的运行速度以700包/min为例，内框纸要求的单片剪切长度工艺要求为31.4 mm，所以内框纸输送时的运行线速度见式（2）。

[v线=700×31.4=21 980 mm/min] （2）

因此物料站中放卷轴的实时线速度也应为21 980 mm/min，此时放卷轴的旋转速度计算见式（3）。

[ω=27 980πD] （3）

式中：ω为旋转速度，r/min；D为实时监测放卷盘的直径（实时变动），mm。

将放卷盘的转速信号换算为放卷电机的转速信息，实现内框纸切片时拉纸驱动装置与包装机、物料站放卷轴的速度动态同步。

当排空时，包装机发送排空信号，物料站控制器在接收到该信号后，伺服电机锁死，防止内框纸因通道中纸张力的存在而后退，包装机切断内框纸，执行排空程序；排空完成后，与送纸辊相连的伺服电机开始旋转，将内框纸继续向前输送；到位时，由包装机入口处的传感器获取信号，开始加速运转，同时发送同步信号，拉纸驱动装置伺服电机开始与包装机速度同步旋转。内框纸排空过程中，基本可实现内框纸的零浪费，并实现无间断连续运转。

5 实物测试

拉纸驱动装置与包装机对接完成后的实物图如图3所示。经过一段连续时间运行，机组整体运行稳定、可靠。

根据卷烟企业及包装线工艺质量标准要求，内框纸切片尺寸要求为31.4 mm±0.2 mm，在YF716型包装机组物料站与ZB48A型包装机连续3 d的持续运转实际测试过程中，随机时段进行10次抽样检测，结果见表1。

由表1可知，偏差最大的为第3组数据，长度为31.59 mm，偏差尺寸为0.19 mm（小于0.20 mm），符合工艺标准的要求；偏差最小的为第8组数据，长度为31.43 mm，偏差尺寸为0.03 mm，10次随机抽样结果长度平均值为31.424 mm。

实物测试结果表明，加装拉纸驱动装置后，包装机切片尺寸误差被控制在允许范围内，且与包装机排空信号实现了完全同步，执行到位，避免材料浪费。该装置对提高机组运行效率和产品质量具有显著效果。

6 结语

本研究成功设计并制造了拉纸驱动装置，有效解决内框纸纸张力波动引起的切片长度不一致及排空材料浪费的问题。该装置安装位置灵活、结构简单可靠，能满足用户使用要求。此外，该装置具有较低的生产成本和高效稳定的性能指标，实现新型物料站的全自动化运行，无需人工干预，不会对材料造成浪费，质量稳定、运行高效，能有效降低工人劳动强度，为国产烟草物料站领域带来技术突破。

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