YB65A 硬条包装机长边折叠器同步检测的设计

邓 铎，李 敏，曾毓斌

（江西中烟工业有限责任公司赣州卷烟厂，江西赣州 341000）

0 引言

ZB45 型包装机组是卷烟包装过程使用的主流机型，该机型自动化程度高、操作简便、运行稳定、产品质量稳定，在行业内被广泛使用。在长期生产实践中，受当时设计思想的影响，在机械部件动作检测上存在一些缺陷，导致机械部件运动状态不能有效检测，引起产品质量缺陷。在YB65A 硬条包装机条盒成型部分，长边折叠器在上下往复运动过程中有卡死不动作的情况发生，当出现该情况时，就会出现长边折叠器卡住、压烂条烟的情况，甚至出现条盒长边折叠错位的质量缺陷，导致质量缺陷条烟流入下道工序，进而流入市场。上述设计缺陷是长边折叠器缺乏同步检测装置的设计缺陷引起的。为了提升设备运行效率和提高产品质量，需对长边折叠器进行同步检测装置改进。

1 原因分析

（1）条盒长边折叠分为上长边折叠和下长边折叠，分别由上长边折叠器和下长边折叠器进行折叠。YB65A 硬条包装机按照包装工艺要求，先进行上长边折叠，然后进行下长边折叠，循环往复进行，上下折叠器之间缺失动作关联检测，彼此独立动作，存在不同步的隐患发生，导致卡烟和产品质量缺陷产生。

（2）长边折叠器的动力来源于辅机，由一根传动轴输送动力，传动轴通过凸轮连杆机构将动力传输给长边折叠器。正常情况下，长边折叠器遇到烟包挤压时，长边折叠器过载卡死，位于连杆铰链处的脱开装置脱开并触发接近开关引起停机。当操作工清除过载因素，手动盘车一周后，脱开的铰链复位，接近开关脱离检测，引起停机的因素消除，设备可以恢复运行；当长边折叠器连杆机构的衬套、轴承由于磨损、润滑不良引起卡死时，位于连杆铰链处的脱开装置脱开并触发接近开关引起停机，此时由于长边折叠器的连杆卡死，无法正常运动，挡车工手动盘车一周，脱开的铰链仍然可以复位，触发脱开装置的接近开关脱离检测，设备恢复运行，但由于折叠器的连杆卡死无动作，设备启动时会导致条盒长边折叠工序缺失。由于缺乏传动轴与长边折叠器的同步检测装置，条烟包装产生长边折叠错位质量缺陷。

2 设计方案

2.1 同步检测装置机械设计

根据改进方案，同步检测装置由长边折叠器到位检测器和长边折叠器同步检测器组成（图1）。长边折叠器到位检测器由检测板、光电传感器、支架等组成。检测板通过螺钉与长边折叠器一起安装在机器一侧的导轴轴座上，光电传感器用两个螺母固定安装在一个带有长孔的支架上，在长边折叠器处，支架安装在机器成型通道侧平台底板上，由于其运动轨迹为上下往复式运动，设计到位检测传感器支架高度与长边折叠器的行程下限高度一致，检测距离为2 mm（图2）。长边折叠器到位检测器的作用是实时检测长边折叠器到位信号，将信号发送给PLC 控制器，建立位置检测，消除长边折叠器动作检测盲点。

图2 长边折叠器到位检测器

长边折叠器同步检测器由检测盘、延长轴、光电传感器、支架等构成。由于传动轴的运动方式为顺时针方向旋转，设计通过检测其旋转来反映传动轴的运动轨迹。检测盘通过紧定螺钉固定在长边折叠器传动凸轮轴的延长轴上，光电传感器用两个螺母固定安装在一个带有长孔的支架上，支架安装在机器箱体上（图3）。长边折叠器同步检测器的作用是利用一个可以上下调整的旋转凸轮，根据长边折叠器到位信号调整凸轮位置，使检测区域被光电传感器检测到，从而建立长边折叠器与传动轴的关联关系，利用该旋转凸轮实现二者动作的同步检测。

图3 长边折叠器同步检测器

2.2 同步检测装置控制电路设计

同步检测电路由PLC 控制器、输入输出模块等组成。输入信号由折叠器到位、同步检测信号、复位等组成，输出信号由停机、报警信号组成，为了方便后期调试，增加了检测旁通按钮，可以人为选择是否打开同步检测功能。YB65A硬条包装机32 位输入板上的输入端子为高电平有效，为了实现同步检测装置的停机功能，选取硬条包装机N9#输入板15#输入点作为检测停机信号，通过中间继电器将PLC 输出的停机信号转换到硬条包装机上，实现同步检测装置与YB65A硬条包装机的I/O 信号控制。安装在长边折叠器上的检测板与长边折叠器一起上下往复运动，在行程最低点处被安装在支架上的光电传感器感应到，输入长边折叠器到位信号给PLC 控制器。同时，延长轴上的检测盘凸轮旋转至最低点，被安装在机器箱体上的同步检测器光电传感器检测到，输入同步检测信号给PLC 控制器（图4）。为了使操作工更好地将长边折叠器不同步引起的停机与硬条包装机原机N9#输入板15#输入点的停机信号相区别，在电路设计上增加了一处蜂鸣器报警装置。

图4 同步检测装置控制电路

2.3 同步检测装置程序设计

方案采用西门子S7-200 型PLC，结合其通俗易懂的梯形图编程语言进行设计（图5）。同步检测装置程序的任务是实现长边折叠器与传动轴之间不同步信号的实时检测及报警停机。在条盒成型过程中，同时采集长边折叠器运动至最低点的到位信号和延长轴上的检测盘旋转至最低点的同步检测信号。通过试验可知，检测误差范围可以控制在0.5 s 以内，即在误差允许范围内比较到位信号和同步检测信号产生的高电平信号能否同时输入PLC 控制器，在每个循环周期内进行一次比对，比对一致说明长边折叠器与传动轴检测盘同步；反之，则不同步，输出报警信号并停机。

图5 同步检测装置程序流程图

3 运行效果

实施改进后，本同步检测装置在YB65A 硬条包装机上运行效果良好，实现了长边折叠器与传动轴同步信号的实时检测功能。

（1）条盒长边折叠工序出现不同步信号可及时停机，减少了条盒成型过程中出现的折叠错位质量缺陷，保障了产品质量。

（2）建立了长边折叠器动作检测，方便机械维修人员掌握长边折叠器运动状态，及时对轴承、衬套等部位的润滑、磨损情况进行检查，防止大故障的出现，减少了维修强度，提高了设备运行效率。

（3）长边折叠工序改进后，操作工在出现卡烟情况时，增加一道长边折叠器到位检测，帮助操作工对长边折叠器动作情况进行确认，可以有效避免盲目复位开机，避免生产出不合格产品带来的原辅材料浪费。

4 结论

经过对YB65A 包装机条盒长边折叠器的改进，解决了生产过程中条盒折叠工序易出现的长边折叠器与传动轴动作不同步的现象，避免了长边折叠器动作异常引起的条盒长边错位质量缺陷。出现不同步现象时，同步检测装置能够在第一时间发现并发出停机报警信号，有效阻止条盒长边成型不良的条烟流入下道工序、流入市场的可能。在长边折叠器出现故障隐患时，通过同步检测的不一致性提醒操作工注意产品质量，提醒维修人员关注执行机构的润滑、磨损情况，及时进行预防性维修，减少了长边折叠器的故障次数，提高了生产效率和产品质量。在同类包装机上具备很好的推广应用效果。