打叶复烤生产线捆扎机改进研究

曾朝彬，李红梅，李一辉，吴明辉，山俊贻，蔡尤东，杨家华，王发勇，刘跃荣

（红云红河烟草（集团）有限责任公司红河卷烟厂，云南 红河州弥勒 652399）

0 引言

在红河打叶复烤生产线上，每条线配有一台杭州美化包装有限公司制造的MH103B型捆扎机，按正常生产运行统计，每天生产19.5小时，每小时38箱片烟，每箱片烟捆3条PE带，一天要捆扎完成2223条PE带，执行动作2223次。由于其工作的执行动作频次较高，相应地故障率也较高，经常引起预压打包机生产停滞、物料中断，严重影响设备运行效率。为此，特新购两台杭州美化包装有限公司制造的YS-203新型捆扎机，以“1备1用”的模式来维持生产运行。在实际生产过程中，“1备1用”的模式仍不能解决捆扎机故障率高、影响生产停滞时间长、维修工作量大、零备件消耗量大等问题，本文研究现有捆扎机的设备机械结构及电控系统，从带盘机构、互换性及检修模拟平台三方面对捆扎机进行改进研究，通过对现有捆扎设备的改进，解决捆扎机在实际运作过程中存在的问题，降低故障率，提高整线设备运行效率[1]。

1 捆扎机运行现状

1.1 捆扎机故障在线维修时间

在实际生产过程中，捆扎机故障主要有卡带、夹带、切不断PE带、送带不到位、送带过量、大活门卡死、带子粘不紧、带子撕烂、带子收不紧等情况。由于复烤生产线属流水线作业，任一下游工序故障都势必影响整条生产线的正常运作，特对捆扎机故障及在线维修时间做跟踪统计如表1。

表1 捆扎机故障在线维修时间

1.2 捆扎机故障允许在线维修时间

打叶复烤生产线中，叶片烤机额定进料流量为9000kg/h，预压打包机每1.5分钟出1箱片烟，预压打包机与捆扎机之前有6台输送辊道，可缓存6箱片烟，最大缓存时间为9分钟，即捆扎机故障允许在线维修最大时间为9分钟。

1.3 捆扎机故障影响生产时间

根据捆扎机故障在线维修时间统计及捆扎机故障允许在线维修最大时间，每次捆扎机故障影响整条打叶复烤生产线停滞时间不少于6分钟，如遇到备用捆扎机离线在修的情况，影响生产停滞时间至少为30分钟。

2 捆扎机故障研究分析

2.1 捆扎机带盘机构

捆扎机带盘机构主要由带盘和电动抱闸装置两部分组成，如图1所示。

图1 捆扎机带盘机构组成

在生产过程中，带盘机构主要存在以下两方面问题：

（1）换带、穿带不方便。捆扎机送带控制过程为当送带检测开关感应触发，表明储带框内带子量少，电动抱闸装置得电，松开带盘，同时送带电机运行，送带轮向储带框内送带，当送带检测开关感应释放，表明储带框内带子装满，送带电机停止，电动抱闸装置失电，抱紧带盘。这样，换带、穿带时，若断电操作，带盘抱死，需人工松带，掌控不好，易造成带子拉乱；若带电操作，由于送带轮处于运转状态，存在一定安全隐患[2]。

（2）电动抱闸装置结构复杂，故障率高。电动抱闸装置由限位套、隔套、柱子、摩擦片、压簧、刹车线圈、刹车固定板等组成，见图2。在生产运行期间频繁出现控制线路、刹车线圈、摩擦片、隔套等电气和机械故障，特别是摩擦片，受现有捆扎机型号限制，备件六方内孔较大，较容易出现打滑情况，增加了维修工作量及零备件的消耗。

图2 带盘电动抱闸装置

2.2 现有捆扎机不能互换使用

打叶复烤生产车间两条12000kg/h生产线配有现4台捆扎机，以“1备1用”的模式来维持生产运行，即每条生产线配置以“1备1用”的模式配置2台捆扎机，对2条生产线的捆扎机进行互换性测试，均不能正常工作。

2.3 捆扎机不能离线精细调试

换下捆扎机离线检修后，只能搭接临时电源，手动测试单一动作，不能测试整个自动捆扎周期的连贯性动作，不能精确观测调整好各动作的位置精度，所以维修后的捆扎机上线后不能立即投入在线正常使用，还需跟踪调试，才能适应工艺生产要求。

3 捆扎机改进研究

3.1 捆扎机带盘机构改进

根据捆扎机故障分析，故障主要由带盘机构引起，于是对带盘松紧装置进行改进，在在带盘机构上增加刹车调节块、调节螺栓、带盘松紧控制杆和限位杆，加工后的零配件见图3，图4是改进后的带盘松紧装置。

图3 带盘松紧装置零配件

图4 改进后带盘松紧装置

3.2 捆扎机电控系统改进

3.2.1 捆扎机电路接线整改

在打叶复烤生产线上，捆扎机属于即插即用的单机设备，即在预压打包机输送辊轮旁边的桥架上有两个航空插座，捆扎机就位后，插上两个航空插头，合上电源，即完成了捆扎机的上线使用。

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从电路接线上分析，要实现任一台捆扎机在两条打叶复烤生产线上均能够正常使用，那么前提条件是插头插座1、插头插座2每个针脚的功能及接线方式要一致。经排查插头2为到现场输送辊道上的5个光电开关接线，每个针脚的功能及接线方式两条生产线都一致；插头1使用了1～14号针脚，功能为三相电源线、联锁信号线及M4输送辊道电机动力线，接线方式有区别。具体为插头1针脚1～4、5～8、9～10、11～12、13～14的组合功能相同，但部分针脚的接线方式不同，即针脚1与针脚3互反；针脚9与针脚10互反；针脚11与针脚12互反。因此，两条生产线捆扎机互换，工作状态不正常，电源相序相反，捆扎完成信号状态相反，不允许进箱信号状态相反。

通过上述分析，以生产线一的捆扎机为基准，对生产线二的捆扎机插头1的针脚接线进行更改（针脚1与针脚3互调、针脚9与针脚10互调、针脚11与针脚12互调），使两条生产线捆扎机插头的接线方式统一一致。

3.2.2 捆扎机控制程序改进

从控制程序逻辑上分析，要实现任一台捆扎机在两条生产线上都能够正常使用，那么前提条件是捆扎机电柜PLC与打包工艺电柜PLC之间相关的联锁程序逻辑要一致。对联锁程序的排查情况如下：

（1）4台捆扎机电柜PLC发送给两条生产线打包的捆扎完成信号的程序逻辑相同，触发条件为捆扎光电开关2或捆扎光电开关4的下降沿。

（2）4台捆扎机电柜PLC发送给两条生产线打包不允许进箱信号的程序逻辑相同：手动模式下不允许进箱；自动或直通模式下，只要有其中一个条件（捆扎光电开关3占用、捆扎光电开关4占用、捆扎机有故障、急停按下）触发，就不允许进箱。

（3）两条生产线打包工艺电柜PLC送给捆扎机的允许出箱信号的程序逻辑不同，如图8所示。两条打包线送给捆扎机的出箱信号，编程思路相反，一线为捆扎机可以出烟包，而二线为捆扎机不可以出烟包，所以一线Q13.2与二线Q19.0的触发条件也相反，一线为捆扎机出口输送辊道光电开关报空（T107）；二线为捆扎机出口输送辊道光电开关占用（I35.4）。因此，两线捆扎机互换，工作状态不正常。

图5 生产线一允许出包控制程序

据此，统一PLC编程思路，对生产线二打包工艺电柜PLC送给捆扎机的允许出箱信号的程序逻辑进行更改，更改后的程序逻辑见图6。

图6 生产线二允许出包控制程序

通过接线方式的整改及逻辑控制程序的修改，分别将4台捆扎机安装于两条生产线上进行适应性调试，4台捆扎机均能满足生产运行控制要求，实现了两条生产线“2备2用”的生产运作模式[3]。

4 捆扎机离线检修调试平台搭建

4.1 捆扎机离线检修平台设计

根据捆扎机在线工作原理，利用5个选择开关代替现场5个光电开关；利用1个航空插座和1个航空插头，航空插座用于搭接电源，实现与捆扎机上的航空电源插头快速对接，航空插头用于连接操作盒上的5个选择开关，实现与捆扎机上的光电开关插座快速对接，其电气原理图见图7。

图7 离线检修平台电气原理图

4.2 捆扎机离线检修平台应用

通过搭建起的检修调试平台，分别对4台捆扎机进行离线测试，具备模拟自动生产状态的相关功能。具体操作步骤如下：

（1）操作盒连线航空插头与捆扎机上航空插座对接；

（2）对电源线增加检修箱专用三相电源插头，航空插头端与捆扎机上的航空插座对接，三相电源插头与检修箱内三相电源插座对接，合上电源开关，使捆扎机正常供电；

（3）捆扎机电柜操作面板上，“直通/手动/自动”三位选择开关置于“手动”位置，并操作相应按钮，将捆扎带穿到位；

（4）将“直通/手动/自动”三位选择开关置于“自动”位置，此时操作盒上PE1开关（见图8），可观察输送辊道电机控制接触器，置于ON，则吸合，置于OFF，则断开；

（5）自动状态，操作选择开关PE2～PE5（见图8），可观察捆扎机的动作状态。

（6）根据需要选择捆扎Ⅱ或Ⅲ或Ⅳ道，捆扎道数与选择开关的组合状态见图8。

图8 离线检修平台捆扎机捆扎倒数与选择开关

①选择Ⅱ道的操作程序：纸箱置于框架内→PE2、PE3置于ON→当PE4由OFF置于ON时→执行第Ⅰ道捆扎→当PE2由ON置于OFF时→执行第Ⅱ道捆扎；

②选择Ⅲ道的操作程序：纸箱置于框架内→PE2、PE3置于ON→当PE4由OFF置于ON时→执行第Ⅰ道捆扎→当PE2由ON置于OFF时→执行第Ⅱ道捆扎→当PE3由ON置于OFF时→执行第Ⅲ道捆扎；

③选择Ⅳ道的操作程序：纸箱置于框架内→PE2、PE3置于ON→当PE4由OFF置于ON时→执行第Ⅰ道捆扎→当PE5由OFF置于ON时→执行第Ⅱ道捆扎→当PE2由ON置于OFF时→执行第Ⅲ道捆扎→当PE3由ON置于OFF时→执行第Ⅳ道捆扎。

5 效果验证

新设计的机械式带盘松紧装置，常态下，弹簧力作用，带盘控制杆上抬，锁紧带盘；穿带时，用手向下轻压带盘控制杆，带盘放松，方便拉、穿带。自动送带控制过程：送带轮旋转拉动带子，带盘控制杆下沉，带盘松开；送带完成，送带轮停转，弹簧力作用，带盘控制杆上抬，锁紧带盘[4]。设置限位杆，可预防弹簧过渡拉伸引起弹簧失效；设置刹车皮带调节活动范围调节块和调节螺钉，方便定期检查维护，其安装效果图见图9。

图9 机械式带盘松紧装置应用效果图

对捆扎机进行改进后，对捆扎机故障及在线维修时间做跟踪统计见表2。

从表1和表2可以看出，捆扎机改进前，故障主要有卡带、夹带、切不断PE带、送带不到位、送带过量、大活门卡死、带子粘不紧、带子撕烂、带子收不紧等情况，改进后，故障主要有夹带、送带不到位、粘不紧。捆扎机改进前，以“1备1用”的模式运作，平均故障维修时间为15分钟/次，影响生产停机时间为6分钟，捆扎机改进后，以“2备2用”的模式运作，平均故障维修时间为7.5分钟/次，低于捆扎机故障允许在线维修时间，消除了因捆扎机 故障引起的打包机生产停滞问题[5]。

表2 改进后的捆扎机故障在线维修时间

6 结论

（1）通过分析现有捆扎机故障，对捆扎机带盘松紧装置进行改进，在带盘机构上增加刹车调节块、调节螺栓、带盘松紧控制杆和限位杆，将捆扎机故障由卡带、夹带、切不断PE带、送带不到位、送带过量、大活门卡死、带子粘不紧、带子撕烂、带子收不紧等情况减少为夹带、送带不到位、粘不紧，不仅解决了换带、穿带中存在的带盘抱死及安全隐患，也解决了电动抱闸机构运行期间频繁出现控制线路、刹车线圈、摩擦片、隔套等电气和机械故障，有效提高了捆扎机生产运行效率。（2）通过对捆扎机接线方式及逻辑控制程序的改进，实现了两条生产线“2备2用”的生产运作模式，有效解决了两条同型号、同流量打叶复烤生产线捆扎机不能互换使用的问题，缩短了故障平均维修时间，极大的提高了捆扎机检维修效率和生产运行效率。（3）通过搭建捆扎机离线检修调试平台，实现了捆扎机自动生产状态的离线模拟，解决了捆扎机不能离线精细调试的问题，实现了捆扎机的即插即用，有效解决了捆扎故障影响预压打包机生产停滞问题，以及由此引发的烤机返料、物料中断等问题，降低了捆扎机故障率，提高了打叶复烤生产线设备运行效率。