YP13H 型装封箱机系统升级改造的研究探讨及实践

朱明祥 罗 健 尹立武

(红塔集团大理卷烟厂卷包车间，云南 大理 671000)

1 项目概述

1.1 设备概况

YP13H 型装封箱机是东方机器制造(昆明)公司研发的新一代高速双品牌装封箱机生产设备，大量自动检测装置、伺服控制系统的应用，简化了机械结构，属于行业领先水平。我厂引进了一组该机型设备，现已完成安装调试，投入使用，装封箱最大能力为每分钟8 件。在设备使用过程，对设备运行效率、装封箱质量等进行跟踪分析，发现装封箱机在运行稳定性、可靠性以及产品质量等方面可以继续优化和升级改造。

1.2 问题描述

YP13H 型装封箱机对接我厂3 套软包ZJ116-FOCKE FXS机组，承担一半以上软包件烟装封箱任务。装封箱机运行是否稳定、装封质量水平高低关系到软包机组能否顺利生产，完成生产任务。目前装封箱机存在以下问题：

1.2.1 双品牌模式下装封箱单品牌运行效率不高问题

YP13H 型装封箱机设计为双品牌装封箱机，当装有烟堆的模盒输送到入口、箱成型、套口以及出箱处都需要进行读码比对，读码比对后在入口工位3 处，根据信息码进行对应品牌取箱。YP13H 装封箱机对接的软包3 套机组为同一品牌且常年生产同一品牌，可以无需进行读码比对，但设备继续执行双品牌模式，读码比对环节会增加设备故障次数，降低设备运行效率。

1.2.2 空模盒移载装置稳定性问题

1.2.2.1 封箱机退空模盒移载装置采用齿形同步带输送模盒，齿形同步带支撑板采用PE 板，同步带带齿一侧朝下，当模盒在同步带输送过程中，同步带齿会与PE 板产生摩擦，造成同步带齿过度磨损，同时增加了输送阻力，进而增加电动滚筒能耗。

1.2.2.2 空模盒移载装置的升降机构采用单凸轮结构，且安装在框架的中心位置，两侧升降采用滑块与滑轨方式导向。当滑块和滑轨之间产生间隙，框架也会发生变形，在空模盒移载装置升降机构上升、下降过程中，当调整不及时，凸轮两侧框架会发生塌头现象，影响设备的正常使用。

1.2.3 真空系统断开后管道残余真空问题

装封箱设备在正常工作时，各个执行部件按照工作逻辑运动，当停止真空供给，抓箱伺服吸盘、箱成型上吸盘和箱成型下吸盘的管道内都会有残余真空，导致取箱、放箱不顺以及推箱伤吸盘。

2 项目设计方案

2.1 提升双品牌装封箱机单品牌运行效率方案

YP13H 装封箱机出厂设计为双品牌模式，每分钟装封箱8件，根据我厂生产实际情况，YP13H 装封箱机对接的软包3 套机组为同一品牌且长年生产同一品牌。因此可以增加装封箱机单品牌模式，节省读码比对、取箱时间，提高整机运行能力。在单品牌模式下跳过读码比对功能，所以只需对系统程序和人机界面进行升级，不需要对设备硬件进行改造。系统程序升级改造关键点：

(1)取消从入口到出口各个部位品牌的读码比对；

(2)取消读码比对报警停机；

(3)取箱改为箱成型处无箱时自动取箱。

2.2 提升空模盒移载装置稳定性方案

2.2.1 降低同步带磨损方案

两个带轮之间是PE 板，作为同步带支撑，作用是防止在两个带轮之间下落，该连接方式加大了两个物体间的接触面积，增加了摩擦阻力，且摩擦阻力为滑动摩擦力。在相同条件下，滑动摩擦力大于滚动摩擦力，因此考虑将滑动摩擦改为滚动摩擦，减小摩擦阻力，也就是改变同步带的支撑方式来降低同步的磨损。取消支撑同步带的PE 板，改为同步带支撑导向轮。

2.2.2 提升空模盒移载装置稳定性方案

空模盒移载装置凸轮安装在框架的中心位置，框架四周没有足够的支撑点，容易造成变形，同时考虑到单凸轮带动框架运动稳定性不高。故增加两组凸轮，每组两个凸轮，安装在框架四周来带动框架运行。现有空模盒移载装置如图1。

图1 1 PE 板 2 升降凸轮

2.3 破真空系统方案

系统停止真空供给，管道内残余的真空会造成吸盘损伤，真空为负压，可以在真空管路中施加正压来消除残余真空。设备按照工作逻辑运行时，当需要停止真空供给，正压自动进入管路，消除残余真空，消除完毕后自动停止正压供给。

2.3.1 硬件设计

设备正压由集中供应，从总气路引一路气出来，通过电磁阀接入各个真空管路内，电磁阀的接通、关闭由系统程序或人工操作实现。

2.3.2 软件设计

设备使用Siemens S7-1500 PLC，对应使用TIA Portal 编程工具编写程序。程序需在在抓箱、箱成型断真空后，PLC 输出信号接通电磁阀使正压进入管路，电磁阀接通时间不应超过所需进入管道正压量时间，电磁阀也不能在未断开真空时接通。同时在人机界面新增加破真空阀手动操控，用于维修时进行单阀操作。程序流程如图2。

图2 程序流程图

3 方案实施

3.1 提升双品牌装封箱机单品牌运行效率方案实施

3.1.1 程序设计

从下面三个方面对程序重新编写：一是烟堆模盒从入口到出口读码比对的取消，二是读码比对报警功能的取消，三是抓箱机构取箱模式的修改。

3.1.2 人机界面修改

在人机界面“系统设置”画面增加单双品牌模式选择。人机界面如图3。

图3 单双品牌选择人机界面

3.2 提升空模盒移载装置稳定性方案实施

升级后的空模盒移载装置采用导向轮以及双凸轮组替代原PE 板和单凸轮，设计安装如图4 所示。

图4 1 导向轮 2 双凸轮组

3.3 破真空系统方案实施

3.3.1 硬件安装

在抓箱和箱成型上、下管道处接入正压管道，并在相应位置安装电磁阀来控制正压通断，需要破除真空提高系统稳定性的设备位置主要有四处：抓箱装置、箱成型外下部吸盘、箱成型内下部吸盘、箱成型上部吸盘。

3.3.2 软件调试及人机界面修改

在人机界面上增加相应的破真空阀手动操控，如图5 所示。

图5 破真空阀手动操控

4 效果验证

通过对YP13H 装封箱机的4 个问题升级改造，追踪6 个月以来设备运行水平，由表1 以看出设备运行效率稳重向好。同时追踪了装封箱质量，箱外观质量明显提升，损坏显著降低。

表1 YP13H 装封箱机运行情况

5 结论

结合实际使用情况，我们对YP13H 装封箱机增加了单品牌模式适应只装封箱单一品牌，升级改造了空模盒移栽装置保证设备稳定运行，重新设计了胶带供给装置单向输送辊保证封箱胶带质量，增加了破真空系统减少了费用。结果表明，YP13H 型装封箱机运行稳定性、装封箱质量得到较大提升，设备维护费用有效降低。