1. 引言
为了提质增效，我厂引进了硬包高速设备ZB48A机组，是中国烟草总公司引进德国FOCKE公司的硬盒硬条包装机组技术。其主机YB48A小盒包装机是国产先进的高速硬包设备，生产能力达700包/分钟，自动化程度高，是我厂卷包车间的核心生产设备。YB48A小盒包装机采用两套商标纸上胶系统，对商标纸中间部位采用电控喷胶，对商标纸两侧边部位采用胶缸涂胶。设备运行过程中，喷胶装置一旦故障，就会产生大量铝包粘贴不良等质量缺陷的产品，每次都必须立刻停机对喷胶装置进行清洁，影响产品质量的同时破坏了生产的连续性，增加劳动强度。
2. 问题分析
2.1. 喷胶装置分析
喷胶装置有三个工作位置，如图1所示：A位置为工作位置；B位置为测试位置；C位置为待机或清洁位置。在机器启动前，喷胶嘴位于待机或清洁位置。当机器启动后，喷胶嘴就移动到测试位置，并短暂地向胶水收集槽中试喷胶水，以确保商标纸上的喷胶量正确。然后，喷胶嘴移动到其工作位置，向输送到位的商标纸喷射胶点。如果机器停机超过约5秒，则喷胶嘴要移动回待机或清洁位置，在此，一个旋转的吸水海绵辊对喷胶嘴进行清洁[1]。
Figure 1. Schematic diagram of the working position of the glue spraying device
图1. 喷胶装置工作位置示意图
2.2. 喷胶装置故障分析
2.2.1. 喷胶点缺失
开班前喷胶嘴堵塞，需对其彻底清洗，每天早班开班前都存在喷胶嘴严重堵塞，清洗喷胶嘴花费时间少则10多分钟，多则半个小时后才能正常喷胶。严重影响设备运行效率。
设备运行中喷胶嘴频繁堵塞，每次发现都必须立刻停机对其进行清洁。喷胶嘴堵塞会导致商标纸中间部位无胶点或部分无胶点，造成烟包内铝包粘贴不良和盒盖内折边粘贴不良等严重质量缺陷。
2.2.2. 喷胶点位控制失效
喷胶点位偏移最大极限范围，造成商标纸折叠后胶点溢出，污染烟包的同时使商标输送导轨、商标折叠通道附着胶液，致使商标纸输送堵塞和商标纸折叠不良，影响机台生产效率的同时进一步加剧质量风险。
随机抽取1000包烟包，查看其喷胶点位置平均偏移值，持续跟踪两周，统计数据如表1、图2所示。
Table 1. Statistical table of offset values of adhesive spraying point positions
表1. 喷胶点位置偏移值统计表
日期 |
侧耳胶点 |
左侧胶点 |
右侧胶点 |
顶端胶点 |
底部胶点 |
第1日 |
0.19 |
0.19 |
0.37 |
0.07 |
−0.08 |
第2日 |
−0.16 |
0.36 |
0.34 |
0.05 |
−0.09 |
第3日 |
−0.19 |
−0.38 |
0.08 |
−0.04 |
0.18 |
第4日 |
−0.08 |
−0.19 |
0.22 |
0.16 |
−0.09 |
第5日 |
0.19 |
−0.37 |
0.12 |
0.20 |
−0.14 |
第6日 |
−0.09 |
−0.24 |
−0.27 |
0.01 |
0.12 |
第7日 |
0.07 |
0.17 |
−0.10 |
0.20 |
−0.16 |
第8日 |
0.01 |
0.17 |
−0.14 |
−0.01 |
0.13 |
第9日 |
0.05 |
0.35 |
0.04 |
0.11 |
0.17 |
第10日 |
−0.10 |
−0.13 |
−0.20 |
−0.03 |
−0.15 |
第11日 |
0.10 |
−0.28 |
−0.23 |
−0.02 |
−0.18 |
第12日 |
0.08 |
−0.12 |
0.19 |
−0.02 |
−0.08 |
第13日 |
0.10 |
0.40 |
−0.03 |
−0.09 |
−0.14 |
第14日 |
−0.18 |
−0.40 |
0.04 |
0.09 |
−0.04 |
Figure 2. Statistical chart of offset values of adhesive spraying point positions
图2. 喷胶点位置偏移值统计图
工艺标准要求喷胶位置应为±0.3 mm，可以看出左侧、右侧喷胶点位置超出±0.3 mm的标准要求，不符合要求。
2.2.3. 喷胶量控制失效
喷胶量过小，易造成烟包内铝包粘贴不良和盒盖内折边粘贴不良等质量缺陷；喷胶量过大，同样会造成商标纸折叠后胶点溢出，污染烟包的同时使商标输送导轨、商标折叠通道附着胶液，致使商标纸输送堵塞和商标纸折叠不良，影响机台生产效率的同时进一步加剧质量风险。
对车间一台YB48A小盒包装机进行为期四周的因喷胶装置造成质量缺陷或故障停机统计，统计数据如表2所示：
Table 2. Statistical table of quality defects or fault shutdowns
表2. 质量缺陷或故障停机统计表
时间 类型 |
第一周 |
第二周 |
第三周 |
第四周 |
总计 |
质量缺陷(包) |
121 |
125 |
118 |
128 |
492 |
故障停机(min) |
220 |
225 |
218 |
222 |
885 |
2.3. 故障原因分析
2.3.1. 电控方面原因
当前控制电路为一颗C8051F015芯片产生PWM波控制一组由N10L26MOS管组成的H桥电路驱动电磁阀的开启闭合，从而实现对喷胶喷射与停止的控制。
通过对N10L26MOS管参数的研究可以发现，该MOS管的栅极寄生电容量为90 nC/10 V = 9 nF，串连10 k放电电阻后，考虑米勒平台影响，其放电时间约为0.09 ms，连接10 k充电电阻后，预估充电时间为0.09 ms，充放电时间为0.18 ms，工作频率为5.5 KHz。因此我们需要找到一个工作频率更高的替换电路，按照电路选型标准，我们需要预留30%以上的富余保证系统稳定性，因此需要寻找一个工作频率在7.2 KHz以上的电路替代原电路[2]。
2.3.2. 机械方面原因
喷胶装置工作位置、测试位置、待机或清洁位置的位置调整和喷胶装置胶液压力不符合要求，导致设备高速运行时，喷胶装置的工作状态与设备转速不匹配[3]。
YB48A原喷胶装置缺少限位机构，机组断电断气后，喷胶装置控制气缸失效，导致喷胶嘴在待机或清洁位置时不能一直紧靠吸水海绵辊，造成喷胶嘴胶液干结，堵塞喷胶嘴。
3. 设计解决方案与实施
3.1. 改进控制电路
经过调研，查询到MC500型电路(如图3所示)可以满足控制需求，该电路具有8路电磁阀控制输出，且通信接口与ZB48A兼容，电路工作频率达到10 KHz，满足富余30%的电路设计要求，将该电路接入机器中替代原电路，可以实现对喷胶嘴控制精度的提升。
3.2. 优化自动清洁装置
调整喷胶装置工作位置，如图4所示：喷胶装置工作位置的转动通过挡块来限制。对挡块只能有轻微的作用力。通过移动活塞连杆来调整作用力大小。喷胶嘴3到商标纸4的距离“X1”等于3 ± 1 mm。
Figure 3. MC500 circuit
图3. MC500型电路
Figure 4. Schematic diagram of adhesive spraying device adjustment
图4. 喷胶装置调整示意图
调整喷胶装置测试位置，如图4所示：当在测试位置时，胶水应当喷洒在胶水收集槽2的倾斜板上，从板上再流到槽体中。
调整喷胶装置待机或清洁位置，如图4所示：当在待机和清洁位置时，喷嘴应略微压入清洁辊子“X2”约1~2 mm。
根据我车间使用的胶水型号，我们将胶水供应装置减压器上的胶水压力调整为5 bar，将在过滤站和控制站的压力调节器上的喷胶嘴的工作压力调整为2.2~3.1 bar，压力开关上的胶水压力必须在1.9 bar (最小压力)到3.3 bar (最大压力)之间。如果低于最小压力或高于最高压力，则机器停机。因为压力开关有切换滞后。如果压力下降到低于1.9 bar，则在机器能够重新启动前，必须首先使其压力最低达到2.2 bar。如果最大压力超过3.3 bar，则须首先使其压力降为3.1 bar，这样才能够重新启动机器[4]。
设计制作限位机构，如图5~7所示，保证设备在夜班生产结束断电断气后，喷胶装置在待机或清洁位置喷胶嘴能始终与吸水海绵辊保持良好接触，防止喷胶嘴胶液干结造成堵塞。
Figure 5. Engineering drawing of the limiting mechanism 1
图5. 限位机构工程图1
Figure 6. Engineering drawing of the limiting mechanism 2
图6. 限位机构工程图2
Figure 7. Physical diagram of the limiting mechanism
图7. 限位机构实物图
4. 应用效果
完成控制电路改进和优化自动清洁装置后，对改进后的喷胶装置进行1个月的试运行，喷胶装置运行稳定，喷胶点缺失、喷胶点位控制失效、喷胶量控制失效等故障出现频率大大降低，且限位机构能保证设备在夜班生产结束断电断气后，喷胶装置在待机或清洁位置喷胶嘴能始终与吸水海绵辊保持良好接触。
首先对车间一台YB48A小盒包装机进行改造，进行为期四周的因喷胶装置造成质量缺陷或故障停机统计，统计数据如表3所示：
Table 3. Statistical table of shutdowns due to quality defects or failures
表3. 质量缺陷或故障停机统计表
时间 类型 |
第一周 |
第二周 |
第三周 |
第四周 |
总计 |
质量缺陷(包) |
12 |
11 |
15 |
10 |
48 |
故障停机(min) |
18 |
20 |
17 |
19 |
74 |
因喷胶装置故障造成质量缺陷数改进后较改进前减少：
(492 − 48)/492 * 100% = 90.24%。
因喷胶装置故障造成故障停机时间改进后较改进前减少：
(885 − 74)/885 * 100% = 91.64%。
5. 结语
本次改进，较为彻底地解决了YB48A小盒包装机商标纸喷胶装置故障频繁的问题，极大改善因喷胶装置故障造成的烟包质量缺陷与设备频繁停机现象，减少了原辅材料消耗，降低了劳动强度，提高了设备运行效率，降低了烟包内铝包粘贴不良和盒盖内折边粘贴不良等质量缺陷90.24%，降低因喷胶装置故障造成的停机时间91.64%，YB48A小盒包装机在较多工厂均有使用，可为遇到此类问题的卷烟工厂提供成功经验。