ZJ15—XG卷烟机微剩余盘纸自动拼接系统的研制
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摘要：针对zj15-xg卷接机组盘纸拼接方式为储纸库结构，静态拼接方式，在使用中存在盘纸不能完全耗尽，剩余量较多的弊端，通过增加盘纸测速计数码盘齿数，将盘纸拼接后的剩余量从12-15米降低至5米左右，继而通过增加光电检测元件，分阶段控制盘纸速度等手段，使盘纸从纸圈中完全拉出时再进行拼接，使盘纸最终的剩余量降低至0.5米的最小限度。从而避免了浪费，降低了盘纸消耗，创造了良好的经济效益和社会效益。
ZJ15-XG卷接机组是2002年许昌烟机厂在对原ZJ15机型进行伺服化改造后后推出的主流卷接设备，设备制造能力7000支/分钟，性能与PROTOS70机型大致相当。由于设计的原因，每次拼接完成时，盘纸圈连同附在上面着的十几米盘纸被废弃掉。采用增加盘纸架脉冲触发盘齿数的办法，将盘纸拼接后的剩余量降低至5米左右，继而通过增加光电开关等硬件设施，分阶段控制盘纸运行速度，改变控制模式等改进措施，使盘纸从纸圈中完全拉出时再进行拼接，使盘纸剩余量降低至0.5米的最小限度。
盘纸自动拼接原理
如图1所示：
盘纸通过气动涨紧器固定在2个盘纸架上，一个齿状的圆盘同轴安装在涨紧器的后部，与盘纸内芯直径大致相当，且同步旋转，在2工位盘纸架的后面墙体上，安装有一个感应式传感器，获取齿形圆盘旋转时的触发脉冲所以我们称这为脉冲触发盘。1是备用盘纸工位，2是在用盘纸工位，当自动拼接完成后2工位盘纸架被取出，1工位盘纸可沿导轨移至2号位置，成为在用盘纸。理论上，在盘纸速度即车速恒定的情况下，盘纸直径越小角速度越快，单位时间内接收到的脉冲就越多。系统不断统计每12.8米（对应100根双倍长烟支）盘纸接收到的脉冲个数，并与设定值相比较，来判断是否达到盘纸的直径大小。挑纸臂13可随盘纸张力在滑道内上下移动，给盘纸拖动辊11提供反馈信号，以使供纸速度与烟支卷制速度同步。当盘纸直径小到一定程度，脉冲数达到系统的一个设定值时，盘纸拖动辊11 加速，将一定数量的盘纸贮存纸纸库9中，此时对应的纸盘直径被称为第一直径。随着盘纸直径进一步减少，脉冲数继续增加，在达到到一个新的设定值时，此时对应的纸盘直径被称作第二直径，系统判定盘纸即将耗尽，于是停止盘纸拖动，继而拼接气缸动作，带动割刀和压纸器下行，将旧纸截断，将粘有双面胶的新纸与割断了的旧纸挤压粘合，然后气缸复位，盘纸拖动辊启动，拼接后的新盘纸连同接头加速运行，在挑纸臂的反馈下很快达到与烟支卷制速度同步的动态平衡状态，整个拼接过程完成。
1.存在问题
用接近开关拾取脉冲的方式来检测盘纸直径，再换算成长度，这样的精度并不高，一定毫米纸盘直径时对应的剩余盘纸长度并非线性，在每12.8米盘纸长度对触发脉冲进行计数及清零的方式下，按车速7000支/分，烟支长度64毫米计算，盘纸速度为7.46米/秒，即每1.7秒系统才完成一次盘纸直径的判断，由于盘纸厚度仅为10微米级别，而纸圈为塑料材质，其厚度偏差远在10微米以上，这就造成在系统中设定的第二直径参数固定的情况下，每次拼接时盘纸圈上剩余盘纸并不一样，总是有长有短。实测证明，系统设定的第二直径对应的时脉冲个数只能是160以下，这样拼接时旧纸圈上将会有8-12米左右的剩余盘纸无法利用。再增加设定值时，除个别纸圈上会剩余3-5米盘纸外，绝大多数情况下，盘纸会在加速存纸的过程中跑空而不执行拼接动作。
2.改进方法
2.1.通过增加脉冲触发盘齿数的办法，配套选用更小直径的传感器，
同样的转速下可以获得更多的脉冲个数，以提高系统对盘纸直径检测的精度。根据所选传感器的直径，将脉冲触发盘齿数由20个增加至26个，如图2所示。通过多次试验发现，盘纸第二直径设定值即单位长度所接收到的脉冲数量最高可升高至220个，此时盘纸不会跑空，而拼接后的盘纸剩余量最低可降到3-5米。但用此法功效是有限的，增加脉冲触发盘的齿数，则需要配套更小直径的传感器，而小直径传感器的高速响应能力较低，从而限制了脉冲触发盘齿数的进一步增加，且用此法，盘纸最终仍会有较多剩余。
2.2.经过对盘纸拼接过程的分析，可以看出，如果改变现有控制模
式，在第二直径出现时，暂时不执行拼接流程，而是令盘纸拖动辊11由高速变成慢速运行，直到盘纸从纸盘上轻轻拉断时再执行拼接动作，就可以做到盘纸的全部耗尽了。降速的目的是为了是减少盘纸输送惯性，避免拖纸辊在停止前把从纸圈拉出的盘纸带离拼接区，造成拼接失败，也保证了在拼接动作时拖纸辊能够立即停止。
具体实施方案如下：在盘纸架2右下方增加一个盘纸耗尽光电检测器，为红外发射反射一体式，反射面为行将耗尽的盘纸。改变原控制程序，当触发脉冲个数达到第二直径设定值时，PLC发出指令降速指令，盘纸拖动辊以较低的速度运行直到盘纸从纸圈中拉出断开，光电检测器失去反射信号，系统判定盘纸已经完全耗尽，继而拖纸辊停止运行，拼接气缸动作，完成拼接过程。经过多次细致调校拖纸辊加速与减速时的速度，使加速结束时纸库储纸量正好满足低速运行至拼接动作这一时间段内的盘纸供给需求，确保拼接成功率达到100%。
3.改进效果
原卷接机组盘纸拼接系统，每次拼接完成后，至少有12米以上的盘纸剩余而浪费，通过增加触发脉冲个数和改变拼接程序，使盘纸从纸盘中全部拉出时再进行拼接，将剩余盘纸降低至0.5米以下，基本实现全耗尽。按大多数品牌每卷盘纸4000米计算，单台设备每天两班制生产时，净生产时间20小时计算，将更换盘纸约160个以上，可节约1840米盘纸，两天基本上可以节约一卷盘纸，经济效益和社会效益十分明显。
参考文献：
[1]许昌烟草机械有限责任公司ZJ15-XG卷接机组使用说明书[G]2009
[2]薛铜龙.机械设计基础[M].电子工业出版社.2011
作者简介：乔敬，男，1970.05，河南确山，工程师，研究方向：机电自动化。