贵州中烟工业有限责任公司遵义卷烟厂
摘要：对我厂ZB45D细支包装机，就商标纸盖舌涂胶方式为机械“涂胶”所导致的“甩胶”及“多胶”等问题进行分析。相较于普支烟，细支烟商标纸盖舌较长，涂胶质量好坏直接关系到最终产品质量。就细支包装机商标纸盖舌涂胶系统进行升级改造，由传统的机械上胶改造为电气“点胶”从而有效的解决生产过程中盖舌上胶时产生的“甩胶”及“多胶”等问题。改造后的上胶系统点胶精准、上胶量均匀、维护方便、节约乳胶、商标纸输送通道不易积胶等优点。
关键词：ZB45D细支包装机；涂胶系统；商标纸盖舌；512-DC-RC PLC
引言
根据我厂生产细支爆珠卷烟的需求，需要将普支包装机改为细支包装机。据了解，较普支烟商标纸不同，细支烟商标纸因盖舌长，商标纸上胶点及输送通道等不同，采用原有通过机械上胶盘对盖舌进行涂胶，生产过程中经常发生胶盘上胶水因离心力作用产生“甩胶”现象，导致盖舌处多胶点、盖舌溢胶、输送通道易积胶垢导致频繁停机、乳胶和商标纸等原辅料消耗居高不下等问题，同时维护保养频繁，调整不方便的缺点。
1.ZB45硬盒包装机组YB45小盒成型机工艺流程简介
如图1所示，烟支经过烟支通道被排列成7-6-7或10-10后进入2号轮包上铝箔纸，在4号轮的内框纸正好包裹在铝箔纸外部进入5号轮；另一侧商标纸库中的商标纸经过输送通道在⑿机械上胶系统处对商标纸盖舌进行上胶，上胶后经过输送带在⒁商标纸两侧上胶系统处进行两侧上胶并进入5号轮包裹没有商标纸的烟包；最后经过7号轮的烘烤后8号轮会将成品的烟包输送到成品输送带上进入下一道工序。
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图1 ZB45硬盒包装机组YB45主机工艺流程
2.盖舌机械上胶存在的问题
2.1）盖舌机械上胶的过程
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图2 盖舌机械上胶原理图
原有上胶系统通过机械上胶盘对盖舌进行涂胶，商标纸在输送带夹持下向前输送，当商标纸到达上胶装置时，通过上胶装置的上胶压轮的压力，迫使商标纸盖舌硬性地将涂胶轮表面附着的乳胶“蹭走”，最后由模盒继续输送至下道工序。图2、图3盖舌位置示意图，盖舌位置位于商标纸的最顶端，细支烟包装纸较普支烟包装纸盖舌更长，如果上胶情况不好更容易出现质量问题。商标纸盖舌上胶装置的涂胶原理如图4，图5为商标纸盖舌上胶流程图。
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图3 盖舌上胶流程图
2.2）盖舌机械上胶带来的影响
（1）胶量无法精确控制产生流胶，造成胶点位置偏移，上胶质量难以保证，在生产过程中由于涂胶轮表面容易堆积乳胶，把大量的乳胶带到小盒上，既浪费乳胶又影响小盒外观质量。
（2）机械上胶方式，乳胶消耗量大。由于储胶盘不是密封的，乳胶暴露在空气中，表面容易干结产生胶皮，两三个小时后就需要人工清理，造成乳胶的浪费。
（3）当上胶处缺少商标纸时涂胶轮依然工作，会将胶打在上胶压轮上，造成通道积胶。
（4）上胶系统需要经常更换胶辊、轴、轴承座、涂胶块、齿轮等零件。
（5）胶辊和储胶盘每天夜班需要专门的人员进行清洗，加大操作工人的劳动强度，储胶盘中剩余的乳胶被冲洗掉，造成乳胶浪费并污染环境。
（6）因商标纸通道容易积胶垢导致频繁停机，商标纸损坏或污染，使商标纸消耗居高不下。
3.改造方向
原上胶系统通过涂胶轮对盖舌进行涂胶，会造成输送通道积胶、商标纸污染和损坏等负面影响。现改造的方向如下
（1）将涂胶轮更换为气缸推动的胶枪，胶枪打胶相较于涂胶轮，上胶点更精准可控，上胶量小且输送通道不易起胶垢；
（2）取消储胶池设计，储胶池暴露在空气中易起胶垢，影响上胶质量，现改为钢丝网骨架胶管连接胶枪，即减少了胶垢的产生，又保证了上胶质量。
（3）增加一个商标纸到位检测和一个盖舌折叠机构动作检测，当上胶处没有检测到商标纸时，胶枪不进行点胶动作，即不污染输送通道，也不污染其他商标纸。
（4）使用PLC进行精准控制，精准控制出胶量，也可以控制点胶动作，操作更方便，快捷。
4.主要器件选型及项目改造
4.1）PLC选型
目前市面上PLC可选型号较多，根据车间常用件PLC库存情况，该系统输入输出点位，选择西门子S7-200及金钟穆勒easy系列512-DC-RC足够，S7-200 PLC在300元人民币左右，且我厂库存充足，但该PLC编程和调整参数不便，需要西门子专门编程软件进行编程和参数调整，如增加HMI，势必又增加了系统的复杂程度。金钟穆勒easy系列512-DC-RC售价在700元人民币左右，同时库存充足，该PLC集编程输入单元、显示单元、储存单元、处理单元、I/O单元于一体。该型PLC可靠性高、编程容易、组态灵活、输入/输出功能模块齐全、安装方便、运行速度快，能够方便快捷的实现编程及控制，比一般可编程序控制器更经济。
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西门子S7-200 PLC 金钟穆勒easy系列PLC
图4 西门子S7-200 PLC与金钟穆勒easy系列PLC示意
4.2）同步开关选型
根据经济性和实际使用场景，以及结合我厂普遍使用检测类型，因商标纸为非金属，且纸较薄，同步开关1（商标纸存在）检测可使用电容式接近开关和光纤放大器开关，而电容式接近开关一般检测距离较短，调整不便，且检测如离商标纸太接近，容易导致误触发、与商标纸干涉，综合考虑安装位置限制及调整方便，选择光纤放大器检测较为合适。同步开关2（点胶触发信号）因采集折叠压板信号，该板为金属，且位置固定，故选择电感式接近开关。
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电感式接近开关
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光纤式检测
图5 电感式接近开关和纤式检测示意
4.3）改造内容
针对以上缺点，对原涂胶系统进行升级改造，新系统由PLC（可编程逻辑控制系统）、供胶管、胶枪、电磁阀、接近开关、光电检测等部分组成。图6为改造前实物图。图7为改造后实物图。
4.3.1）控制系统结构
金钟穆勒easy系列512-DC-RC可编程逻辑控制器，该PLC集编程输入单元、显示单元、储存单元、处理单元、I/O单元于一体。该型PLC可靠性高、编程容易、组态灵活、输入/输出功能模块齐全、安装方便、运行速度快，能够方便快捷的实现编程及控制，比一般可编程序控制器更经济。
4.3.2）PLC梯形图
① I1————I2—TT1
② T1——————[Q1
4.2.3）PLC梯形图详细说明
① 主机在运行时同步开关I1（商标纸存在检测）得电，且同步开关I2（点胶触发信号）得电时时间继电器T1接通，0.02s后时间继电器失电断开，停止点胶。
② T1得电接通，继电器Q1得电，电磁阀得电执行点胶。
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图6 改造前实物图
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图7 改造后实物图
4.3.4）同步开关
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图8 商标纸存在检测
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图9 盖舌折叠机构动作检测
该上胶系统有两个同步开关，图13的同步开关的作用是检测上胶位置有无商标纸，由光纤和放大器组成。目的是当检测到商标纸时才点胶，无商标纸时不点胶。图14的同步接近开关为点胶执行输入信号，当检测到盖舌折叠机构折叠到位时执行点胶动作。两个同步开关的设计，保证系统在满足有商标纸且盖舌折叠机构折叠到位时执行点胶动作，否则不会触发上胶动作，避免了无商标纸时将胶点涂到商标纸盖舌涂胶压板上，产生压板及商标纸通道积胶，污染商标纸、商标纸堵塞等故障。
4.3.5）电磁阀
根据需要选用我厂普遍使用较多的小包及条包美容器使用的费斯托MHE3-MS1H-3型号电磁阀，图15为MHE3-MS1H-3电磁阀实物图，该电磁阀有以下几个优点：
（1）外漏堵绝，内漏易控，使用安全。
（2）系统简单，便接电脑，价格低廉。
（3）动作快递，功率微小，外形小巧。
（4）备件便于统一购买，安装容易，维护简单。
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图10 MHE3-MS1H-3电磁阀实物图
4.3.6）执行系统结构
执行系统包含气缸、胶枪、胶管、机械支撑机构等。根据需要选择合适的型号和材质以满足生产及质量需求。图14为执行系统实物图。
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图11 执行系统实物图
4.3.7）气缸
根据需要选择的气缸型号为SMC的CQ2B20-5S薄型气缸，其中CQ2时薄型气缸，B是通孔标准型，20是气缸缸径，5是气缸行程，S是表示气缸内内置磁环。图17为CQ2B20-5S薄型气缸实物图。这种薄型气缸的优点是：
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图12 CQ2B20-5S薄型气缸
（1）轴向尺寸短，行程短，外形紧凑，输出力大，适合应用于空间狭小的场合中。
（2）结构轻巧，外形美观，能承受较大的横向负载，无需安装附件就可直接安装于各种夹具和专用设备上。
（3）结实耐用，不易损坏，更换方便。
4.3.8）胶枪
胶枪根据实际情况选择的是和我厂的条盒上胶系统相同的上胶枪，此胶枪结实耐用，抗腐蚀，且统一型号便于后期的更换和维护。
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图13 胶枪实物图
4.3.9）胶管
胶管根据需要选择我厂普遍使用的钢丝网骨架胶管，如图17所示，这种胶管有以下优点：
（1）经久耐用，使用寿命长。
（2）抗腐蚀性能好，不易破损。
（3）抗压能力不错，不会出现管身折叠的现象。
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图14 钢丝网骨架胶管实物图
4.3.10）机械支撑机构
因我厂所属行业为食品行业，故经综合考虑机械支撑机构的底座采用原机所带的底座，整个商标纸上胶系统机械支撑机构的支座则选用5.5mm厚的不锈钢钢板，图18为机械支撑机构设计图。不锈钢钢板有以下优点：
（1）耐高温，抗氧化，耐腐蚀，经久耐用。
（2）表面美观，清洁，光洁度高。
（3）不用做表面处理，维护简单。
（4）强度高，不易变形。
（5）焊接性能好。
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图15 机械支撑机构设计图
4.4）供胶系统
供胶系统依旧采用原机自带的供胶系统，但胶管更换为实用性更高的钢丝网骨架胶管，图19为供胶系统实物图。
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图16 供胶系统实物图
5.改造后的运行效果
经过长时间的跟踪使用和记录，该喷胶系统完全可以替代原装置，且上胶质量、效果远好于原系统，且大大节约了乳胶使用量。下列表格为改进前和改进后的乳胶使用情况。
表1 改进前4台细支包装机组乳胶使用情况 3150大箱/月
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表2 改进后4台细支包装机组等效产量乳胶使用情况 3150大箱/月
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此上胶系统与原上胶系统相比优点如下：
（1）保证商标纸上胶质量。因为上胶的动作是通过电气控制的，避免了因零件磨损带来的上胶不均匀，乳胶外溢等问题。另外上胶的位置及胶线长短，可以通过微电子控制器精确调整，从而保证商标纸盖舌上胶质量，避免了市场信息反馈。
（2）原机的涂胶系统不是密封的，胶盘内胶水的多少是通过液面检测开关来当接近开关进行控制，当液面检测开关检测到无胶信号时，就会接通电磁阀进行加胶。而由于胶盘不密封，胶盘的最上层容易结一层干胶，而它不会因胶轮的滚动脱离接近开关的工作范围，使接近开关一直错误认为胶是满的，不加胶，结果导致条盒上涂不上胶，从而造成质量问题。而现在我们的喷胶系统胶桶为全密封的，就不会有干胶出现，在胶桶液位低时系统会显示乳胶液位低。
（3）降低乳胶消耗。由于上胶位置和胶线长短可以通过控制器进行调整，所以商标纸上胶量可以精准控制；该系统乳胶在整个工作过程中，始终处于密封状态，避免了因乳胶表面水分蒸发造成的胶皮和干胶；而且该喷胶系统在平时生产时，不需要清洗，每年只需要停产检修时进行清洗，就避免了因清洗胶辊、储胶池造成的乳胶浪费。
（4）系统控制设计合理可靠。使用的PLC、供胶管、胶枪、电磁阀、同步开关、缺商标纸检测等元件安装合理，就目前观察来看，整套盖舌上胶系统性能稳定可靠。
（5）维修、保养简单，调整方便。盖舌上胶的位置设置方便，通过在操作界面菜单中，按设置键就进入了参数菜单。调整PLC中的参数即可。胶量的大小可以通过调整上胶时间来实现。
（6）减少操作工的劳动强度和节省夜班清洗胶缸及胶棍的时间。因该喷胶系统不容易带胶，输送通道很难积胶，不需要操作工清洁。夜班收尾后，不需要专门人员对胶盘及胶辊进行清洁。还避免了因清洁对环境造成的污染。
（7）该上胶系统设计有商标纸存在检测。当上胶位置没有商标纸时，不会触发上胶动作，避免了积胶现象的产生。
（8）输送通道不再会因为积胶导致通道堵塞，而使商标纸损坏，降低了辅料消耗。
（9）从节约用胶量角度考虑，新型盖舌喷胶系统比原来的机械上胶方式可节约用胶2/3左右。改造后我们做过跟班记录，节约效果有目共睹。
（10）此商标纸盖舌喷胶系统可适用于美式、欧式条盒纸，并可根据用户要求增减喷胶点数量及胶点大小。
6.改造后的经济效益
消除了因上胶不良带来的烟包外观的质量隐患，避免了市场信息反馈；降低了乳胶和商标纸的消耗；节约了大量的人力成本，为操作工节约了大量的生产时间；降低了停机次数，增加了生产效率；为企业降低了生产成本。
7.结论
通过对细支包装机商标纸盖舌上胶系统的改造，消除了商标纸外观的质量缺陷和隐患，并较好的降低了乳胶和商标纸的消耗。且该套喷胶系统效果优于原系统，还可以提高设备效率，降低消耗和生产成本，减少人力、物力的投入，可完全替代原上胶系统，有较高的推广使用价值。并已在贵州中烟公司内生产细支烟的烟厂开展了推广应用。
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