李惠峰 羅紅琳 李躍輝 楊曉明 戴妮理

（紅塔煙草（集團）有限責任公司大理卷煙廠，云南 大理 671000）

0 引言

FOCKE350 包裝機是由德國佛克公司生產制造的直包型中速硬盒包裝機，該設備使用乳膠來完成商標、內框紙、鋁紙以及條盒的包裝。為方便補充膠水，F(xiàn)OCKE350 包裝機采用外置大容量壓力膠桶，通過向膠桶輸入壓縮空氣來為設備上的膠缸供應膠水。膠桶體積和重量較大，不易挪動。在設備運行過程中，F(xiàn)OCKE350 包裝機的供膠系統(tǒng)存在添加膠水過程煩瑣、壓力泄露、膠水管路堵塞等問題，影響設備的正常生產[1]。

針對存在問題，該文從設備結構和原理等方面進行分析，尋找解決問題的辦法。查閱相關資料，有以下幾種解決方法：李聚奎增加了一個一級膠缸為二級膠缸供膠，通過向一級膠缸補充膠液，減少二級膠缸供膠停機時間[2]；黃禮剛將膠桶放置于機器內部，使用隔膜泵供膠[3]；欒日新通過改造供膠系統(tǒng)，使用2 個電機驅動供膠泵吸取膠液替代壓力供膠系統(tǒng)[4]；陳瑜通過增加三級控膠裝置及可通過手柄旋轉提升的膠缸，保持膠池中膠水水分[5]。該方法應用較早，能滿足部分需求，經過查閱文獻，沒有完全解決該項目存在問題的方法。

1 結構原理和存在問題

1.1 供膠系統(tǒng)結構原理

FOCKE350 包裝機的供膠系統(tǒng)采用外置壓力膠桶的供膠方式，膠桶容量約45L（如圖1）。供膠系統(tǒng)包括供壓裝置、膠桶、供膠管道以及氣動控制閥等，膠桶和膠桶蓋之間通過橡膠條圍合后形成密封腔體。壓縮空氣通過密封蓋上的進氣閥進入膠桶，并對膠水液面保持適當的恒定壓力。

圖1 供膠系統(tǒng)示意圖

供膠系統(tǒng)的工作原理：當設備上膠缸內的檢測器發(fā)出加膠信號時，系統(tǒng)控制氣動控制閥開啟，膠桶內的膠液在壓力作用下通過供膠管路和控制閥輸送到膠缸；當膠缸內膠水達到正常要求時，檢測器發(fā)出停止信號，系統(tǒng)控制氣動控制閥關閉，切斷供膠管路中正在輸送的膠水[6]。

1.2 存在問題

從結構和原理分析可以看出，供膠系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性受到乳膠質量、壓力大小、密封材料的性能等因素的影響。通過長期生產實踐觀察，F(xiàn)OCKE350 包裝機的供膠系統(tǒng)在使用過程中存在一些不足。

1.2.1 金屬壓力膠桶存在的不足

金屬壓力膠桶存在的不足：1）金屬膠桶桶蓋必須卸壓后才能啟開，啟開時須拆開5 個專用鎖緊螺栓；在添加膠水結束關閉膠桶后蓋再裝回專用鎖緊螺栓，整個過程較為煩瑣，如動作不及時就會造成停機。2）膠桶容量達45L，加滿膠水后可使用較長時間，如設備停機時間過長，膠桶內膠水不能及時使用完，就可能會產生沉淀物，影響膠水質量或造成管路堵塞。3）金屬膠桶重量過重，加滿膠水不易挪動，加大了維護保養(yǎng)的工作量。

1.2.2 壓力供膠方式存在的不足

壓力供膠方式存在的不足：1）供膠系統(tǒng)長期處于高壓狀態(tài)，管道接頭處易出現(xiàn)膠水泄漏。2）膠桶和桶蓋結合處使用橡膠條進行密封，易損壞或老化使壓力泄露造成膠水供給不穩(wěn)定。3）壓縮空氣進入膠桶后直接向膠液頂部加壓，頂部膠液長時間接觸壓縮空氣容易結皮，進入供膠管路后造成堵塞。以上問題造成了設備生產連續(xù)性的中斷，影響了設備效率，降低了供膠系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，同時增加了維護保養(yǎng)的成本。

2 方案設計

2.1 膠水吸取裝置的研制

原來的供膠系統(tǒng)因長期處于高壓狀態(tài)，管道內壁負荷較大，管路接頭處易出現(xiàn)膠水泄漏。因此對供膠系統(tǒng)的供膠方式進行改進，將供膠方式由“壓”改為“吸”，重新研制膠水吸取裝置。膠水吸取裝置如圖2 所示，由膠液入口座、桶蓋、膠管接頭、手柄、觀測孔和液位檢測裝置組成。膠管接頭通過膠管與隔膜泵連接，隔膜泵為吸膠提供動力。

圖2 膠水吸取裝置結構示意圖

膠水吸取裝置的桶蓋主體外形為圓形，桶蓋上有圓形透明觀測孔，同時安裝吸取膠水的膠液入口座和膠管接頭，以及用于檢測膠水量多少的超聲波液位檢測裝置和方便提拿的手柄，通過螺釘固定在桶蓋上。

與膠水吸取裝置配合使用的是膠水供應廠家提供的成品桶裝乳膠，替換了原來的金屬壓力膠桶。供貨商提供的乳膠桶為塑料材質，高度380 mm，直徑300 mm，膠水容量為20 L，使用完直接更換新的桶裝膠水，無須清洗舊膠桶。

2.2 膠液入口座采用止回閥設計

FOCKE350 包裝機在實際生產過程中，供膠系統(tǒng)的膠水供應速度是大于設備上涂膠裝置的膠水消耗速度的，所以隔膜泵將膠水吸出供送到膠缸的過程是間斷的，有一定的時間間隔。當隔膜泵吸出膠水并供送給膠缸后動作停止，到下一次開始吸膠這段時間，為避免膠管中的膠水出現(xiàn)回流現(xiàn)象，因此將膠液入口座設計成單向流體控制的結構（如圖3 所示）。

圖3 膠液入口座結構示意圖

所設計的膠液入口座由止回閥體、錐形孔、鋼球、進膠口和限位螺釘組成。止回閥體的上部加工有螺紋與膠管連接，鋼球與錐形孔配合，可有效防止膠水回流。

當膠缸中的檢測監(jiān)測到膠水低于設定位置時，發(fā)出信號由系統(tǒng)控制隔膜泵動作，將膠桶中的膠水從止回閥體的進膠口吸入。膠水和錐形孔處的鋼球在隔膜泵的吸力作用下一起向上方移動。鋼球向上移動到一定位置就被限位螺釘擋住，而膠水不受影響，繼續(xù)由隔膜泵從膠管吸出并供送到膠缸。當膠缸中膠水存量達到要求時系統(tǒng)控制隔膜泵停止吸膠動作，吸力中斷，鋼球靠自重下落并堵住錐形孔，防止膠管中的膠水回流，保證了膠管中的膠量保持充足狀態(tài)[7]。

2.3 超聲波乳膠液位檢測裝置的使用

在FOCKE350 包裝機的生產過程中，使用超聲波液位檢測裝置，可以及時、準確地將膠桶內膠水具體的剩余量通過顯示屏顯示出來。超聲波液位檢測裝置包括超聲波發(fā)射接收器、安裝座和數據接頭（如圖4 所示）。超聲波發(fā)射接收器上端通過螺紋與安裝座連接，安裝座外形為圓柱形，安裝座的下端設置臺階和螺紋，安裝座的上端安裝數據接頭，可進行數據線的連接。數據線與顯示屏連接后，可以實時顯示膠桶內膠水的剩余量。

圖4 超聲波液位檢測裝置結構示意圖

超聲波液位檢測裝置對液面的檢測要素如下：量程為該裝置的檢測最大范圍，測量距離為超聲波發(fā)射接收器到當前液面的距離，顯示距離為桶內膠水的實際高度（如圖5），即顯示距離=量程-測量距離。

圖5 超聲波液位檢測裝置原理示意圖

2.4 超聲波膠位檢測程序

Focke350 新超聲波膠位檢測算法與程序，在西門子程序中，將超聲波膠水檢測的模擬量輸入接入相應的西門子模擬量模塊，然后在程序中將模擬量PIW84 通過模擬量轉化，轉化成為實際的膠水液位值，該膠水液位值用于控制系統(tǒng)人機界面上的顯示以及報警，當該液位低于設定的膠水液位高度時，報警膠水少，且在人機界面上有空桶顯示等。通過調整參數可以調整超聲波液位檢測在人機界面上的顯示，可以調整顯示的圖示的大小，以及在不同的液位下顯示出不同的顏色以用于警示膠水高度。

2.5 膠水吸取供應裝置原理圖

由膠水吸取裝置、隔膜泵、供膠管路和膠桶及膠缸組成的膠水吸取供應裝置（如圖6），將供膠方式由“壓”改為“吸”，膠水吸取裝置的膠管接頭通過膠管與隔膜泵連接，隔膜泵為吸膠提供動力。在生產過程中，當膠缸內的檢測器發(fā)出加膠信號時，系統(tǒng)控制隔膜泵動作，將膠桶內的膠液吸出，再通過供膠管路輸送到膠缸；當膠缸內膠水達到正常要求時，檢測器發(fā)出停止信號，系統(tǒng)控制隔膜泵停止吸膠動作，斷開供膠管路中正在輸送的膠水。

圖6 膠水吸取供應裝置原理示意圖

改進的膠水吸取供應裝置，使用超聲波液位檢測裝置對膠桶內的膠水液面進行監(jiān)測，可以及時、準確地將膠桶內的膠水剩余量通過顯示屏顯示出來，同時液位檢測安裝在桶蓋上，不與膠水接觸，極大地提高了液位檢測工作的穩(wěn)定性和準確性；同時，通過透明的觀測孔也可以清楚地觀察膠水液位的狀態(tài)。膠液入口座的止回閥設計，可防止膠水回流，使膠管內時刻保持膠水充足狀態(tài)。在設備發(fā)出加膠信號時，能夠快速及時地將膠水從膠桶吸出并供送到膠缸。

3 改進效果

在生產過程中設備顯示屏上提示需要補充膠水時，先取下新的白乳膠桶的密封蓋，將膠水吸取裝置從舊膠桶中提起再放到新膠桶上即可開始工作，操作過程簡單、方便、快捷。膠水使用完后直接更換新的20L 桶裝膠水，無須清洗舊膠桶，解決了原來金屬膠桶長期使用容易在桶蓋邊緣形成膠垢，進入管路后造成堵塞的問題。同時，20L 桶裝膠水的使用時間與原來相比減少了，避免了膠水長時間未使用完容易出現(xiàn)沉淀或產生質量變化的情況，并且塑料膠桶比金屬膠桶體積小、重量輕、移動方便，降低了維護和清洗保養(yǎng)的工作強度。

膠水吸取供應裝置的研制，將供膠系統(tǒng)的供膠方式由“壓”改為“吸”，膠桶不會出現(xiàn)壓力泄露的情況。通過隔膜泵提供穩(wěn)定均衡的吸力以及入口止回閥設計，能夠保證膠水在供應過程中的穩(wěn)定性。同時吸取膠水的壓力較小，管道不會長時間處于高壓狀態(tài)，不易出現(xiàn)漏膠現(xiàn)象，增加了供膠管路的使用壽命。

4 結語

膠水吸取供應裝置的研制，改進了供膠系統(tǒng)的供膠方式，簡化了膠水更換過程，保證了生產的連續(xù)性。低壓、穩(wěn)定的吸膠方式彌補了設備上供膠系統(tǒng)存在的不足，極大地提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，保證了設備效率的發(fā)揮。膠水吸取供應裝置具有良好的工作性能，維修保養(yǎng)較為簡單，使用壽命長。同時該裝置桶蓋主體形狀大小適用于標準包裝膠水桶（桶的規(guī)格為桶底直徑280 mm，桶口直徑300 mm，桶高380 mm，容積20 L），可以推廣至有流體吸取需求的行業(yè)，安裝簡便，可移植性強。