ZJ17 卷接機組接裝紙膠位在線微調裝置設計

劉瀾波，劉三星，李華明，韓艷軍

湖南中煙工業(yè)有限責任公司長沙卷煙廠，長沙市雨花區(qū)勞動東路426 號 410007

接裝紙花式涂膠是降低卷煙焦油量的重要方式之一［1-3]。但花式涂膠受接裝紙張力、車速變化等因素的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)因膠位微小偏移而造成煙支漏氣、接裝紙搭口翹邊等質量問題［4]，因此在膠位偏移后必須及時對其進行調整。ZJ17 卷接機組是我國卷煙生產企業(yè)的主力機型，該機組本身無膠位調整裝置［5]，在生產花式涂膠卷煙時，需要停機對膠位進行調整，由此影響設備運行效率和卷煙產品質量。針對此問題，王永峰等［6]設計了PROTOS70 卷接機組控膠輥組合軸承，減少了軸承磨損，改善了膠位偏移情況；張衛(wèi)賓等［7]對YJ29 接裝機供膠裝置控膠輥涂膠區(qū)進行調整，減少了接裝紙搓接質量問題；朱劍凌等［8]研制了無膠區(qū)膠輥對位工裝，提高了膠位偏移后的對位效率；趙龍等［9]分析了預打孔接裝紙涂膠位置發(fā)生偏移的原因；劉長龍等［10]通過對接裝紙涂膠相位偏移故障分析，提出了相應改進措施。但對于膠位偏移在線調整裝置及相關技術研究則鮮見報道。為此，通過對ZJ17 機組接裝紙涂膠方式進行分析，設計了一種接裝紙膠位在線微調裝置，以期降低停機次數(shù)，提高設備有效作業(yè)率。

1 問題分析

接裝紙的涂膠相位主要由涂膠輥至吸紙輪的距離決定。由圖1 可見，在接裝紙導輥支架固定的情況下，涂膠輥至吸紙輪的距離是固定的，一般為575 mm，而涂膠輥在生產時由MAX 主驅動帶動，非獨立驅動，因此涂膠輥的相位在生產時無法進行調整。

圖1 接裝紙涂膠至切割路徑示意圖Fig.1 Schematic diagram of path between tipping paper gluing and cutting

當需要調整涂膠相位時，一種方法是調整上膠輥與下膠輥傳動齒輪的相對位置。由于涂膠輥傳動齒輪齒數(shù)為35，涂膠輥周長為216.7 mm，改變一個齒位的調整距離為1/35 周長，約為6 mm，因此該方法一般用于準備生產時的粗調。另一種方法是通過轉動接裝紙導輥支架進行調整。在生產過程中涂膠后的接裝紙受張力變化及其延伸性的影響，會產生一定的膠位跑動量，計算公式為：

式中：ΔSMAX—膠位跑動量的最大值，mm；S—涂膠輥至吸紙輪的距離，mm；δ—接裝紙的延伸率，%。

取S=575 mm，δ=0.05%～0.70%，δ 取 最 大 值0.70%，則最大膠位跑動量=575×0.70%=4.03 mm。生產中一般采用此方法調整膠位跑動量，但上述兩種方法均需要在停機狀態(tài)下進行調整。

分析可知，轉動接裝紙導輥支架可以改變涂膠輥至吸紙輪之間的距離，要實現(xiàn)接裝紙膠位在線調整，就需要實時調整接裝紙從涂膠輥至吸紙輪之間的路徑長度［11]。接裝紙導輥支架在MAX內部的左上部位，由左導輥、右導輥、支架臂等組成，支架臂中間有圓孔，通過圓孔由鎖緊螺釘將支架臂固定在橢圓振蕩輥軸套上，進而將左導輥和右導輥固定在支架臂上［12]。研究發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)接裝紙導輥支架在線調整有3 種方法：一是分離并移動接裝紙導輥支架中的左導輥；二是分離并移動接裝紙導輥支架中的右導輥；三是繞橢圓振蕩輥轉動支架臂。由于接裝紙導輥支架所在位置決定了微調裝置的操作手柄只能安裝在上部空間，考慮到安裝空間及導輥位置等因素，采用分離并移動支架左導輥的方式較為理想。

2 系統(tǒng)設計

2.1 結構組成

基于杠桿原理及偏心軸結構設計的接裝紙膠位在線微調裝置，主要由連接板、調整擺桿、偏心軸等部件組成，見圖2。設計中將橢圓振蕩輥（A）左側的接裝紙導輥（B）安裝在調整擺桿（C）上，通過轉動MAX 防護罩外面的微調手柄（D），控制調整擺桿（C）動作進而改變接裝紙導輥（B）位置，使涂膠點到滾刀切割點之間的接裝紙路徑長度發(fā)生改變，從而實現(xiàn)不停機調整涂膠相位的功能。

圖2 接裝紙膠位在線微調裝置結構圖Fig.2 Structure of device for on-line fine tuning of glue position

2.2 連接板

連接板固定在設備底板上，其作用是固定微調裝置，為了方便調整左導輥位置，將連接板的固定螺絲孔設計為腰型槽。此外，連接板上還安裝有調整擺桿、偏心軸座等部件。由圖3 可見，調整擺桿利用臺階螺釘作為擺動支點安裝在連接板上，其安裝螺孔到圓心距離a 可視為擺桿動力臂長度，是決定微調行程的因素之一。經(jīng)綜合考慮，取a 值為40 mm。

圖3 連接板結構圖Fig.3 Structure of connecting plate

2.3 調整擺桿

改進后左導輥從接裝紙導輥支架上分離，安裝在調整擺桿上。通過手動操作微調手柄，帶動調整擺桿以臺階螺釘作為支點進行擺動，進而帶動左導輥移動實現(xiàn)膠位調節(jié)。由圖4 可見，左導輥安裝孔圓心到臺階螺釘圓心距離b 是擺桿阻力臂長度，也是決定微調行程的因素之一。經(jīng)綜合考慮，取b 值為79 mm。

圖4 調整擺桿結構圖Fig.4 Structure of adjustable swinging lever

2.4 偏心軸

偏心軸一端與微調手柄相連，另一端圓柱面與調整擺桿U 型槽相切，由此帶動調節(jié)擺桿動作。由圖5 可見，偏心距c 也是決定微調行程的因素之一。經(jīng)綜合考慮，取c 值為3 mm。

2.5 微調裝置工作行程

由于上膠輥和下膠輥傳動齒輪改變一個齒位，膠位可向左或向右偏移約6 mm。由圖6 可見，當轉動微調手柄使擺桿分別移動到左、右極限位置，即相當于擺桿繞支點O 做旋轉運動時，其運行軌跡形成的△OAB 與△ODE 為相似三角形。

圖5 偏心軸結構圖Fig.5 Structure of eccentric shaft

圖6 微調零件幾何尺寸分析圖Fig.6 Geometric dimension analysis of adjustable parts

根據(jù)相似三角形原理，左導輥移動距離LAB的計算公式為：

式中：ROA—阻力臂長度，mm；ROE—動力臂長度，mm；LDE—偏心軸移動距離，mm；LAB—左導輥移動距離，mm。

取ROA=79 mm，ROE=40 mm，LDE=2×3=6 mm，則左導輥的移動距離為：

計算可知，左導輥的運動范圍可達11.85 mm。通過Solidworks 軟件進行運動仿真，擺桿的擺動角度為8.6°，可以滿足膠位偏移不超過一個齒位對應偏移量的要求，從而達到在線調整膠位的目的。

3 應用效果

3.1 試驗設計

材料：“白沙（精品）”牌卷煙（湖南中煙工業(yè)有限責任公司長沙卷煙廠提供）。

設備：ZJ17 卷接機組（常德煙草機械有限責任公司）。

測試方法：為對比使用效果，選取同一臺機組進行微調裝置測試。在接裝紙導輥支架上方的防護板上切割安裝孔安裝操作手柄，觀察膠位調整過程，分別統(tǒng)計改進前后連續(xù)10 個工作日中3 個班次因調整膠位導致的停機次數(shù)及調整時間。

3.2 數(shù)據(jù)分析

3.2.1 膠位調整測試

由圖7 可見，微調裝置可對涂膠相位左右偏移5 mm 的距離進行有效調整。在初始膠位設定后，正常生產中出現(xiàn)的膠位偏移量不會超過±5 mm，因此微調裝置可以滿足實際生產需求。

3.2.2 對比測試

由表1 可見，改進后甲、乙、丙3 個班次由于膠位偏移導致的停機次數(shù)及調整時間均顯著降低，停機次數(shù)由5.1 次/班次減少到0.36 次/班次，調整時間由14.3 min/班次減少到1.35 min/班次。

圖7 涂膠相位調整示意圖Fig.7 Schematic diagram of glue position adjustment

表1 改進前后停機次數(shù)及膠位調整時間對比Tab.1 Frequency of machine stoppage and adjustment time of glue position before and after modification

4 結論

通過對ZJ17 機組接裝紙涂膠過程進行分析，設計了一種接裝紙在線膠位微調裝置，解決了生產花式涂膠卷煙時需要停機調整膠位的問題，實現(xiàn)了膠位實時在線調整。以長沙卷煙廠“白沙（精品）”牌卷煙為對象進行測試，結果表明：該裝置在不停機狀態(tài)下可對±5 mm 范圍內的膠位偏移量進行有效調整，改進后因膠位偏移導致的停機次數(shù)減少4.74 次/班次，膠位調整時間減少12.95 min/班次，有效提高了設備運行效率和卷煙產品質量。