姜冬子，王金晨，陳仁華，王樹坡，宋慧星，石 峰，王新軍

山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠，濟(jì)南市高新區(qū)科航路2006號(hào) 250104

ZJ112卷接機(jī)組是引進(jìn)德國HAUNI公司PROTOS 90E卷接技術(shù)生產(chǎn)制造的國產(chǎn)高速機(jī)組，設(shè)計(jì)能力為10 000支/min，主要由YJ112卷煙機(jī)和YJ212接裝機(jī)組成。煙支長度調(diào)節(jié)裝置是YJ212接裝機(jī)靠攏鼓輪的組成部分，其作用是在煙支長度出現(xiàn)偏差時(shí)對(duì)煙支長度進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于設(shè)備振動(dòng)等原因，該裝置上的鎖緊螺釘容易松動(dòng)，導(dǎo)致生產(chǎn)的煙支長度出現(xiàn)偏差，進(jìn)而造成煙支質(zhì)量不合格等問題。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中需要經(jīng)常對(duì)煙支長度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行停機(jī)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)間每次約10 min，影響了設(shè)備運(yùn)行效率。近年來針對(duì)ZJ112卷接機(jī)組已有較多研究和改進(jìn)，王金晨等［1-2］設(shè)計(jì)了ZJ112卷接機(jī)組電機(jī)電流采集系統(tǒng)以及卷煙紙、濾棒計(jì)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)故障預(yù)測(cè)，降低了材料消耗；姜冬子等［3-5］改進(jìn)了最終分切鼓輪切割機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了搓板和SE煙條輸送通道自動(dòng)清潔裝置，提高了設(shè)備有效作業(yè)率；文德明等［6］改進(jìn)了電氣控制系統(tǒng)，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對(duì)煙支長度調(diào)節(jié)也有相關(guān)研究報(bào)道，陳祝磊［7］設(shè)計(jì)了YJ27接裝機(jī)靠攏鼓輪定位量規(guī)，提高了煙支長度調(diào)節(jié)的精度和速度；蘇鈴［8］改進(jìn)了YJ27接裝機(jī)靠攏鼓輪，降低了煙支長度出現(xiàn)偏差次數(shù)；曾峰等［9］改進(jìn)了卷煙設(shè)備煙支規(guī)格切換方法，減少了煙支長度調(diào)節(jié)時(shí)間。由于YJ212接裝機(jī)煙支長度調(diào)節(jié)裝置與YJ27接裝機(jī)差別較大，上述研究結(jié)果無法在YJ212接裝機(jī)上直接應(yīng)用。為此，通過對(duì)靠攏鼓輪工作原理進(jìn)行分析，對(duì)YJ212接裝機(jī)煙支長度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行改進(jìn)，以期減少設(shè)備維修勞動(dòng)強(qiáng)度，提高卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。

1 問題分析

1.1 工作原理

煙支在卷制過程中，經(jīng)過煙絲束成型、煙條成型、被切割成雙倍長煙支等工序，通過蜘蛛手機(jī)構(gòu)傳送，由接裝機(jī)將雙倍長煙支一切為二并分離，在兩支煙之間放入濾嘴段，同時(shí)在靠攏鼓輪上粘結(jié)接裝紙片，經(jīng)搓接成型后再切成兩支符合規(guī)格長度的濾嘴煙支；然后由調(diào)頭鼓輪把雙排濾嘴煙支調(diào)整為濾嘴方向一致的單排濾嘴煙支，經(jīng)系統(tǒng)檢測(cè)后剔除不合格煙支；最后將成品濾嘴煙支輸出接裝機(jī)，傳送給煙支儲(chǔ)存輸送裝置。

靠攏鼓輪的作用是將“組煙”中的3段相互靠攏并與機(jī)器中線對(duì)正，然后將切紙輪上已涂有膠水的接裝紙片粘貼在“組煙”上?？繑n鼓輪主要由鼓輪、浮圈裝置和內(nèi)、外托紙針塊等部件組成，見圖1。浮圈裝置由浮圈和煙支長度調(diào)節(jié)裝置組成，浮圈可以使“組煙”中的煙支與雙倍長濾嘴段相互靠攏，兩浮圈之間的最窄距離即為雙倍長煙支長度；煙支長度調(diào)節(jié)裝置安裝在靠攏鼓輪上方，通過前、后壓緊桿上的滾輪壓緊靠攏鼓輪上的浮圈，將兩側(cè)煙支推向鼓輪中間，與雙倍長濾嘴段靠攏，進(jìn)而對(duì)煙支長度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖1 靠攏鼓輪示意圖Fig.1 Schematic diagram of closer drum

1.2 存在問題

生產(chǎn)中當(dāng)煙支長度出現(xiàn)偏差時(shí)，需要對(duì)煙支長度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，該裝置結(jié)構(gòu)見圖2。在調(diào)節(jié)過程中存在以下問題：①煙支長度出現(xiàn)偏差時(shí)需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩浮圈位置，在調(diào)節(jié)過程中存在相互干涉現(xiàn)象。②裝置上的鎖緊螺釘容易產(chǎn)生松動(dòng)，導(dǎo)致煙支長度出現(xiàn)偏差。③通常依靠人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)煙支長度，沒有參考量值，因此需要反復(fù)調(diào)節(jié)，操作繁瑣，調(diào)節(jié)時(shí)間長。④該結(jié)構(gòu)無自動(dòng)清潔裝置，導(dǎo)致煙末容易進(jìn)入接裝紙與煙支卷煙紙之間，產(chǎn)生夾末煙支；煙末還會(huì)進(jìn)入調(diào)節(jié)螺桿與螺母之間的縫隙，造成螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，增加煙支長度調(diào)節(jié)難度。

2 改進(jìn)方法

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 改進(jìn)前煙支長度調(diào)節(jié)裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of cigarette length adjusting device before modification

改進(jìn)后煙支長度調(diào)節(jié)裝置主要由彈簧定位裝置、齒軸式調(diào)節(jié)螺桿、主軸、吹氣裝置等部件組成，見圖3。該裝置由主軸（7）和鎖緊塊（1）固定，通過前調(diào)節(jié)支架（5）和后調(diào)節(jié)支架（3）固定前調(diào)節(jié)螺桿（9）和后調(diào)節(jié)螺桿（8），前調(diào)節(jié)螺桿（9）轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)前壓緊桿（6）沿軸向移動(dòng)，進(jìn)而通過滾輪（12）調(diào)節(jié)前浮圈位置；后調(diào)節(jié)螺桿（8）轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)后壓緊桿（2）沿軸向移動(dòng)，進(jìn)而通過滾輪（12）調(diào)節(jié)后浮圈位置；前調(diào)節(jié)螺桿（9）和后調(diào)節(jié)螺桿（8）可通過標(biāo)注在壓緊板（4）上的刻度進(jìn)行量化調(diào)節(jié)。

圖3 改進(jìn)后煙支長度調(diào)節(jié)裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of cigarette length adjusting device after modification

2.2 彈簧定位裝置

為解決鎖緊螺釘容易松動(dòng)等問題，設(shè)計(jì)了一種彈簧定位裝置，由調(diào)節(jié)螺桿（1）、定位塊（2）、定位鋼珠（3）、壓縮彈簧（4）和頂絲（5）等組成，見圖4。改進(jìn)后齒輪軸與彈簧定位鋼珠配合使用，在前、后調(diào)節(jié)螺桿與調(diào)節(jié)支架配合處各加裝一個(gè)彈簧定位鋼珠，通過彈簧定位鋼珠與齒輪軸的嚙合，固定前、后調(diào)節(jié)螺桿的相位。調(diào)節(jié)完畢后，鋼珠下落在齒槽內(nèi)，避免設(shè)備振動(dòng)及人為因素對(duì)調(diào)節(jié)裝置產(chǎn)生影響，保證調(diào)節(jié)螺桿不松動(dòng)。

圖4 彈簧定位裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of spring positioning device

2.3 齒軸式調(diào)節(jié)螺桿

根據(jù)靠攏鼓輪安裝位置及結(jié)構(gòu)尺寸，將原前后調(diào)節(jié)螺母的同軸模式改為雙軸模式，并將前后調(diào)節(jié)螺桿分別安裝在兩個(gè)軸上，避免前、后調(diào)節(jié)螺母在調(diào)節(jié)過程中相互干涉。其中，前調(diào)節(jié)螺桿總長度為110 mm，后調(diào)節(jié)螺桿總長度為235 mm，前后調(diào)節(jié)螺桿直徑均為10 mm，螺紋為M8×1 mm，調(diào)節(jié)螺桿定位齒槽數(shù)量為10個(gè)，見圖5。

2.4 主軸

為保證裝置的穩(wěn)定可靠，對(duì)主軸進(jìn)行了校核。改進(jìn)后主軸的彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足：

式中：σca為改進(jìn)后主軸承受的彎曲應(yīng)力，MPa；［σ-1］為主軸的許用彎曲應(yīng)力，MPa，具體數(shù)值可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［10］。

圖5 調(diào)節(jié)裝置前后調(diào)節(jié)螺桿尺寸圖Fig.5 Sizes of front and rear adjustment screws of adjusting device

改進(jìn)后主軸承受的彎曲應(yīng)力計(jì)算公式為：

式中：Mca為主軸所受的當(dāng)量彎矩，N·mm；W為危險(xiǎn)截面抗扭截面系數(shù)，mm3；M為主軸所受的彎矩，N·mm；α為將扭矩折合為當(dāng)量彎矩的折合系數(shù)；T為主軸所受的扭矩，N·mm；d為改進(jìn)后的主軸直徑，mm。

根據(jù)改進(jìn)后主軸尺寸和質(zhì)量，主軸所受的彎矩M約為4 800 N·mm，折合系數(shù)α取值0.6，因主軸不承受扭矩T為0，主軸直徑d為20 mm，利用公式（2）（3）（4）計(jì)算可得：

主軸材料為45鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［10］查得［σ-1］=60 MPa，所以σca＜［σ-1］，滿足公式（1），因此主軸設(shè)計(jì)符合要求。

2.5 壓緊板標(biāo)注刻度

為解決調(diào)節(jié)煙支長度時(shí)無參考量值等問題，根據(jù)齒軸調(diào)節(jié)螺桿尺寸、彈簧定位裝置設(shè)計(jì)了壓緊板，尺寸為53 mm×19 mm，并按照齒軸調(diào)節(jié)螺桿上的10個(gè)定位槽，在壓緊板上標(biāo)注10個(gè)刻度，見圖6。選用M8×1 mm的細(xì)牙螺距作為齒軸調(diào)節(jié)螺紋，調(diào)節(jié)螺桿每旋轉(zhuǎn)一周，調(diào)節(jié)支架滾輪控制浮圈移動(dòng)一個(gè)螺距，即調(diào)節(jié)煙支長度時(shí)，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)刻度（移動(dòng)一個(gè)齒槽），煙支長度變化1/10 mm（0.1 mm）。通過壓緊板上的刻度，能清晰地看到前后調(diào)節(jié)螺桿旋轉(zhuǎn)刻度以及調(diào)節(jié)煙支長度范圍。

圖6 壓緊板標(biāo)注刻度示意圖Fig.6 Schematic diagram of scale marking on compression plate

2.6 吹氣裝置

圖3可見，改進(jìn)后在主軸（7）的中間位置通過氣管支架（10）加裝了氣管（11），對(duì)靠攏鼓輪上方的煙末進(jìn)行吹氣清理，防止煙末粘附在接裝紙片上，從而有效清潔調(diào)節(jié)裝置表面的煙末，提高卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：“泰山（紅將軍）”牌卷煙（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠提供）。

設(shè)備：ZJ112卷接機(jī)組（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

方法：①ZJ112機(jī)組生產(chǎn)速度設(shè)定為9 500支/min，分別統(tǒng)計(jì)改進(jìn)前后3個(gè)月煙支長度出現(xiàn)偏差次數(shù)；②當(dāng)煙支長度出現(xiàn)偏差時(shí)，分別統(tǒng)計(jì)改進(jìn)前后煙支長度調(diào)節(jié)時(shí)間，重復(fù)5次；③ZJ112卷接機(jī)組生產(chǎn)速度設(shè)定為9 500支/min，煙支長度調(diào)節(jié)裝置改進(jìn)前后每10 min取樣一次，每次取樣1 000支，重復(fù) 10 次，按照 GB/T 5606.3—2005［11］的要求對(duì)煙支質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算煙支夾末率。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可見，設(shè)備正常運(yùn)行3個(gè)月中煙支長度出現(xiàn)偏差次數(shù)由改進(jìn)前的13次減少到2次，減少84.6%，有效提高了設(shè)備有效作業(yè)率。

由表2可見，當(dāng)煙支長度出現(xiàn)偏差時(shí)，煙支長度每次調(diào)節(jié)時(shí)間由改進(jìn)前的8.7 min減少到2.9 min，減少66.7%，提高了設(shè)備維修效率。

表1 改進(jìn)前后煙支長度出現(xiàn)偏差次數(shù)對(duì)比Tab.1 Frequency of cigarette length deviation before and after modification （次）

表2 改進(jìn)前后煙支長度調(diào)節(jié)時(shí)間對(duì)比Tab.2 Time needed for cigarette length adjusting before and after modification （min）

由表3可見，煙支夾末率由改進(jìn)前的0.77%降低到0.25%，降低67.5%。通過增加吹氣裝置對(duì)靠攏鼓輪附近的煙末進(jìn)行清潔，有效降低了煙支夾末率，提高了卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。

表3 改進(jìn)前后煙支夾末率對(duì)比Tab.3 Percentage of dust-sandwiched cigarette before and after modification

4 結(jié)論

通過設(shè)計(jì)彈簧定位裝置、改進(jìn)齒軸式調(diào)節(jié)螺桿和主軸、在壓緊板上標(biāo)注刻度、增加吹氣裝置等方法，對(duì)YJ212接裝機(jī)煙支長度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，有效解決了原裝置調(diào)節(jié)過程中相互干涉、鎖緊螺釘易松動(dòng)、調(diào)節(jié)時(shí)間長、煙支夾末率高等問題。以濟(jì)南卷煙廠生產(chǎn)的“泰山（紅將軍）”牌卷煙為對(duì)象，對(duì)煙支長度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：改進(jìn)后煙支長度出現(xiàn)偏差次數(shù)減少84.6%，煙支長度每次調(diào)節(jié)時(shí)間減少66.7%，煙支夾末率降低67.5%，有效提高了卷煙產(chǎn)品質(zhì)量，降低了設(shè)備維修勞動(dòng)強(qiáng)度。