潘恒樂 馮雄偉 王 俊

(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南 常德 415000)

ZJ116A型卷接機(jī)組是以ZJ116型卷接機(jī)組[1]為技術(shù)平臺(tái)研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高速卷接機(jī)組(最高運(yùn)行速度14 000 Cig/min)，該機(jī)型運(yùn)行平穩(wěn)可靠、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)、操作快捷方便[2]。煙支搓接部分是ZJ116A型卷接機(jī)組的重要組成部分，主要由搓煙輪和搓板組成[3]，研究[4]表明，搓煙輪和搓板表面的清潔度會(huì)直接影響到卷煙的搓接效果，如不及時(shí)清理其表面異物，會(huì)影響煙支的搓接質(zhì)量和設(shè)備的穩(wěn)定性。近年來，針對(duì)搓接部分的清潔已有一些研究，姜冬子等[5]通過PLC控制銅刷和壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ZJ112型卷接機(jī)組搓板的自動(dòng)清潔；王治偉[6]采用高精度壓差傳感器和外置剔除閥，優(yōu)化了清潔過程，減少了ZJ19型卷接機(jī)組的搓板堵塞次數(shù)，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。但這兩種方式不適用于超高速運(yùn)行的ZJ116A型機(jī)組。研究擬設(shè)計(jì)一種針對(duì)ZJ116A型機(jī)組搓接部分的自動(dòng)清潔裝置，以期降低維保工作量，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 問題分析

卷接機(jī)組的煙支搓接工藝是以乳膠為黏接劑，通過搓板與搓煙輪將無嘴煙條、濾嘴和接裝紙搓接在一起[7]。如圖1所示，ZJ116A型卷接機(jī)組的搓接裝置主要由搓板4、啟動(dòng)軌3、搓煙輪2以及歸位輪5組成。搓煙輪2從靠攏輪處接收粘有接裝紙紙片的組煙1(帶有接裝紙片的煙條段和雙倍長(zhǎng)濾嘴組成)，并將其吸入煙槽中。組煙1隨著鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)啟動(dòng)軌處，進(jìn)入搓接工作位置，隨后啟動(dòng)軌將組煙1撥出煙槽，在搓煙輪2圓弧面與搓板4之間滾動(dòng)，從而使接裝紙片將組煙1緊密包裹粘合而形成雙倍長(zhǎng)度濾嘴煙支，最后在歸位輪5的帶動(dòng)下落入煙槽中。從組煙被啟動(dòng)軌撥出煙槽開始，到滾出搓板，卷煙一直受到擠壓，乳膠很容易溢出粘在搓板或搓煙輪表面上。溢出的膠水容易沾染上煙沫、紙屑、粉塵等，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，會(huì)在搓板和搓煙輪表面形成膠垢，影響后續(xù)煙支的搓接，導(dǎo)致煙支泡皺、空頭等，甚至造成掉煙，使機(jī)組停機(jī)，影響卷煙的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率[8-9]。

1. 組煙 2. 搓煙輪 3. 啟動(dòng)軌 4. 搓板 5. 歸位輪

如圖2所示，ZJ116A型卷接機(jī)組的搓煙輪1上方設(shè)有一個(gè)鏟刀裝置2，但只能對(duì)體積較大的雜物進(jìn)行鏟削清潔，而且鏟刀裝置和搓煙輪之間有一定的間隙，清潔效果不理想，有時(shí)反而將粘到搓煙輪表面的濾棒或水松紙片壓實(shí)到鼓輪表面，且無法鏟除，而搓板沒有針對(duì)性地設(shè)計(jì)清潔裝置。為清理搓接部分的膠垢和雜物，企業(yè)在每個(gè)班次交接班時(shí)至少需人工清理一次，維保工作費(fèi)時(shí)繁瑣，影響設(shè)備的運(yùn)行效率。

1. 搓煙輪 2. 鏟刀 3. 電機(jī) 4. 毛刷 5. 切紙輪

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 搓煙輪清潔機(jī)構(gòu)

在ZJ116A機(jī)組中，電機(jī)3驅(qū)動(dòng)毛刷4轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)切紙輪5表面進(jìn)行清潔(見圖2)，結(jié)合目前的布局，搓煙輪1上方還有較大的閑置空間，對(duì)原切紙輪自動(dòng)清潔裝置進(jìn)行改進(jìn)，使電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)切紙輪和搓煙輪表面的自動(dòng)清潔。

采用CREO軟件參數(shù)化設(shè)計(jì)[10]，得到改進(jìn)后的毛刷清潔裝置模型，見圖3。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，電機(jī)3驅(qū)動(dòng)帶輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，通過兩個(gè)同步帶7和8帶動(dòng)同步帶輪9和12轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩個(gè)毛刷2和4轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)清潔切紙輪和搓煙輪表面的目的。新型毛刷清潔裝置因其自帶動(dòng)力，與搓煙輪相對(duì)速度可變，能更徹底地刷除搓煙輪的表面雜物，達(dá)到更好的清潔效果。同時(shí)還將毛刷4的法蘭安裝孔設(shè)計(jì)成腰形槽，用于調(diào)節(jié)毛刷相對(duì)搓煙輪的距離，當(dāng)毛刷磨損難以有效清潔搓煙輪表面時(shí)，可以調(diào)整其與搓煙輪之間的位置，來保證毛刷對(duì)搓煙輪的壓力，使毛刷能夠繼續(xù)使用，提高毛刷的使用壽命。

1. 搓煙輪 2、4. 毛刷 3. 電機(jī) 5. 切紙輪 6. 鏟刀 7、8. 同步帶 9、11、12. 帶輪 10. 張緊輪

2.2 同步帶的選型

為同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)毛刷，電機(jī)輸出的帶輪11相對(duì)于原帶輪進(jìn)行了加寬，便于同時(shí)安裝2個(gè)同步帶，其中帶輪9、帶輪11以及帶輪12的齒數(shù)Z=22，節(jié)距P=5.08 mm。

根據(jù)分度圓直徑計(jì)算公式[式(1)]，求得d=35.57 mm。計(jì)算公式：

(1)

式中：

d——帶輪分度圓直徑，mm；

P——帶輪節(jié)距，mm；

Z——帶輪齒數(shù)。

通過CREO軟件建模，模擬同步帶8被張緊到極限位置時(shí)情況，如圖4所示，得到帶輪11到帶輪9的中心距L1=157 mm以及同步帶8的節(jié)線長(zhǎng)的最大值Lmax=441.6 mm。

1. 帶輪11 2. 同步帶 3. 張緊輪 4. 帶輪9

同步帶8的節(jié)線長(zhǎng)的最小值為L(zhǎng)min=πd+2L1≈425.7 mm。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選擇了型號(hào)為170XL037的同步帶(德國(guó)Optibelt公司)，該同步帶的節(jié)線長(zhǎng)L=431.8 mm，則Lmin

2.3 搓板清潔機(jī)構(gòu)

在搓接裝置的右側(cè)設(shè)計(jì)了一套搓板自動(dòng)清潔裝置，該裝置包括機(jī)械部分、氣動(dòng)部分和電氣控制部分。其結(jié)構(gòu)如圖5所示，機(jī)械部分主要由射流器4、支架5、管接頭3 等組成。管接頭3裝于射流器4右側(cè)，另一頭連接氣管，射流器4通過支架5安裝在搓板裝置上，射流器4上有一排弧形氣孔，當(dāng)搓板處于非工作狀態(tài)時(shí)，吹氣管上弧形布局的氣孔正好與搓板表面重合。

1. 歸位輪 2. 搓板 3. 管接頭 4. 射流器 5. 支架 6. 搓煙輪

氣動(dòng)部分主要由一個(gè)兩位三通電磁閥和單向節(jié)流閥組成，電磁閥可以選用設(shè)備上的備用閥島，氣路示意圖如圖6所示。電磁閥控制氣源的通斷，當(dāng)需要清潔搓板表面，電磁閥連通氣路，壓縮空氣經(jīng)過節(jié)流閥到射流器，再通過弧形布局的氣孔清潔搓板表面的雜物。

1. 射流器 2. 單向節(jié)流閥 3. 兩位三通電磁閥 4. 氣源

ZJ116A型卷接機(jī)組的電控系統(tǒng)采用德國(guó)Beckhoff公司的IPC控制技術(shù)[11-12]，所以利用IPC編寫控制模塊來控制清潔風(fēng)運(yùn)行。其控制流程見圖7，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，光電開關(guān)B24M識(shí)別到10個(gè)連續(xù)的空槽，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，設(shè)備停止運(yùn)行，搓板轉(zhuǎn)到非工作位置，此時(shí)接近開關(guān)B23M檢測(cè)到搓板并發(fā)出信號(hào)，兩位三通電磁閥通電后換向，從而使壓縮空氣進(jìn)入到射流器中，清潔搓板表面的雜物，清潔2 s后，兩位三通電磁閥失電，在彈簧作用下，電磁閥復(fù)位，阻斷了壓縮空氣的流通，射流器停止對(duì)搓板進(jìn)行吹氣清潔?；蛟谠O(shè)備運(yùn)行前，壓紙桿會(huì)提前將水松紙壓到膠輥上，接近開關(guān)B67M檢測(cè)到壓紙桿并發(fā)出信號(hào)，電磁閥通電換向，壓縮空氣清潔搓板表面2 s，然后電磁閥失電復(fù)位，射流器停止吹風(fēng)。該控制系統(tǒng)能使搓板在設(shè)備運(yùn)行之前和運(yùn)行之后都能被清潔一次，盡可能地保證搓板工作表面的清潔。

圖7 控制流程

3 應(yīng)用效果

為驗(yàn)證改進(jìn)效果，對(duì)常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司實(shí)驗(yàn)室1組ZJ116A型卷接機(jī)組進(jìn)行改進(jìn)及對(duì)比測(cè)試。

3.1 設(shè)計(jì)試驗(yàn)

3.1.1 材料與設(shè)備

白沙(硬)牌卷煙配套煙絲及輔料：長(zhǎng)沙卷煙廠；

卷接機(jī)組：ZJ116A型，常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司。

3.1.2 方法 將ZJ116A型卷接機(jī)組的運(yùn)行速度設(shè)定為14 000 Cig/min，每天運(yùn)行6 h，分別統(tǒng)計(jì)改進(jìn)前后設(shè)備出現(xiàn)搓板堵塞次數(shù)，統(tǒng)計(jì)周期為30 d。發(fā)生搓板堵塞后，若搓板和搓煙輪表面沾附紙片、煙條等明顯異物時(shí)，則分別對(duì)兩者進(jìn)行人工清潔，并統(tǒng)計(jì)清潔次數(shù)。

3.2 數(shù)據(jù)分析

如表1所示，改進(jìn)后的ZJ116A型卷接機(jī)組，其搓板堵塞由36次/月降低到21次/月，人工清理搓板的次數(shù)由32次/月減少到16次/月，人工清潔搓煙輪的次數(shù)由28次/月降低到8次/月，提高設(shè)備有效作業(yè)率，降低了維保強(qiáng)度。

表1 改進(jìn)前后的搓板堵塞和人工清潔次數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)毛刷清潔搓煙輪，采用設(shè)備IPC系統(tǒng)編寫控制模塊來控制壓縮空氣清潔搓板的工作面等方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ZJ116A型卷接機(jī)組搓接的自動(dòng)清潔，有效地清除了搓煙輪和搓板上的膠垢和異物。通過對(duì)改進(jìn)前后的ZJ116A型卷接機(jī)組進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果表明：改進(jìn)后提高了設(shè)備運(yùn)行效率，降低了維保強(qiáng)度。但由于該裝置巧妙利用了ZJ116A型機(jī)組的布局，只可在ZJ116系列機(jī)型上推廣，無法直接應(yīng)用于其他機(jī)型。實(shí)際運(yùn)行過程中，影響煙支搓接的因素較多，雖然不能完全依靠該裝置取代人工清潔，但該方法仍可有效降低清潔次數(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。