潘恒樂，王俊，王宏用，陳鍇

常德煙草機械有限責任公司，湖南 常德 415000

0 引言

煙支搓接是卷接機組生產(chǎn)煙支的關鍵工序之一, 其生產(chǎn)原理為搓煙輪帶動濾嘴、涂膠水松紙和煙條在搓板上滾動，搓接成雙倍長的合格濾嘴卷煙[1-2].在搓接過程中，膠水受到擠壓容易溢出流到搓板表面，使搓板沾上煙沫、水松紙，甚至形成膠垢，導致搓板堵塞，造成煙支泡皺、翹邊、漏氣等質量問題[3].針對這些問題，近年來已有不少研究成果，唐根利[4]分析了不同類型的搓板對煙支搓接質量的影響，發(fā)現(xiàn)表面噴涂金剛石的搓板搓接質量最好；董浩等[5]比較了不同類型的水松紙對搓接效果的影響，得出溶劑型油墨印刷的水松紙搓接效果最佳；劉為剛等[6]設計了一種搓煙輪自動清潔裝置，實現(xiàn)了PROTOS2-2 卷接機組搓煙輪輪體的自動清潔，減少了搓板堵塞次數(shù)，提高了設備運行效率；王曉安等[7]對搓板啟動軌進行改進設計，減少了水松紙在搓接時出現(xiàn)的皺紋、搓牙等外觀質量問題；徐亞軍等[8]設計了水松紙的二次刮紙裝置，提高了水松紙對膠水的吸附性，減少了煙支搓接的漏氣剔除率；王伯楠等[9]提出了一種帶滾針的搓板方案，減少了搓接過程中產(chǎn)生水松紙泡皺的次數(shù).目前，國內高速卷接機組主要利用壓縮空氣來清潔搓板表面異物，但效果并不理想.

鑒于此，本文擬通過分析當前國產(chǎn)超高速卷接機組——ZJ116A型機組的搓板清潔裝置的工作原理，基于無桿氣缸驅動技術，研制一種新的搓板清潔裝置，以期提高設備運行效率，降低工人勞動強度，為新型卷接機組的設計生產(chǎn)提供支持.

1 問題分析

ZJ116A型卷接機組的搓煙裝置如圖1所示.在工作過程中，啟動軌先將 “組煙” (帶有水松紙片的煙條段和雙倍長濾嘴)從搓煙輪的煙槽中撥出，使“組煙”在搓煙輪圓弧表面與搓板之間自轉3圈，被水松紙片緊密包裹一周，進而粘接形成雙倍長的濾嘴煙支，最后濾嘴卷煙在歸位輪的帶動下落入煙槽中.為保證煙支的正常搓接，啟動軌頂端與煙槽的距離需比煙支直徑小0.7 mm，搓板表面到搓煙輪表面的距離比煙支直徑小0.4 mm.所以在整個搓煙過程中，煙支都受到了擠壓，乳膠無法避免地被擠出，并粘在搓板上，這極易引起搓板堵塞，甚至造成機組停機[10].

1.搓煙輪;2.搓板;3.歸位輪;4.啟動軌;5.組煙.圖1 ZJ116A型卷接機組搓接裝置Fig.1 The equipment of cigarette rolling and assembling on ZJ116A cigarette maker

1.歸位輪;2.搓板;3.吹氣管;4.管接頭;5.支架.圖2 ZJ116A型卷接機組搓板清潔裝置Fig.2 The rolling plate cleaning equipment on ZJ116A cigarette maker

ZJ116A型卷接機組的搓板清潔裝置如圖2所示.當機組處于非工作狀態(tài)時，搓板被氣缸驅動離開工作位置，此時，吹氣管上弧形布局的氣孔正好與搓板表面重合.搓板落下后，閥島接收到電信號，打開閥門，壓縮空氣進入吹氣管，通過氣孔清潔搓板表面的附著物.這種通過壓縮空氣進行搓板清潔的方法可以清理搓板表面的粉塵、碎紙片、煙支等一些沒有黏性的雜物，但是搓板表面一旦沾上膠水，與異物混在一起形成膠垢時，壓縮空氣就很難將其吹離搓板，只能將機組的前門打開，人工用刷子清理搓板表面.

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)結構及工作原理

改進后的卷接機組搓板清潔裝置如圖3所示.當設備停機后，搓板轉出工作位置，到達圖3所示的搓板清潔位置，無桿氣缸驅動銅刷在搓板表面來回移動，以清除搓板工作面上附著的煙沫、水松紙等雜物，正壓風會通過吹氣塊上的清潔小孔輔助清潔搓板的工作面.工業(yè)相機則用于判斷搓板表面是否清潔干凈，光源為工業(yè)相機提供工作時的照明，正壓風通過吹氣桿上的清潔小孔周期性地清潔工業(yè)相機的鏡頭.

1.搓煙輪;2.歸位輪;3.搓板;4.銅刷;5.光源;6.工業(yè)相機; 7.吹氣桿;8.吹氣塊;9.無桿氣缸.圖3 改進卷接機組搓板自動清潔裝置Fig.3 The improved rolling plate auto-cleaning equipment on cigarette maker

2.2 搓板驅動設計

為實現(xiàn)圖3所示的搓板清潔位置，對搓板的轉動行程重新進行了設計，通過CREO軟件模擬，該搓板的理論轉動角度達到了135°，相對于ZJ116A型卷接機組的搓板旋轉角度增大了90°.因此，ZJ116A型卷接機組中通過活塞桿氣缸驅動的方式已不滿足設計需求，需對搓板驅動方式重新設計，利用一個旋轉氣缸來控制搓板的旋轉角度(見圖4).根據(jù)設備的空間布局和擺動角度需要，選用型號為DSM-T-40-270-CC-A-B的葉片式擺動氣缸(德國FESTO公司)，該氣缸最大旋轉角度可達270°，且可調整旋轉角度.

1.搓板;2.歸位輪;3.旋轉氣缸.圖4 搓板驅動方式設計Fig.4 The design of rolling plate’s driven mode

2.3 清潔銅刷的設計

為了在搓接過程中使煙支中的膠水迅速凝固，在搓板內部裝有一個加熱器，可使搓板的溫度迅速升高到150 ℃左右，所以需選用耐高溫的銅刷來清潔搓板表面.圖5為銅刷結構示意圖.為保證銅刷對搓板的清潔效果，其刷子的外徑尺寸極為重要，本文設計了4種不同半徑尺寸的銅刷進行測試，測試結果如表1所示.由表1可知，當銅刷的外徑R刷子=R搓板+0.5 mm時，既能將搓板表面清潔干凈，又能保證氣缸在清潔時不會出現(xiàn)卡頓.

1.加熱器;2.搓板;3.銅刷.圖5 銅刷結構示意圖Fig.5 Schematic diagram of the copper brush

刷子半徑工作效果R刷子=R搓板刷子滑動無卡頓,清潔效果差R刷子=R搓板+0.5 mm刷子滑動無卡頓,清潔效果明顯R刷子=R搓板+1.0 mm刷子滑動偶有卡頓,清潔效果明顯R刷子=R搓板+1.5 mm刷子被卡住無法滑動,清潔效果差

2.4 搓板清潔度檢測系統(tǒng)

改進后的搓板清潔裝置利用IPC控制系統(tǒng)控制搓板清潔度檢測，工作流程如圖6所示.當搓板出現(xiàn)堵塞，處于非工作狀態(tài)時，銅刷自動清潔搓板，清潔完成后，工業(yè)相機對搓板工作表面拍照，并判斷搓板表面是否達到清潔要求.如果系統(tǒng)判斷達到了清潔要求，搓板可以轉入工作位置繼續(xù)工作；否則，搓板禁止轉入工作位置,銅刷再一次清潔搓板表面，工業(yè)相機繼續(xù)對搓板工作表面拍照，再次判斷搓板表面是否達到清潔要求，如果判斷結果仍未達到清潔要求，將會發(fā)出報警信號，此時，需要操作者人工干預清潔搓板，直到達到清潔要求，搓板才會轉入工作位置，機組才能繼續(xù)工作.

圖6 搓板清潔度檢測流程圖Fig.6 The flow chart of rolling plate cleanliness test

3 實際應用效果

為驗證清潔裝置效果，將ZJ116A型卷接機組中的搓板清潔裝置替換為本文提出的改進搓板清潔裝置，形成新型的ZJ119型卷接機組，對ZJ116A型卷接機組和ZJ119型卷接機組進行對比測試.兩組卷接機組均使用“白沙(硬)”牌卷煙煙絲及原輔材料進行實驗，運行速度均設定為12 000支/min，測試周期為30個工作日.統(tǒng)計兩組機組出現(xiàn)的搓板堵塞的次數(shù)和人工清潔搓板次數(shù)，結果見表2.

表2 搓板堵塞次數(shù)及人工清潔搓板次數(shù)統(tǒng)計結果Table 2 The statistics of number of rolling plate jam and manual cleaning

由表2可見，ZJ116A型卷接機組搓板堵塞次數(shù)為5.1次/日，ZJ119型卷接機組搓板堵塞次數(shù)為2.5次/日，設備停機次數(shù)明顯減少，設備運行的穩(wěn)定性顯著提高；而ZJ116A型卷接機組的人工清潔搓板次數(shù)為4.03次/日，ZJ119型卷接機組的人工清潔搓板次數(shù)為1.00次/日,操作人員的工作強度明顯降低.

4 結論

本文基于無桿氣缸驅動技術設計了一種新的卷接機組搓板自動清潔裝置，由銅刷、無桿氣缸、工業(yè)相機、光源、吹氣塊、吹氣桿等組成，利用無桿氣缸驅動銅刷清潔搓板上的紙片、膠垢等異物，并通過工業(yè)相機實現(xiàn)搓板清潔度的智能檢測.以ZJ116A型卷接機組和配置改進搓板自動清潔裝置的ZJ119型卷接機組進行對比測試，結果表明：ZJ119型卷接機組的搓板清潔裝置采用銅刷來清潔搓板表面，搓板堵塞次數(shù)由5.1次/日降至2.5次/日，人工清潔搓板次數(shù)由4.03次/日降至1.00次/日.本文設計的搓板自動清潔裝置能有效地清潔搓板表面，去除搓板表面形成的膠垢，提高機組的有效作業(yè)率，降低工人的勞動強度，提高設備的智能化水平，該技術可在ZJ116系列、PROTOS M5、PROTOS M8等機型上推廣應用.