潘恒樂，王俊，王宏用，陳鍇

常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南 常德 415000

0 引言

煙支搓接是卷接機(jī)組生產(chǎn)煙支的關(guān)鍵工序之一, 其生產(chǎn)原理為搓煙輪帶動(dòng)濾嘴、涂膠水松紙和煙條在搓板上滾動(dòng)，搓接成雙倍長(zhǎng)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(dǎo)致搓板堵塞，造成煙支泡皺、翹邊、漏氣等質(zhì)量問題[3].針對(duì)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(duì)煙支搓接質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)表面噴涂金剛石的搓板搓接質(zhì)量最好；董浩等[5]比較了不同類型的水松紙對(duì)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(shè)計(jì)了一種搓煙輪自動(dòng)清潔裝置，實(shí)現(xiàn)了PROTOS2-2 卷接機(jī)組搓煙輪輪體的自動(dòng)清潔，減少了搓板堵塞次數(shù)，提高了設(shè)備運(yùn)行效率；王曉安等[7]對(duì)搓板啟動(dòng)軌進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，減少了水松紙?jiān)诖杲訒r(shí)出現(xiàn)的皺紋、搓牙等外觀質(zhì)量問題；徐亞軍等[8]設(shè)計(jì)了水松紙的二次刮紙裝置，提高了水松紙對(duì)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(guó)內(nèi)高速卷接機(jī)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(dāng)前國(guó)產(chǎn)超高速卷接機(jī)組——ZJ116A型機(jī)組的搓板清潔裝置的工作原理，基于無桿氣缸驅(qū)動(dòng)技術(shù)，研制一種新的搓板清潔裝置，以期提高設(shè)備運(yùn)行效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，為新型卷接機(jī)組的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供支持.

1 問題分析

ZJ116A型卷接機(jī)組的搓煙裝置如圖1所示.在工作過程中，啟動(dòng)軌先將 “組煙” (帶有水松紙片的煙條段和雙倍長(zhǎng)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(zhuǎn)3圈，被水松紙片緊密包裹一周，進(jìn)而粘接形成雙倍長(zhǎng)的濾嘴煙支，最后濾嘴卷煙在歸位輪的帶動(dòng)下落入煙槽中.為保證煙支的正常搓接，啟動(dòng)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(gè)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(jī)組停機(jī)[10].

1.搓煙輪;2.搓板;3.歸位輪;4.啟動(dòng)軌;5.組煙.圖1 ZJ116A型卷接機(jī)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(jī)組搓板清潔裝置Fig.2 The rolling plate cleaning equipment on ZJ116A cigarette maker

ZJ116A型卷接機(jī)組的搓板清潔裝置如圖2所示.當(dāng)機(jī)組處于非工作狀態(tài)時(shí)，搓板被氣缸驅(qū)動(dòng)離開工作位置，此時(shí)，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(hào)，打開閥門，壓縮空氣進(jìn)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(jìn)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(shí)，壓縮空氣就很難將其吹離搓板，只能將機(jī)組的前門打開，人工用刷子清理搓板表面.

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

改進(jìn)后的卷接機(jī)組搓板清潔裝置如圖3所示.當(dāng)設(shè)備停機(jī)后，搓板轉(zhuǎn)出工作位置，到達(dá)圖3所示的搓板清潔位置，無桿氣缸驅(qū)動(dòng)銅刷在搓板表面來回移動(dòng)，以清除搓板工作面上附著的煙沫、水松紙等雜物，正壓風(fēng)會(huì)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(jī)則用于判斷搓板表面是否清潔干凈，光源為工業(yè)相機(jī)提供工作時(shí)的照明，正壓風(fēng)通過吹氣桿上的清潔小孔周期性地清潔工業(yè)相機(jī)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(jī); 7.吹氣桿;8.吹氣塊;9.無桿氣缸.圖3 改進(jìn)卷接機(jī)組搓板自動(dòng)清潔裝置Fig.3 The improved rolling plate auto-cleaning equipment on cigarette maker

2.2 搓板驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)圖3所示的搓板清潔位置，對(duì)搓板的轉(zhuǎn)動(dòng)行程重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過CREO軟件模擬，該搓板的理論轉(zhuǎn)動(dòng)角度達(dá)到了135°，相對(duì)于ZJ116A型卷接機(jī)組的搓板旋轉(zhuǎn)角度增大了90°.因此，ZJ116A型卷接機(jī)組中通過活塞桿氣缸驅(qū)動(dòng)的方式已不滿足設(shè)計(jì)需求，需對(duì)搓板驅(qū)動(dòng)方式重新設(shè)計(jì)，利用一個(gè)旋轉(zhuǎn)氣缸來控制搓板的旋轉(zhuǎn)角度(見圖4).根據(jù)設(shè)備的空間布局和擺動(dòng)角度需要，選用型號(hào)為DSM-T-40-270-CC-A-B的葉片式擺動(dòng)氣缸(德國(guó)FESTO公司)，該氣缸最大旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)270°，且可調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度.

1.搓板;2.歸位輪;3.旋轉(zhuǎn)氣缸.圖4 搓板驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)Fig.4 The design of rolling plate’s driven mode

2.3 清潔銅刷的設(shè)計(jì)

為了在搓接過程中使煙支中的膠水迅速凝固，在搓板內(nèi)部裝有一個(gè)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(jié)構(gòu)示意圖.為保證銅刷對(duì)搓板的清潔效果，其刷子的外徑尺寸極為重要，本文設(shè)計(jì)了4種不同半徑尺寸的銅刷進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示.由表1可知，當(dāng)銅刷的外徑R刷子=R搓板+0.5 mm時(shí)，既能將搓板表面清潔干凈，又能保證氣缸在清潔時(shí)不會(huì)出現(xiàn)卡頓.

1.加熱器;2.搓板;3.銅刷.圖5 銅刷結(jié)構(gòu)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(dòng)無卡頓,清潔效果差R刷子=R搓板+0.5 mm刷子滑動(dòng)無卡頓,清潔效果明顯R刷子=R搓板+1.0 mm刷子滑動(dòng)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(dòng),清潔效果差

2.4 搓板清潔度檢測(cè)系統(tǒng)

改進(jìn)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(cè)，工作流程如圖6所示.當(dāng)搓板出現(xiàn)堵塞，處于非工作狀態(tài)時(shí)，銅刷自動(dòng)清潔搓板，清潔完成后，工業(yè)相機(jī)對(duì)搓板工作表面拍照，并判斷搓板表面是否達(dá)到清潔要求.如果系統(tǒng)判斷達(dá)到了清潔要求，搓板可以轉(zhuǎn)入工作位置繼續(xù)工作；否則，搓板禁止轉(zhuǎn)入工作位置,銅刷再一次清潔搓板表面，工業(yè)相機(jī)繼續(xù)對(duì)搓板工作表面拍照，再次判斷搓板表面是否達(dá)到清潔要求，如果判斷結(jié)果仍未達(dá)到清潔要求，將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此時(shí)，需要操作者人工干預(yù)清潔搓板，直到達(dá)到清潔要求，搓板才會(huì)轉(zhuǎn)入工作位置，機(jī)組才能繼續(xù)工作.

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

3 實(shí)際應(yīng)用效果

為驗(yàn)證清潔裝置效果，將ZJ116A型卷接機(jī)組中的搓板清潔裝置替換為本文提出的改進(jìn)搓板清潔裝置，形成新型的ZJ119型卷接機(jī)組，對(duì)ZJ116A型卷接機(jī)組和ZJ119型卷接機(jī)組進(jìn)行對(duì)比測(cè)試.兩組卷接機(jī)組均使用“白沙(硬)”牌卷煙煙絲及原輔材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，運(yùn)行速度均設(shè)定為12 000支/min，測(cè)試周期為30個(gè)工作日.統(tǒng)計(jì)兩組機(jī)組出現(xiàn)的搓板堵塞的次數(shù)和人工清潔搓板次數(shù)，結(jié)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(jì)結(jié)果Table 2 The statistics of number of rolling plate jam and manual cleaning

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

4 結(jié)論

本文基于無桿氣缸驅(qū)動(dòng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新的卷接機(jī)組搓板自動(dòng)清潔裝置，由銅刷、無桿氣缸、工業(yè)相機(jī)、光源、吹氣塊、吹氣桿等組成，利用無桿氣缸驅(qū)動(dòng)銅刷清潔搓板上的紙片、膠垢等異物，并通過工業(yè)相機(jī)實(shí)現(xiàn)搓板清潔度的智能檢測(cè).以ZJ116A型卷接機(jī)組和配置改進(jìn)搓板自動(dòng)清潔裝置的ZJ119型卷接機(jī)組進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果表明：ZJ119型卷接機(jī)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(shè)計(jì)的搓板自動(dòng)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(jī)組的有效作業(yè)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備的智能化水平，該技術(shù)可在ZJ116系列、PROTOS M5、PROTOS M8等機(jī)型上推廣應(yīng)用.