加香線濾棒線接頭檢測(cè)裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

王興旺，焦龍

（牡丹江卷煙材料廠有限責(zé)任公司，黑龍江 牡丹江157013）

0 引 言

近年來(lái), 國(guó)內(nèi)外應(yīng)用加香濾棒的卷煙產(chǎn)品呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng), 各煙草企業(yè)加大濾棒加香工藝技術(shù)的研究力度。加香線濾棒在濾嘴成形時(shí)通過(guò)特殊裝置將浸漬香精的香線包裹于濾嘴絲束中, 從而達(dá)到濾嘴加香，改善香煙煙氣口感的作用[1]。在加香線濾棒的生產(chǎn)過(guò)程中，由于香線斷線或當(dāng)舊線盤香線將要用盡時(shí)，為保證設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)，需要手動(dòng)將兩線盤中的香線進(jìn)行打結(jié)連接，這就導(dǎo)致了線接頭的存在，且香線在制造過(guò)程中由于質(zhì)量缺陷等原因其本身也會(huì)有接頭部位存在。接頭部位如果添加到濾棒中會(huì)導(dǎo)致濾棒中存在硬結(jié)，導(dǎo)致濾棒的參數(shù)指標(biāo)發(fā)生變化，影響濾棒產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重的會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量事故。這就需要對(duì)香線上的接頭進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別并對(duì)含接頭段的濾棒進(jìn)行剔除。

1 原有檢測(cè)裝置原理及存在問(wèn)題分析

1.1 原有檢測(cè)裝置的基本結(jié)構(gòu)

原有檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個(gè)檢測(cè)裝置安裝于聯(lián)接板1上，前后各有一個(gè)限位導(dǎo)輪2和6。兩片彈簧板3下端固定在聯(lián)接板1上。位移傳感器5通過(guò)一個(gè)傳感器架4安裝于彈簧板3上側(cè)，用于檢測(cè)位移量。

圖1 原有檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

1.2 原有檢測(cè)裝置工作原理

香線經(jīng)過(guò)限位導(dǎo)輪2從下側(cè)進(jìn)入彈簧板3。限位導(dǎo)輪2、6上開(kāi)有V形槽，在使香線沿V形槽底部運(yùn)動(dòng)的同時(shí)限制了香線的擺動(dòng)。彈簧板3在香線的進(jìn)入方向開(kāi)有折角以防止香線與彈簧板3發(fā)生剮蹭。通過(guò)彈簧板3后經(jīng)過(guò)限位導(dǎo)輪6進(jìn)入加線裝置。當(dāng)香線中存在接頭部位并通過(guò)兩片彈簧板3時(shí)，會(huì)引起彈簧板3位置的變化，但這個(gè)位移變化量非常微小，很難被位移傳感器5檢測(cè)到，因此將位移傳感器5置于彈簧板3上端。香線在兩個(gè)限位導(dǎo)輪2、6的作用下會(huì)從下端通過(guò)兩片彈簧板3，兩片彈簧板3下端固定。彈簧板3上端會(huì)對(duì)下端的位移進(jìn)行放大，使其引起的位移變化量足夠被位移傳感器5檢測(cè)到。其位移變化量為

式中：Δl為位移的變化量；φ結(jié)為線接頭直徑；φ線為香線直徑；l1為簧板固定端到香線通過(guò)位置的距離；l2為簧板固定端到位移傳感器檢測(cè)位置的距離。

1.3 原有檢測(cè)裝置存在問(wèn)題分析

通過(guò)以上檢測(cè)裝置在實(shí)際使用過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行歸納總結(jié)，并進(jìn)一步探究分析，認(rèn)為檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素主要有以下幾點(diǎn)：1)由于線接頭的大小具有不確定性，在使用位移傳感器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)很難準(zhǔn)確界定其波動(dòng)范圍；2)位移傳感器檢測(cè)到的是經(jīng)彈簧板放大后的位移變化，其對(duì)實(shí)際位移變化的反映不夠精確；3)線接頭本身具有彈性，香線本身也存在粗細(xì)不均的情況，在香線通過(guò)彈簧板時(shí)會(huì)引起彈簧板震動(dòng)，造成位移傳感器的誤判；4)彈簧板長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)產(chǎn)生塑性形變，無(wú)法準(zhǔn)確反饋香線直徑的波動(dòng)變化。

這種檢測(cè)方式存在很大的不穩(wěn)定性，有時(shí)會(huì)發(fā)生不能識(shí)別線接頭或識(shí)別不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成隱患。這是裝置本身設(shè)計(jì)原理上存在的問(wèn)題，很難通過(guò)局部改進(jìn)的方式予以解決，因此設(shè)計(jì)了新型線接頭檢測(cè)裝置。

2 新型檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

2.1 新型檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)思路

檢測(cè)裝置在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)首先明確其功能要求，然后根據(jù)其運(yùn)動(dòng)要求設(shè)計(jì)具體機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)。裝置結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，在滿足工作要求的同時(shí)其尺寸應(yīng)盡可能地小[2]。分析原有檢測(cè)裝置存在的問(wèn)題和不足，并結(jié)合實(shí)際需求，檢測(cè)裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn)：1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整方便；2)裝置應(yīng)具備可調(diào)節(jié)性，以滿足生產(chǎn)不同類型產(chǎn)品的需求；3)應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性，以適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)；4)對(duì)接頭檢測(cè)應(yīng)具備更高的準(zhǔn)確率，以進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量；5)接頭部位引起的變化量應(yīng)足夠被傳感器直接檢測(cè)到，避免引入其他結(jié)構(gòu)而影響整體檢測(cè)效果。

通過(guò)明確裝置功能要求，分析其相關(guān)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并參考相關(guān)機(jī)構(gòu)及裝置設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了以下的新型檢測(cè)裝置。

2.2 檢測(cè)裝置的基本結(jié)構(gòu)

新型檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，檢測(cè)裝置安裝在固定板1上，固定板1上的通孔一邊開(kāi)槽通過(guò)螺釘鎖緊夾持在線架管上。固定板1的上方設(shè)有2根限位導(dǎo)桿4，限制香線進(jìn)入檢測(cè)裝置的位置。下方為輸出導(dǎo)輪6，中間為檢測(cè)裝置主體。檢測(cè)裝置主體中，有2塊呈一定斜角的固定斜板5和滑動(dòng)斜板7，固定斜板5與滑動(dòng)斜板7之間采用燕尾槽滑軌聯(lián)接，滑動(dòng)斜板7可沿燕尾槽前后滑動(dòng)。固定斜板5和滑動(dòng)斜板7的斜面下方相同距離處均設(shè)有半圓形開(kāi)孔，開(kāi)孔上端均倒圓角，便于線接頭通過(guò)。固定斜板5和滑動(dòng)斜板7采用碳素工具鋼經(jīng)淬火處理，其具有良好的耐磨性以保證長(zhǎng)時(shí)間使用的穩(wěn)定性?；瑒?dòng)斜板7燕尾槽處鉆有螺紋通孔并與調(diào)節(jié)旋鈕3前端絲桿聯(lián)接，調(diào)節(jié)旋鈕3尾端通過(guò)卡槽限位。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕3使滑動(dòng)斜板7前后移動(dòng)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)斜板7和固定斜板5之間的間隙。調(diào)節(jié)完畢后通過(guò)鎖緊旋鈕2鎖定。光電傳感器8通過(guò)傳感器架9安裝在滑動(dòng)斜板7和固定斜板5 開(kāi)孔的下方。

圖2 新型檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

2.3 新型檢測(cè)裝置的工作原理

使用時(shí)，擰動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕3調(diào)整固定斜板5和滑動(dòng)斜板7之間的間距至剛好可以讓香線自由通過(guò)，而無(wú)法讓線接頭通過(guò)。然后擰緊鎖緊旋鈕2將固定斜板5與滑動(dòng)斜板7鎖定。香線經(jīng)由加線裝置線架上的導(dǎo)輪輸入進(jìn)入檢測(cè)裝置，固定板1上方有兩根限位導(dǎo)桿4，香線由兩根限位導(dǎo)桿4中間通過(guò)進(jìn)入兩斜板之間的縫隙，從斜板縫隙通過(guò)后由固定板1下方的輸出導(dǎo)輪7輸出。當(dāng)香線中的接頭進(jìn)入檢測(cè)裝置時(shí)，由于其無(wú)法從兩塊斜板中間的縫隙通過(guò)，其受到豎直方向的拉力和垂直于斜板向上的支撐力，使其合力沿斜板方向向下。因此接頭在拉力的作用下沿斜板平面向下滑動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)到斜板上的開(kāi)孔位置時(shí)，接頭部位從小孔中滑出，滑出時(shí)其會(huì)被位于小孔下方的光電傳感器8檢測(cè)到，光電傳感器將檢測(cè)到信號(hào)發(fā)送給PLC，由PLC進(jìn)行延時(shí)對(duì)含接頭段濾棒進(jìn)行剔除。當(dāng)接頭由小孔滑出后，香線在拉力作用下被拉直并沿斜板縫隙滑回至原位。通過(guò)這種方式巧妙地實(shí)現(xiàn)了香線在檢測(cè)過(guò)程完成后的復(fù)位。

2.4 檢測(cè)裝置相關(guān)參數(shù)的確定

該裝置主要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于合理地確定斜板與水平面之間的夾角及控制斜板平面的表面粗糙度。斜板與水平面的夾角可以通過(guò)測(cè)出線接頭與斜面的摩擦因數(shù)μ，進(jìn)而確定其角度值，斜面滑動(dòng)測(cè)定法是一種簡(jiǎn)便的測(cè)試方法，把物體置于斜面上，傾斜至某一角度，物體開(kāi)始下滑，此時(shí)斜面與水平面的交角即為摩擦角，通過(guò)物體重力或施加壓力可求得檢測(cè)物體間的摩擦因數(shù)[3]。

線接頭通過(guò)斜板時(shí)，沿斜板方向向下的拉力為

式中：F為線接頭沿斜板方向拉力；FL為香線豎直方向的拉力；μ為斜板與香線的摩擦因數(shù)；θ為斜板與水平方向的夾角。

當(dāng)F＞0時(shí)，接頭在拉力的作用下沿斜板平面向下滑動(dòng)，當(dāng)接頭在斜板面上滑動(dòng)不夠順暢時(shí)，可通過(guò)改變斜板面與水平面的夾角增大拉力的作用效果來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

3 新型檢測(cè)裝置使用效果評(píng)價(jià)

通過(guò)人工在香線上打結(jié)，設(shè)置各種大小不同的接頭，對(duì)新型檢測(cè)裝置和原有檢測(cè)裝置的檢出效果進(jìn)行多次對(duì)比，檢驗(yàn)其使用效果，檢測(cè)裝置檢測(cè)效果對(duì)比如表1所示。

通過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，分別使用兩種檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)其剔除濾棒進(jìn)行收集，通過(guò)人工檢測(cè)濾棒中是否有接頭存在，并對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)比兩種檢測(cè)裝置的誤剔除率（誤剔除率是指剔除濾棒中不含接頭的濾棒占總剔除濾棒支數(shù)的比率）。檢測(cè)裝置誤剔除率對(duì)比如表2所示。

經(jīng)實(shí)際檢測(cè)及相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比，新型檢測(cè)裝置在使用效果上明顯優(yōu)于原有的檢測(cè)裝置。并且由于結(jié)構(gòu)上的不同，其在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中表現(xiàn)出的穩(wěn)定性也明顯高于原有檢測(cè)裝置。

表1 檢測(cè)裝置檢出次數(shù)對(duì)比表

表2 檢測(cè)裝置誤剔除率對(duì)比表

4 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用證明，該新型香線接頭檢測(cè)裝置穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更換生產(chǎn)規(guī)格只需對(duì)裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)整即可，節(jié)省了調(diào)試時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。成功地解決了原有檢測(cè)裝置識(shí)別準(zhǔn)確率低、穩(wěn)定性差等問(wèn)題，為提高的產(chǎn)品質(zhì)量提供了有力保障。