預(yù)防接裝紙回卷的吹氣裝置設(shè)計(jì)

潘恒樂，孟慶華

1.常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南省常德市武陵區(qū)長(zhǎng)庚路999號(hào) 415000 2.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠，山東省青州市玲瓏山北路1818號(hào) 262599

接裝紙是卷煙產(chǎn)品的主要材料之一，其作用是利用乳膠作為粘接劑將濾棒與煙條緊密接裝在一起［1］。接裝紙的表面粗糙度、縱向抗張強(qiáng)度、吸膠性、背涂工藝等因素均會(huì)影響卷接設(shè)備的運(yùn)行效率［2］。ZJ116B型卷接機(jī)組是一種用于生產(chǎn)細(xì)支卷煙的卷接設(shè)備，額定生產(chǎn)速度為10 000支/min［3］。與常規(guī)卷煙相比，細(xì)支卷煙在設(shè)備啟停階段容易出現(xiàn)接裝紙回卷現(xiàn)象。接裝紙回卷是指在設(shè)備運(yùn)行過程中，接裝紙被分切完成后，當(dāng)振蕩輥迅速回拉接裝紙時(shí)容易出現(xiàn)接裝紙卷入膠輥的現(xiàn)象，由此造成設(shè)備故障停機(jī)，且需要人工將膠輥從設(shè)備中取出進(jìn)行清理，操作繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。近年來(lái)，針對(duì)接裝紙的研究主要集中在涂膠膠位控制［4-5］、粘接效果［6-7］、張力控制［8］、透氣性［9-11］等方面，如何解決接裝紙回卷問題則鮮有報(bào)道。為此，通過對(duì)ZJ116B機(jī)組接裝紙切割原理進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種預(yù)防接裝紙回卷的吹氣裝置，以期提高卷接設(shè)備運(yùn)行效率。

1 問題分析

1.1 接裝紙切割原理

改進(jìn)前接裝紙切割系統(tǒng)主要由膠輥、振蕩輥、壓紙輥、接裝紙、切紙輪和刀輥等組成，見圖1。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，負(fù)壓空氣通過切紙輪5表面的吸風(fēng)孔將接裝紙4緊緊吸附在切紙輪5的外圓上，接裝紙4隨切紙輪5的轉(zhuǎn)動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)。在刀輥6與切紙輪5的刀刃開始分切接裝紙4直至分切剛好完成前，通過振蕩輥2的補(bǔ)償作用，接裝紙4與切紙輪5同步運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)接裝紙4分切完成后，振蕩輥2快速將接裝紙4向后拉回，使接裝紙4與分切后的接裝紙片7分開一定距離，然后接裝紙4隨切紙輪5繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入下一次分切程序。而分切后的接裝紙片7繼續(xù)吸附在切紙輪5上并隨切紙輪5的轉(zhuǎn)動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入下一道工序。

在此過程中，振蕩輥將未切割接裝紙拉回的距離稱為滑差，其計(jì)算公式［12］為：

式中：ΔL為滑差，mm；S為每次切割時(shí)切紙輪轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)，mm；L為接裝紙片長(zhǎng)度，mm。

切紙輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈切割12次，則每次切割時(shí)切紙輪轉(zhuǎn)動(dòng)的弧長(zhǎng)S的計(jì)算公式為：

式中：d切為切紙輪直徑，mm。

已知d切=150 mm，則S≈39 mm。細(xì)支卷煙的接裝紙片長(zhǎng)度L細(xì)=19 mm，常規(guī)卷煙的接裝紙片長(zhǎng)度L常=27 mm，故細(xì)支卷煙的滑差ΔL細(xì)=39-19=20 mm，常規(guī)卷煙的滑差ΔL常=39-27=12 mm。由于細(xì)支卷煙的滑差比常規(guī)卷煙長(zhǎng)8 mm，因此細(xì)支卷煙接裝紙隨振蕩輥轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的波動(dòng)幅度較大。

1.2 存在問題

由圖1可見，在ZJ116B機(jī)組啟動(dòng)階段，壓紙輥3處于非工作狀態(tài)，未將接裝紙4壓在膠輥1表面，接裝紙4相當(dāng)于懸浮在膠輥1上方，在切紙輪5牽引和振蕩輥2回拉的作用下接裝紙4會(huì)來(lái)回移動(dòng)。由于細(xì)支卷煙接裝紙回拉距離長(zhǎng)，波動(dòng)幅度大，因此接裝紙很容易落在膠輥表面，在粘附膠水后隨膠輥轉(zhuǎn)動(dòng)卷成一團(tuán)。而在ZJ116B機(jī)組停機(jī)階段，壓紙輥3快速抬起，不再將接裝紙4壓在膠輥1表面，但在慣性作用下，通過主電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的振蕩輥2、切紙輪5以及刀輥6，在停機(jī)后仍會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間，此時(shí)壓紙輥3與膠輥1之間的接裝紙也會(huì)來(lái)回移動(dòng)，同樣容易出現(xiàn)接裝紙回卷現(xiàn)象。

2 改進(jìn)方法

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

要解決接裝紙回卷到膠輥的問題，關(guān)鍵是要減弱接裝紙?jiān)趩⑼ｋA段的波動(dòng)幅度。為此，根據(jù)ZJ116B機(jī)組接裝紙切割原理，在振蕩輥1與切紙輪5之間加裝了一個(gè)吹氣裝置3，主要由支座、吹氣管、管接頭以及氣管等部分組成，見圖2。吹氣裝置3安裝在箱體2上，兩個(gè)吹氣管7和8安裝在支座9上，并對(duì)稱設(shè)置于接裝紙4上下兩側(cè)。兩個(gè)L形管接頭10分別連接兩個(gè)吹氣管7和8，通過氣管13將Y形管接頭11與兩個(gè)L形管接頭10連通。氣管12連接電磁閥，利用電磁閥控制壓縮空氣的通斷。通過調(diào)節(jié)兩個(gè)吹氣管上氣孔的方向，使氣孔對(duì)向接裝紙，以保證吹出的氣流能夠張緊接裝紙，進(jìn)而避免接裝紙卷入膠輥。

圖2 改進(jìn)后接裝紙切割系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of tipping paper cutting system after modification

氣路主要由兩位三通電磁閥和可調(diào)單向節(jié)流閥等部分組成，見圖3。兩位三通電磁閥3選用ZJ116B機(jī)組的備用電磁閥A11M-Y64，主要用于控制氣源4中壓縮空氣的通斷。當(dāng)啟停階段需要張緊接裝紙時(shí)，調(diào)節(jié)電磁閥使氣源與氣路連通，壓縮空氣經(jīng)過節(jié)流閥2輸送到兩個(gè)吹氣管1上的氣孔，形成射流對(duì)接裝紙進(jìn)行吹氣。通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥可以控制壓縮空氣的壓力，保證接裝紙?zhí)幱趶埦o狀態(tài)。

圖3 氣路控制原理圖Fig.3 Control principle of air circuit

2.2 控制程序設(shè)計(jì)

ZJ116B機(jī)組的電控系統(tǒng)采用IPC控制技術(shù)［13］，故利用IPC系統(tǒng)編寫控制模塊用于控制氣源中壓縮空氣的通斷，控制流程見圖4。當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，兩位三通電磁閥通電換位，壓縮空氣通過兩個(gè)吹氣管對(duì)接裝紙進(jìn)行吹氣使其張緊；然后壓紙輥下壓，將接裝紙壓在膠輥上；當(dāng)開關(guān)B67M檢測(cè)到壓紙輥時(shí)發(fā)送信號(hào)，電磁閥斷電，在彈簧的作用下，電磁閥復(fù)位，氣源關(guān)閉。當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，壓紙輥抬起，電磁閥通電換位，吹氣管持續(xù)對(duì)接裝紙吹氣2 s，使接裝紙保持張緊狀態(tài)；然后電磁閥斷電復(fù)位，吹氣管停止工作。

圖4 吹氣裝置控制流程圖Fig.4 Control flow chart of air blowing device

3 應(yīng)用效果

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：“泰山（白將軍）”牌細(xì)支卷煙（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠提供）。

設(shè)備：ZJ116B型卷接機(jī)組（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

方法：ZJ116B機(jī)組的運(yùn)行速度為10 000支/min，統(tǒng)計(jì)改進(jìn)前后5個(gè)班次在設(shè)備啟動(dòng)和停機(jī)階段接裝紙卷入膠輥的次數(shù)，以及接裝紙卷入膠輥后人工清理膠輥時(shí)間，取平均值。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可見，改進(jìn)后接裝紙卷入膠輥次數(shù)由7.4次/班次降低到0，有效提高了設(shè)備運(yùn)行效率。由表2可見，改進(jìn)前人工清理膠輥時(shí)間74 min/班次，改進(jìn)后未出現(xiàn)接裝紙卷入膠輥現(xiàn)象，無(wú)需再清理膠輥，降低了設(shè)備維保時(shí)間。

表1 改進(jìn)前后接裝紙卷入膠輥次數(shù)①Tab.1 Frequency of tipping paper winding on gluing roller before and after modification（次/班次）

表2 改進(jìn)前后人工清理膠輥時(shí)間①Tab.2 Time for artificial gluing roller cleaning before and after modification （min/班次）

3 結(jié)論

采用IPC系統(tǒng)編寫控制模塊以控制氣源中壓縮空氣的通斷，在設(shè)備啟停階段通過吹氣裝置吹氣使接裝紙保持張緊狀態(tài)，避免了接裝紙因振蕩波動(dòng)幅度過大而卷入膠輥。以青島卷煙廠生產(chǎn)的“泰山（白將軍）”牌細(xì)支卷煙為對(duì)象，對(duì)改進(jìn)前后ZJ116B機(jī)組進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，結(jié)果表明：改進(jìn)后機(jī)組在啟動(dòng)和停機(jī)階段均未出現(xiàn)接裝紙卷入膠輥現(xiàn)象，接裝紙卷入膠輥次數(shù)由7.4次/班次降低到0，人工清洗膠輥時(shí)間減少74 min/班次，有效提高了設(shè)備運(yùn)行效率，降低了設(shè)備維保時(shí)間。該技術(shù)可在ZJ17D、ZJ112A等細(xì)支卷煙卷接機(jī)組上推廣應(yīng)用。