兩種口罩機的技術(shù)特點分析及優(yōu)劣比較

周友華 王谷洪 吳國卷 趙海金 費翼城

摘要：簡述并對比了新舊兩款口罩機的技術(shù)特點和優(yōu)劣，得出如下結(jié)論：新設(shè)備減少了上料調(diào)節(jié)的時間，提高了生產(chǎn)效率和良品率，同時新設(shè)備使用的原材料品種也更加廣泛，為口罩機的采購、自動化改造提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：口罩機;良品率;電缸

中圖分類號：TS103.7? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）04-0078-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.04.023

0? ? 引言

口罩是預(yù)防新冠肺炎疫情重要的衛(wèi)生防疫物資，佩戴口罩對防止病毒傳染具有重要作用，因此，自新冠肺炎疫情爆發(fā)以來，國內(nèi)外對口罩的需求急劇增加。中國作為制造業(yè)大國，擁有生產(chǎn)品種多樣、速度各異的口罩機的能力。目前市場上主要流行兩種自動口罩機，本文通過對比這兩種口罩機在上料、疊片、切片、輸送、耳帶剪切、熔耳帶、下料等環(huán)節(jié)的不同點，來展現(xiàn)這兩種口罩機在使用過程中各自的優(yōu)缺點。

1? ? 兩種口罩機技術(shù)特點

1.1? ? 老款一拖二口罩機

老款一拖二口罩機如圖1所示。

1.1.1? ? 上料特點

人工上料、手動輸送到三疊片部位，需嚴格遵守布料、疊片、壓花輪三點一線的原則，否則后續(xù)容易走偏。如果需要調(diào)節(jié)三疊片的位置，那么三疊片中每一片的位置都有可能變化，都需要調(diào)整。所以新手上料需要大量的時間來積累經(jīng)驗，同時壓花的時候邊路有可能因為口罩布料偏移導(dǎo)致褶皺。而且鼻梁條整卷水平放置，底部有個旋鈕式阻力調(diào)節(jié)裝置，不可自動調(diào)節(jié)，后續(xù)需要人工放料?？偟膩碚f，對工人要求較高，需要熟練掌握調(diào)整技能。

1.1.2? ? 疊片壓花特點

壓花輪的周長為一個口罩的寬度，中間和兩邊同時壓花封邊。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便。

缺點：一旦三疊片未疊整齊，容易出現(xiàn)褶皺，需要反復(fù)調(diào)整;而且壓花輪不管是兩邊部位還是中間部位，只要有一個花紋齒輪損壞，就需要整個更換;同時，除了壓花輪，后面幾組平行輪的壓力也要根據(jù)實際走料的情況來調(diào)節(jié)，否則口罩布料將逐步偏移或有壓痕，還會導(dǎo)致口罩波浪狀走形，橫切的切口處不整齊。

1.1.3? ? 切刀特點

滾輪上有1個凹槽用來裝刀片，刀片邊有3個孔用來固定鎖緊，刀背有3個貫穿滾輪的孔，用來頂?shù)侗?。通過左、中、右3個孔安裝頂絲來微調(diào)刀片水平，使切刀旋轉(zhuǎn)過程中能同時切斷整個物料，否則存在掛絲、切不斷的現(xiàn)象就不能實現(xiàn)自動下料。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單易懂，刀片更換方便。

缺點：人工手動調(diào)整頂絲，不同的人調(diào)整的刀片水平狀態(tài)不同，刀片調(diào)整不平衡，壓力過大，容易導(dǎo)致刀片卷刃，影響刀片的使用壽命。

1.1.4? ? 下料特點

切好的口罩通過輸送帶一分二，通過氣缸推送分別輸送到兩臺耳帶機上，氣缸推送的速度要和料道運行速度相匹配，因為氣缸推送過快容易打彎口罩，速度過慢容易卡料。

優(yōu)點：能夠提高產(chǎn)量，節(jié)約成本，解決了疊片機和耳帶機生產(chǎn)運行速度不匹配的問題。

缺點：口罩疊片后壓合力變化，會導(dǎo)致口罩有一定彎曲變化，當氣缸推動口罩時，會加大口罩的彎曲度，從而導(dǎo)致卡料。

1.1.5? ? 熔耳特點

采用氣缸帶動燙耳下壓到超聲波平臺。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，容易維修更換。

缺點：下壓高度難以精確控制;熔接后的口罩兩邊耳帶可能拉力不合格，氣壓波動容易導(dǎo)致熔接太深或太淺;燙耳的價格不便宜，如果前期安裝調(diào)整時，燙耳的水平位置未調(diào)整很好，將導(dǎo)致邊路磨損嚴重，上下未調(diào)整好，則整體磨損嚴重，均會影響使用壽命。

1.1.6? ? 耳帶剪切特點

采用氣缸推動剪刀斜剪。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，容易維護，能清楚地看見剪切效果。

缺點：斜剪耳帶對剪刀質(zhì)量要求很高，長時間使用后，剪刀刀片容易把耳帶帶偏離，導(dǎo)致燙耳下壓時壓偏耳帶，造成口罩拉力不合格;需要定期清潔刀面，潤滑軌道。

1.1.7? ? 夾耳特點

每個轉(zhuǎn)盤有前后兩組夾爪，夾爪夾住耳帶旋轉(zhuǎn)半圈的距離等于耳帶的長度。每組夾爪夾住耳帶的兩端，耳帶熔接完后松開耳帶。夾爪的夾緊和放松是通過彈簧來驅(qū)動的。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，容易更換。

缺點：耳帶卡住會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)不到位的情況，容易碰到燙耳導(dǎo)致?lián)p壞;同時，夾爪里面的彈簧頻繁使用后也會斷裂，需要定期更換。

1.1.8? ? 封耳特點

采用兩邊氣缸連接長方形的邊框把耳帶往中間推，然后加熱后的長條壓塊下壓。

優(yōu)點：位置調(diào)整方便，結(jié)構(gòu)簡單，容易維修。

缺點：在異常急停的過程中，邊框后退和壓塊下壓容易不同步，從而導(dǎo)致兩者發(fā)生碰撞，造成推板邊框破裂。

另外，耳帶熔接后的形狀不一，使用不同型號和質(zhì)量的耳帶熔接后的形狀也不一樣，需要耗費時間根據(jù)現(xiàn)場實際情況來調(diào)整長方形推框的高度和位置。

1.1.9? ? 鼻梁條特點

通過上下兩個齒狀的壓花輪拽動鼻梁條前進，同時保持鼻梁條的同步切刀旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一周后切斷鼻梁條，通過口罩物料帶動鼻梁條前進并封口。

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整。

缺點：無鼻梁條檢測，一旦一卷中的鼻梁條中間纏繞卡死，如果后端人員不能及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)的口罩沒有鼻梁條，將產(chǎn)生大量的廢品。

1.2? ? 新款一拖一口罩機

新款一拖一口罩機如圖2所示。

1.2.1? ? 上料特點

同樣是人工上料，調(diào)整部分加裝了自動調(diào)整裝置，鼻梁條加裝了懸桿式阻尼調(diào)整裝置，生產(chǎn)過程中能保持拉力恒定。缺點是要定期潤滑，優(yōu)點是降低了上料難度。

1.2.2? ? 壓花特點

和老款口罩機不一樣的是，它把壓花輪分成了兩部分，先由兩個邊輪封邊，然后送去疊片，最后再中間壓花。這樣做的優(yōu)點是減少了口罩偏移褶皺的問題，缺點是增加了材料成本，而且調(diào)整的時候前后都要調(diào)整到水平位置且壓力必須適中。同時，導(dǎo)向板尺寸需要依據(jù)口罩原材料的寬度來確定，一旦導(dǎo)向板成型，后續(xù)更換不同寬度的材料就需要加工新的導(dǎo)向板。

1.2.3? ? 切刀特點

相比于老款口罩機，新款口罩機的滾輪大了一倍，上下同時安裝了兩把切刀，而且裝切刀的凹槽里面沒有調(diào)整切刀水平的頂絲。一般情況下直接安裝刀片，不需要調(diào)整水平，如有需要，可通過在槽里墊壓不同厚度的銅片來調(diào)整切刀水平。凹槽兩頭有鎖緊孔，通過頂絲鎖緊孔來鎖緊刀片。

優(yōu)點：兩把切刀效率提升了一倍，而且解決了因頂絲松動而導(dǎo)致切刀不平的問題，一旦調(diào)整好切刀后，后續(xù)的加工非常穩(wěn)定。

缺點：更換刀具、墊銅片、調(diào)整切刀水平、調(diào)整壓力耗時長。

1.2.4? ? 下料特點

新機是一拖一的形式，所以無須分料，當然也就不存在氣缸推料，需要調(diào)整和維護氣缸的問題。因為伺服電缸的引入，耳帶機熔接耳帶的速率大大提高，可以和疊片機相匹配。所以，疊片機和耳帶機之間僅僅需要一個很短的料道傳送即可，減少了配件數(shù)量，降低了輸送故障發(fā)生的頻率。

1.2.5? ? 熔耳特點

采用了伺服電動缸下壓，這樣根據(jù)熔接耳帶的效果就可以直接在觸摸屏上精確快速方便地調(diào)整燙耳的位置，而且生產(chǎn)過程中穩(wěn)定性好，氣壓變動也不會影響口罩質(zhì)量。

1.2.6? ? 耳帶剪切特點

新機采用伺服電機控制夾爪去拉伸耳帶，耳帶的長度可以在觸摸屏上修改。拉伸后由垂直剪刀剪斷，然后從水平位置旋轉(zhuǎn)90°后下壓到口罩熔接位置。旋轉(zhuǎn)角度也是可調(diào)的。

優(yōu)點：縮短了因耳帶偏移或者拉力不合格而導(dǎo)致維修的時間，提高了生產(chǎn)效率。

缺點：對剪刀要求高，長時間使用，需要拆卸重新打磨剪刀刀刃，而且對氣缸提出了更高的要求，夾爪閉合不順暢時易導(dǎo)致夾爪夾住的耳帶偏短或者直接夾不住耳帶。

1.2.7? ? 夾耳特點

對比老款使用彈簧，新機改成了氣缸驅(qū)動來控制夾緊和放松，通過伺服電機旋轉(zhuǎn)角度來調(diào)整夾緊和松開耳帶的位置。在觸摸屏上可以很方便地設(shè)置伺服電機旋轉(zhuǎn)的角度。

優(yōu)點：旋轉(zhuǎn)角度可控，氣缸使用壽命遠大于彈簧，減少了故障發(fā)生的頻率。

1.2.8? ? 封耳特點

對比老款口罩機，新機去掉了氣缸推耳帶和封耳帶的動作，直接采用導(dǎo)向鐵絲，口罩在移動的過程中自動把兩邊的耳帶通過鐵絲導(dǎo)向中間，加熱后的壓塊再下壓封耳。

優(yōu)點：節(jié)約成本，一旦固定成型，后續(xù)幾乎不需要改動，減少了因氣缸漏氣而增加的維修時間，而且如果更換了不同型號和質(zhì)量的耳帶，則不需要再調(diào)整。

缺點：鐵絲較粗，人工手動彎曲費力，而且不容易成型，往往需要反復(fù)微調(diào)整，才能達到最佳的效果。

1.2.9? ? 鼻梁條特點

老款口罩機沒有自動檢測鼻梁條的功能，只有靠后端人工檢查才能知道口罩里有沒有鼻梁條。如果不能及時發(fā)現(xiàn)口罩未加鼻梁條，將會產(chǎn)生大量的不合格品，造成浪費。新款口罩機在鼻梁條切斷后，有兩個傳感器專門用來檢測口罩是否包裹了鼻梁條，這樣就無須人工隨時注意，無論鼻梁條是卡住還是用完，只要有一個口罩沒有鼻梁條，設(shè)備就會停機報警，完全杜絕了此類不良品流入市場。

2? ? 兩種口罩機核心部件對比

上述兩種口罩機的核心區(qū)別在于電缸的引入，相比于傳統(tǒng)的氣缸推動燙耳壓頭，使用電缸大大提高了燙耳壓合力的穩(wěn)定性，能夠穩(wěn)定地生產(chǎn)耳帶拉力合格的口罩?，F(xiàn)對氣缸和電缸的原理進行分析。

2.1? ? 普通氣缸

如圖3所示，普通氣缸包括缸筒、端蓋、活塞、活塞桿、緩沖柱塞和緩沖節(jié)流閥。缸筒的內(nèi)徑大小決定了氣缸輸出力的大小，活塞在缸筒內(nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)運動。當從無桿腔輸入壓縮空氣時，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力推動活塞運動，使活塞桿伸出;當有桿腔進氣、無桿腔排氣時，活塞桿縮回;若有桿腔和無桿腔交替進氣和排氣，則活塞桿做往復(fù)直線運動。

2.2? ? 電缸

如圖4所示，作為高精度直線運動系列的全新革命性產(chǎn)品，伺服電缸是實現(xiàn)伺服電機與絲杠一體化設(shè)計的模塊化產(chǎn)品，其能將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，同時將伺服電機最大的優(yōu)點——精確轉(zhuǎn)速控制、精確轉(zhuǎn)數(shù)控制、精確扭矩控制轉(zhuǎn)變成精確速度控制、精確位置控制、精確推力控制。

電缸的特點如下：（1）閉環(huán)伺服控制，控制精度達到0.01 mm;（2）增加壓力傳感器，實現(xiàn)精密推力控制，控制精度可達1%;（3）很容易與PLC等控制系統(tǒng)連接，實現(xiàn)高精度運動控制;（4）維護成本低，電缸在復(fù)雜環(huán)境下工作只需要定期注脂潤滑，并無易損件需要維護更換，比液壓系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)減少了大量的售后服務(wù)成本;（5）運動平穩(wěn)，噪聲低，節(jié)能，干凈，剛性高，抗沖擊性強，超長壽命，操作維護簡單。電缸可以在惡劣環(huán)境下長期無故障運行，并實現(xiàn)高強度、高速度、高精度定位，防護等級可以達到IP66。所以，電缸可以廣泛應(yīng)用于造紙、化工、汽車、電子、機械自動化、焊接等行業(yè)。

2.3? ? 對比分析

從上述分析可知，在生產(chǎn)過程中，相鄰口罩機用氣量變化，導(dǎo)致管路氣壓變化，會影響相關(guān)氣缸的推桿力，從而有可能導(dǎo)致燙耳在單位時間內(nèi)壓力變化，造成耳帶過熔或熔接不牢。如果使用電缸，在電網(wǎng)電壓基本穩(wěn)定的情況下，就不會出現(xiàn)燙耳壓力的變化;而且在觸摸屏上很容易通過精確設(shè)置數(shù)值來改變電缸下壓的位置和時間，這樣后端質(zhì)檢的結(jié)果就能快速反映到實際生產(chǎn)中，所以使用電缸的口罩機良品率大大高于使用普通氣缸的口罩機。

從維修角度來說，燙耳氣缸是直接固定在機架上的，當更換氣缸后，燙耳壓頭的位置其實已經(jīng)變動了，需要花大量的時間來重新調(diào)試，反復(fù)墊壓不同厚度的銅片來改變下壓的高度，從而確定最好的燙耳效果。而當電缸更換后，只需要在觸摸屏上修改位置的數(shù)值，即可確定最合適的高度，達到最好的燙耳效果。

3? ? 結(jié)語

綜上所述，新款口罩機在保證口罩質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、減少維修時間等方面相對于老款口罩機有很大的優(yōu)勢。未來口罩設(shè)備必然逐步向智能化方向發(fā)展，自動上料、自動調(diào)節(jié)、自動檢測等功能的應(yīng)用將極大地降低人工成本，提升生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品的良品率。

收稿日期：2021-11-23

作者簡介：周友華（1981—），男，江西永新人，工程師，從事制藥設(shè)備工程技改工作。

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