（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠，濟(jì)南 250000）

0 引言

隨著運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，卷煙生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行速度逐步提高，目前國產(chǎn)超高速卷煙機(jī)的生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到16000支/分鐘，這對(duì)卷煙包裝原輔材料的質(zhì)量提出了更高的工藝要求，設(shè)備與材料的雙向適應(yīng)性研究成為設(shè)備管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

卷煙產(chǎn)品在我國屬于副食品類別，由于其吸食的特殊屬性，對(duì)該類產(chǎn)品并無嚴(yán)格的保質(zhì)期要求，但在運(yùn)輸及儲(chǔ)存過程中，需要避免受到外界環(huán)境中溫濕度的影響。目前卷煙產(chǎn)品普遍采用BOPP煙用包裝薄膜對(duì)小盒及條盒商標(biāo)紙進(jìn)行密封包裹，以實(shí)現(xiàn)流通環(huán)節(jié)的產(chǎn)品吸味穩(wěn)定。

在高速生產(chǎn)條件下，BOPP煙用包裝薄膜在儲(chǔ)存、展開、傳遞、分切等各環(huán)節(jié)都不可避免的產(chǎn)生表面靜電，薄膜表面的靜電積累到一定程度將會(huì)影響到包裝質(zhì)量，造成破包、折角、拉線錯(cuò)位等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品合格率及設(shè)備有效作業(yè)率。目前薄膜包裝機(jī)械常采用靜電消除裝置對(duì)薄膜靜電進(jìn)行抑制，但生產(chǎn)環(huán)境、材料規(guī)格、包裝工藝等外部因素的差異，使靜電消除裝置無法保證靜電消除保持最佳效果，常需要根據(jù)使用條件進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

1 問題分析

1.1 靜電產(chǎn)生原因

BOPP煙用包裝薄膜是BOPP薄膜中技術(shù)含量較高的一個(gè)膜種，具有優(yōu)良的絕緣性能。材料中聚丙烯分子的化學(xué)鍵為共價(jià)鍵，難以發(fā)生電離，使電子或離子無法傳遞，所以薄膜表面具有較高的表面電阻，從而容易產(chǎn)生靜電[1]。

FOCKE409條盒包裝機(jī)是由德國FOCKE公司生產(chǎn)的一種用于細(xì)支煙產(chǎn)品的條盒包裝設(shè)備，設(shè)計(jì)生產(chǎn)速度為40條/分鐘。其薄膜輸送流程如下：

包裝薄膜卷安裝在底部的支架上，經(jīng)過多個(gè)傳輸輥的平整及糾偏，經(jīng)過靜電消除器去除部分靜電后繼續(xù)穿過鼓輪傳送，期間完成與拉線的定位粘合，然后經(jīng)由切刀鼓輪將透明紙切割成張，最后單張透明紙與預(yù)折成型的條盒商標(biāo)紙完成條盒的薄膜包裹及熱封。

圖1 FOCKE409條盒包裝薄膜輸送流程圖

在薄膜的整個(gè)傳遞過程中，需要經(jīng)過多個(gè)輸送輥及傳動(dòng)部件，這些部件的材質(zhì)一部分為金屬，也有一部分為了降低噪音，保證動(dòng)作可靠而采用了非金屬絕緣的部件（如透明紙傳送輥），容易因摩擦而產(chǎn)生靜電，加上設(shè)備內(nèi)電氣元件產(chǎn)生的電磁感應(yīng)，為靜電的產(chǎn)生、積累、轉(zhuǎn)移提供了足夠的條件。

經(jīng)過分析，在薄膜傳遞過程中產(chǎn)生靜電的主要環(huán)節(jié)為[2]：

1）輸送摩擦。包裝薄膜與輸送輥直接接觸，在展開、傳遞、轉(zhuǎn)向等過程中，與機(jī)械部件存在廣泛的摩擦接觸。

2）分切成型。切刀鼓輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中將連續(xù)的薄膜進(jìn)行分切，切割的單張薄膜與商標(biāo)紙共同進(jìn)行折疊成型，該過程會(huì)有靜電產(chǎn)生。

3）靜電傳遞。包裝薄膜在運(yùn)行過程中，如果不能及時(shí)消除靜電，其積累的靜電荷將不斷相互傳導(dǎo)并向后續(xù)工序傳遞。

1.2 靜電的影響

包裝薄膜的靜電積累到一定程度時(shí)，容易使材料出現(xiàn)排斥現(xiàn)象及表面吸灰，導(dǎo)致包裝薄膜在折疊成型過程中發(fā)生錯(cuò)位、卷折及污染[3]，這在條盒包裝薄膜中的表現(xiàn)尤為明顯，帶有靜電的薄膜又會(huì)成為靜電載體，導(dǎo)致靜電在不同工序及設(shè)備部件之間轉(zhuǎn)移并在更大范圍內(nèi)積累。

從工藝質(zhì)量管理系統(tǒng)（統(tǒng)計(jì)過程控制SPC）選取2016年下半年記錄的質(zhì)量缺陷數(shù)據(jù)，對(duì)四種主流生產(chǎn)機(jī)型的條盒包裝缺陷率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算了條盒包裝薄膜缺陷在其中的占比，結(jié)果如表1所示。

表1 不同包裝機(jī)型條盒包裝薄膜缺陷占比統(tǒng)計(jì)

這說明在安裝有靜電消除器的情況下，F(xiàn)OCKE409條盒包裝薄膜缺陷率較其它機(jī)型偏高。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

FOCKE409采用了美國SIMCO公司的MEB靜電中和棒作為靜電消除裝置，根據(jù)靜電產(chǎn)生的原因及靜電消除的原理，對(duì)靜電消除裝置的優(yōu)化主要在兩方面進(jìn)行，一是通過試驗(yàn)確定靜電消除器與包裝薄膜的間距；二是結(jié)合設(shè)備實(shí)際確定靜電消除器的作用位置。

在環(huán)境溫度26℃，濕度60%，設(shè)備運(yùn)行在額定速度的情況下，用靜電測(cè)試儀對(duì)靜電消除器和包裝薄膜處于不同間距下的表面靜電壓值各進(jìn)行三次測(cè)量并計(jì)算平均值，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下。

表2 不同間距下的平均靜電壓值

選定測(cè)量距離從16mm到30mm，以2mm為調(diào)整間隔，由測(cè)量結(jié)果可知，靜電消除器的安裝位置超出24mm一定距離后，靜電消除效果明顯降低。因此，最終確定靜電消除器的安裝位置距離包裝薄膜為24mm。

為確定靜電消除器的作用位置，對(duì)薄膜表面靜電壓值進(jìn)行了進(jìn)一步測(cè)量。在同樣的測(cè)試條件下，選取靜電消除器后2cm（記為中端）和傳輸切割末端前2cm（記為末端）兩個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量，得出數(shù)據(jù)對(duì)比如下。

圖2 靜電儀測(cè)定不同位置處透明紙的靜電壓值

數(shù)據(jù)表明，包裝薄膜的傳輸末端靜電壓值約為靜電消除后的一倍，這是因?yàn)榻?jīng)過靜電消除的薄膜在后續(xù)的傳輸過程中又會(huì)重新產(chǎn)生靜電，從而影響折疊成型階段的包裝質(zhì)量，所以靜電消除器應(yīng)盡量靠近材料傳輸末端，以保證分切成張的包裝薄膜在進(jìn)入折疊成型階段前的靜電積累最低。

2.2 改進(jìn)實(shí)施

根據(jù)設(shè)備實(shí)際條件，選定將靜電消除器位置后移至分切鼓輪前，設(shè)計(jì)新的支架及支撐螺桿并固定于分切鼓輪支撐板上。由于支架對(duì)加工機(jī)械強(qiáng)度要求不大，故采用Q235普通碳素鋼作為加工材料。

支架作為靜電消除器的支撐機(jī)構(gòu)，與支撐螺桿通過螺紋孔連接，為了使靜電消除器更加穩(wěn)定且便于定位，在支撐螺桿上設(shè)計(jì)了內(nèi)外兩個(gè)同樣的支架。

圖3 支架設(shè)計(jì)及實(shí)際安裝圖

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靜電消除器主要通過高壓發(fā)生器產(chǎn)生高壓，作用于放電尖端，將薄膜的靜電中和[4]。在研究過程中，我們發(fā)現(xiàn)靜電消除器只有在設(shè)備“急停”和“空轉(zhuǎn)”兩種狀態(tài)下才會(huì)切斷電源，考慮到設(shè)備故障時(shí)，需要人工介入，所以進(jìn)一步對(duì)該處的安全聯(lián)鎖程序進(jìn)行了優(yōu)化。

靜電消除器的電源通斷來自PLC信號(hào)A8.0，從源程序OB010_OPERATING(PRG)程序段對(duì)應(yīng)位置引入故障停機(jī)信號(hào)A7.2，可以保證當(dāng)設(shè)備需要人工介入時(shí)，及時(shí)切斷靜電消除器電源，增加安全系數(shù)。

圖4 靜電消除裝置PLC安全聯(lián)鎖程序優(yōu)化

2.3 效果驗(yàn)證

優(yōu)化實(shí)施完成后，在同等溫濕度、額定生產(chǎn)速度條件下，使用靜電測(cè)試儀對(duì)經(jīng)過靜電消除器的薄膜靜電壓值進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)間為每10min檢測(cè)一次，連續(xù)測(cè)量2小時(shí)，得出數(shù)據(jù)如圖5所示。

數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后在包裝薄膜進(jìn)入折疊成型工序前能夠保證表面靜電在包裝工藝要求范圍內(nèi)，降低了靜電對(duì)包裝質(zhì)量的影響。

3 結(jié)論

圖5 優(yōu)化后測(cè)定的薄膜中末端靜電壓值

經(jīng)過對(duì)卷煙包裝設(shè)備FOCKE409的靜電消除裝置優(yōu)化改造，達(dá)到了更好的消除薄膜表面靜電的效果，薄膜傳輸末端靜電壓可以控制在1kV以內(nèi)，可以滿足包裝工藝要求，通過對(duì)優(yōu)化效果跟蹤驗(yàn)證，在實(shí)際生產(chǎn)中包裝缺陷率得到降低，同時(shí)對(duì)原有靜電消除裝置的安全聯(lián)鎖程序進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)包裝行業(yè)的靜電消除課題有一定的借鑒價(jià)值，目前改造方案已在其他卷煙包裝機(jī)型上得到推廣。

[1]季云飛.BOPP煙用包裝薄膜靜電消除方法[J].科教文匯.2006(8):197.

[2]牛宇.精細(xì)凹版印刷與分切過程中靜電的測(cè)量與消除方法的研究[D].保定:華北電力大學(xué).2012.

[3]周倩,黃少云.軟包裝印刷生產(chǎn)中靜電的危害和消除措施[J].印刷質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化.2014(4):37-39.

[4]繆紅林,張新沂,郭惠選.基于PIC的靜電消除控制系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化.2013,35(12):22-23.