劉瀾波，劉三星，李華明，韓艷軍

湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司長(zhǎng)沙卷煙廠，長(zhǎng)沙市雨花區(qū)勞動(dòng)?xùn)|路426 號(hào) 410007

接裝紙花式涂膠是降低卷煙焦油量的重要方式之一［1-3]。但花式涂膠受接裝紙張力、車速變化等因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因膠位微小偏移而造成煙支漏氣、接裝紙搭口翹邊等質(zhì)量問題［4]，因此在膠位偏移后必須及時(shí)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。ZJ17 卷接機(jī)組是我國卷煙生產(chǎn)企業(yè)的主力機(jī)型，該機(jī)組本身無膠位調(diào)整裝置［5]，在生產(chǎn)花式涂膠卷煙時(shí)，需要停機(jī)對(duì)膠位進(jìn)行調(diào)整，由此影響設(shè)備運(yùn)行效率和卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。針對(duì)此問題，王永峰等［6]設(shè)計(jì)了PROTOS70 卷接機(jī)組控膠輥組合軸承，減少了軸承磨損，改善了膠位偏移情況；張衛(wèi)賓等［7]對(duì)YJ29 接裝機(jī)供膠裝置控膠輥涂膠區(qū)進(jìn)行調(diào)整，減少了接裝紙搓接質(zhì)量問題；朱劍凌等［8]研制了無膠區(qū)膠輥對(duì)位工裝，提高了膠位偏移后的對(duì)位效率；趙龍等［9]分析了預(yù)打孔接裝紙涂膠位置發(fā)生偏移的原因；劉長(zhǎng)龍等［10]通過對(duì)接裝紙涂膠相位偏移故障分析，提出了相應(yīng)改進(jìn)措施。但對(duì)于膠位偏移在線調(diào)整裝置及相關(guān)技術(shù)研究則鮮見報(bào)道。為此，通過對(duì)ZJ17 機(jī)組接裝紙涂膠方式進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種接裝紙膠位在線微調(diào)裝置，以期降低停機(jī)次數(shù)，提高設(shè)備有效作業(yè)率。

1 問題分析

接裝紙的涂膠相位主要由涂膠輥至吸紙輪的距離決定。由圖1 可見，在接裝紙導(dǎo)輥支架固定的情況下，涂膠輥至吸紙輪的距離是固定的，一般為575 mm，而涂膠輥在生產(chǎn)時(shí)由MAX 主驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)，非獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，因此涂膠輥的相位在生產(chǎn)時(shí)無法進(jìn)行調(diào)整。

圖1 接裝紙涂膠至切割路徑示意圖Fig.1 Schematic diagram of path between tipping paper gluing and cutting

當(dāng)需要調(diào)整涂膠相位時(shí)，一種方法是調(diào)整上膠輥與下膠輥傳動(dòng)齒輪的相對(duì)位置。由于涂膠輥傳動(dòng)齒輪齒數(shù)為35，涂膠輥周長(zhǎng)為216.7 mm，改變一個(gè)齒位的調(diào)整距離為1/35 周長(zhǎng)，約為6 mm，因此該方法一般用于準(zhǔn)備生產(chǎn)時(shí)的粗調(diào)。另一種方法是通過轉(zhuǎn)動(dòng)接裝紙導(dǎo)輥支架進(jìn)行調(diào)整。在生產(chǎn)過程中涂膠后的接裝紙受張力變化及其延伸性的影響，會(huì)產(chǎn)生一定的膠位跑動(dòng)量，計(jì)算公式為：

式中：ΔSMAX—膠位跑動(dòng)量的最大值，mm；S—涂膠輥至吸紙輪的距離，mm；δ—接裝紙的延伸率，%。

取S=575 mm，δ=0.05%～0.70%，δ 取 最 大 值0.70%，則最大膠位跑動(dòng)量=575×0.70%=4.03 mm。生產(chǎn)中一般采用此方法調(diào)整膠位跑動(dòng)量，但上述兩種方法均需要在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行調(diào)整。

分析可知，轉(zhuǎn)動(dòng)接裝紙導(dǎo)輥支架可以改變涂膠輥至吸紙輪之間的距離，要實(shí)現(xiàn)接裝紙膠位在線調(diào)整，就需要實(shí)時(shí)調(diào)整接裝紙從涂膠輥至吸紙輪之間的路徑長(zhǎng)度［11]。接裝紙導(dǎo)輥支架在MAX內(nèi)部的左上部位，由左導(dǎo)輥、右導(dǎo)輥、支架臂等組成，支架臂中間有圓孔，通過圓孔由鎖緊螺釘將支架臂固定在橢圓振蕩輥軸套上，進(jìn)而將左導(dǎo)輥和右導(dǎo)輥固定在支架臂上［12]。研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)接裝紙導(dǎo)輥支架在線調(diào)整有3 種方法：一是分離并移動(dòng)接裝紙導(dǎo)輥支架中的左導(dǎo)輥；二是分離并移動(dòng)接裝紙導(dǎo)輥支架中的右導(dǎo)輥；三是繞橢圓振蕩輥轉(zhuǎn)動(dòng)支架臂。由于接裝紙導(dǎo)輥支架所在位置決定了微調(diào)裝置的操作手柄只能安裝在上部空間，考慮到安裝空間及導(dǎo)輥位置等因素，采用分離并移動(dòng)支架左導(dǎo)輥的方式較為理想。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)組成

基于杠桿原理及偏心軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的接裝紙膠位在線微調(diào)裝置，主要由連接板、調(diào)整擺桿、偏心軸等部件組成，見圖2。設(shè)計(jì)中將橢圓振蕩輥（A）左側(cè)的接裝紙導(dǎo)輥（B）安裝在調(diào)整擺桿（C）上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)MAX 防護(hù)罩外面的微調(diào)手柄（D），控制調(diào)整擺桿（C）動(dòng)作進(jìn)而改變接裝紙導(dǎo)輥（B）位置，使涂膠點(diǎn)到滾刀切割點(diǎn)之間的接裝紙路徑長(zhǎng)度發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)不停機(jī)調(diào)整涂膠相位的功能。

圖2 接裝紙膠位在線微調(diào)裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of device for on-line fine tuning of glue position

2.2 連接板

連接板固定在設(shè)備底板上，其作用是固定微調(diào)裝置，為了方便調(diào)整左導(dǎo)輥位置，將連接板的固定螺絲孔設(shè)計(jì)為腰型槽。此外，連接板上還安裝有調(diào)整擺桿、偏心軸座等部件。由圖3 可見，調(diào)整擺桿利用臺(tái)階螺釘作為擺動(dòng)支點(diǎn)安裝在連接板上，其安裝螺孔到圓心距離a 可視為擺桿動(dòng)力臂長(zhǎng)度，是決定微調(diào)行程的因素之一。經(jīng)綜合考慮，取a 值為40 mm。

圖3 連接板結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of connecting plate

2.3 調(diào)整擺桿

改進(jìn)后左導(dǎo)輥從接裝紙導(dǎo)輥支架上分離，安裝在調(diào)整擺桿上。通過手動(dòng)操作微調(diào)手柄，帶動(dòng)調(diào)整擺桿以臺(tái)階螺釘作為支點(diǎn)進(jìn)行擺動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)左導(dǎo)輥移動(dòng)實(shí)現(xiàn)膠位調(diào)節(jié)。由圖4 可見，左導(dǎo)輥安裝孔圓心到臺(tái)階螺釘圓心距離b 是擺桿阻力臂長(zhǎng)度，也是決定微調(diào)行程的因素之一。經(jīng)綜合考慮，取b 值為79 mm。

圖4 調(diào)整擺桿結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure of adjustable swinging lever

2.4 偏心軸

偏心軸一端與微調(diào)手柄相連，另一端圓柱面與調(diào)整擺桿U 型槽相切，由此帶動(dòng)調(diào)節(jié)擺桿動(dòng)作。由圖5 可見，偏心距c 也是決定微調(diào)行程的因素之一。經(jīng)綜合考慮，取c 值為3 mm。

2.5 微調(diào)裝置工作行程

由于上膠輥和下膠輥傳動(dòng)齒輪改變一個(gè)齒位，膠位可向左或向右偏移約6 mm。由圖6 可見，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手柄使擺桿分別移動(dòng)到左、右極限位置，即相當(dāng)于擺桿繞支點(diǎn)O 做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)行軌跡形成的△OAB 與△ODE 為相似三角形。

圖5 偏心軸結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure of eccentric shaft

圖6 微調(diào)零件幾何尺寸分析圖Fig.6 Geometric dimension analysis of adjustable parts

根據(jù)相似三角形原理，左導(dǎo)輥移動(dòng)距離LAB的計(jì)算公式為：

式中：ROA—阻力臂長(zhǎng)度，mm；ROE—?jiǎng)恿Ρ坶L(zhǎng)度，mm；LDE—偏心軸移動(dòng)距離，mm；LAB—左導(dǎo)輥移動(dòng)距離，mm。

取ROA=79 mm，ROE=40 mm，LDE=2×3=6 mm，則左導(dǎo)輥的移動(dòng)距離為：

計(jì)算可知，左導(dǎo)輥的運(yùn)動(dòng)范圍可達(dá)11.85 mm。通過Solidworks 軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，擺桿的擺動(dòng)角度為8.6°，可以滿足膠位偏移不超過一個(gè)齒位對(duì)應(yīng)偏移量的要求，從而達(dá)到在線調(diào)整膠位的目的。

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：“白沙（精品）”牌卷煙（湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司長(zhǎng)沙卷煙廠提供）。

設(shè)備：ZJ17 卷接機(jī)組（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

測(cè)試方法：為對(duì)比使用效果，選取同一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行微調(diào)裝置測(cè)試。在接裝紙導(dǎo)輥支架上方的防護(hù)板上切割安裝孔安裝操作手柄，觀察膠位調(diào)整過程，分別統(tǒng)計(jì)改進(jìn)前后連續(xù)10 個(gè)工作日中3 個(gè)班次因調(diào)整膠位導(dǎo)致的停機(jī)次數(shù)及調(diào)整時(shí)間。

3.2 數(shù)據(jù)分析

3.2.1 膠位調(diào)整測(cè)試

由圖7 可見，微調(diào)裝置可對(duì)涂膠相位左右偏移5 mm 的距離進(jìn)行有效調(diào)整。在初始膠位設(shè)定后，正常生產(chǎn)中出現(xiàn)的膠位偏移量不會(huì)超過±5 mm，因此微調(diào)裝置可以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

3.2.2 對(duì)比測(cè)試

由表1 可見，改進(jìn)后甲、乙、丙3 個(gè)班次由于膠位偏移導(dǎo)致的停機(jī)次數(shù)及調(diào)整時(shí)間均顯著降低，停機(jī)次數(shù)由5.1 次/班次減少到0.36 次/班次，調(diào)整時(shí)間由14.3 min/班次減少到1.35 min/班次。

圖7 涂膠相位調(diào)整示意圖Fig.7 Schematic diagram of glue position adjustment

表1 改進(jìn)前后停機(jī)次數(shù)及膠位調(diào)整時(shí)間對(duì)比Tab.1 Frequency of machine stoppage and adjustment time of glue position before and after modification

4 結(jié)論

通過對(duì)ZJ17 機(jī)組接裝紙涂膠過程進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種接裝紙?jiān)诰€膠位微調(diào)裝置，解決了生產(chǎn)花式涂膠卷煙時(shí)需要停機(jī)調(diào)整膠位的問題，實(shí)現(xiàn)了膠位實(shí)時(shí)在線調(diào)整。以長(zhǎng)沙卷煙廠“白沙（精品）”牌卷煙為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：該裝置在不停機(jī)狀態(tài)下可對(duì)±5 mm 范圍內(nèi)的膠位偏移量進(jìn)行有效調(diào)整，改進(jìn)后因膠位偏移導(dǎo)致的停機(jī)次數(shù)減少4.74 次/班次，膠位調(diào)整時(shí)間減少12.95 min/班次，有效提高了設(shè)備運(yùn)行效率和卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。