成綿龍，何廣添，曾愛平

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東 佛山 528300）

0 引言

2020年初，新冠肺炎疫情突然爆發(fā)。根據(jù)相關(guān)權(quán)威研究，新型冠狀病毒肺炎主要通過飛沫、直接接觸等途徑傳播［1－3］，佩戴口罩是目前人民群眾預(yù)防該病毒的主要途徑之一，導(dǎo)致口罩供不應(yīng)求，市場急需口罩生產(chǎn)設(shè)備?？谡衷O(shè)備是一個(gè)小眾行業(yè)，目前國外已基本不生產(chǎn)口罩設(shè)備。中國原有的棉紗口罩主要用縫紉機(jī)人工完成，在21世紀(jì)初期才開始仿制無紡布口罩自動生產(chǎn)設(shè)備，主要以中國臺灣技術(shù)為模板［4］?？谡滞庑蔚牟町悰Q定了口罩設(shè)備的多樣性，市場上口罩設(shè)備種類繁多、功能各異，按口罩形狀可分為平面口罩生產(chǎn)設(shè)備、折疊形口罩生產(chǎn)設(shè)備、鴨嘴型口罩生產(chǎn)設(shè)備、杯型口罩生產(chǎn)設(shè)備；按設(shè)備的加工特點(diǎn)可分為半自動口罩機(jī)和全自動口罩機(jī)。

為了解決口罩生產(chǎn)設(shè)備緊缺的問題，國內(nèi)部分大型制造企業(yè)及部分民營裝備制造企業(yè)均開始生產(chǎn)口罩設(shè)備，短時(shí)間內(nèi)，各式各樣的半自動口罩機(jī)和全自動口罩機(jī)數(shù)量劇增，但在設(shè)備的實(shí)際使用過程中，無論是全自動口罩設(shè)備還是半自動口罩設(shè)備的質(zhì)量均良莠不齊［5］，運(yùn)行穩(wěn)定性有待提高，關(guān)于口罩設(shè)備的質(zhì)量糾紛也頻繁發(fā)生。本文就內(nèi)耳帶包邊焊接機(jī)、全自動折疊式口罩機(jī)、全自動打片機(jī)這3種不同類型的設(shè)備出現(xiàn)的一些質(zhì)量問題，結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過試驗(yàn)分析問題出現(xiàn)的原因，并提供了解決方案，以提高相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量水平。

1 內(nèi)耳帶包邊焊接機(jī)

1.1 設(shè)備簡介

設(shè)備主要由送料機(jī)構(gòu)、耳帶輸送機(jī)構(gòu)、耳帶焊接機(jī)構(gòu)、包邊帶輸送機(jī)構(gòu)、包邊機(jī)構(gòu)、成品輸出機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成，用于對平面口罩進(jìn)行耳帶焊接、包邊加工。加工工序如圖1所示。

圖1 口罩耳帶焊接包邊加工工序

1.2 設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問題

運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，在耳帶焊接機(jī)構(gòu)位置出現(xiàn)多次耳帶焊接錯(cuò)位、未焊上或焊接機(jī)構(gòu)將口罩帶出料盤導(dǎo)致設(shè)備卡阻、口罩片常偏離出料槽、錯(cuò)位后兩片口罩同時(shí)進(jìn)入包邊機(jī)構(gòu)的情況。

1.3 原因分析

在自動模式下，設(shè)備各機(jī)構(gòu)的動作需要通過參數(shù)設(shè)置，如圖2所示，料盤速度、旋轉(zhuǎn)速度、耳熔速度等都需要單獨(dú)設(shè)置，當(dāng)需要調(diào)整生產(chǎn)速度時(shí)，只能憑經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整各參數(shù)設(shè)置，當(dāng)設(shè)置不匹配時(shí)，各機(jī)構(gòu)運(yùn)動不協(xié)調(diào)即會出現(xiàn)卡阻或報(bào)警，影響生產(chǎn)速度和故障率。

圖2 運(yùn)行參數(shù)設(shè)置頁面

包邊加工時(shí)，輸送帶上的料槽把待加工口罩移送至規(guī)定位置，因包邊送料機(jī)構(gòu)是固定在機(jī)身上的，包邊機(jī)構(gòu)與口罩相對位置的準(zhǔn)確性就顯得特別重要，若口罩沒有被送至正確的位置（如偏斜、離開料槽），就會出現(xiàn)包邊包偏、漏包邊等現(xiàn)象?？谡值倪\(yùn)動為間歇移動，速度越大，移動的加速度就越大，而口罩屬于軟體材質(zhì)，重量輕，這就要求口罩移動時(shí)必須保持適當(dāng)?shù)墓潭ǎ駝t就可能會發(fā)生口罩偏斜、錯(cuò)位現(xiàn)象。從結(jié)構(gòu)看，輸送帶料槽兩側(cè)上方雖然分別裝設(shè)了同步皮帶，但口罩在皮帶下方處于“懸空”狀態(tài)，如圖3所示，皮帶與口罩間不是緊接觸，導(dǎo)致口罩不能在“壓緊”狀態(tài)下移動。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生產(chǎn)速度較慢時(shí)，因間歇運(yùn)動的加速度對口罩的沖擊較小，口罩移動時(shí)發(fā)生偏斜的概率較低，被卡住導(dǎo)致的自動停機(jī)次數(shù)較少；當(dāng)生產(chǎn)速度超過30片／min后，口罩間歇移動導(dǎo)致發(fā)生偏斜、錯(cuò)位的次數(shù)明顯增加，每分鐘至少出現(xiàn)1次自動停機(jī)。由此可見，設(shè)備包邊工序中的口罩輸送定位裝置設(shè)計(jì)不合理，不能保證在生產(chǎn)速度超過30片／min的情況下順暢生產(chǎn)［6－8］。

圖3 包邊工序的同步皮帶下方處于懸空狀態(tài)

1.4 解決方案

解決方案如下。

（1）針對參數(shù)不匹配的問題，建議在控制系統(tǒng)中將料盤速度、焊接時(shí)間、焊接上下、旋轉(zhuǎn)動作速度匹配后進(jìn)行固化，僅保留生產(chǎn)速度調(diào)節(jié)來控制生產(chǎn)快慢。

（2）針對口罩位置偏移的問題，建議在送料機(jī)構(gòu)中增加壓料裝置，防止口罩在輸送中偏移。

2 全自動折疊式口罩機(jī)

2.1 設(shè)備簡介

設(shè)備主要由布料放卷機(jī)構(gòu)、鼻梁條植入機(jī)構(gòu)、超聲波滾焊復(fù)合機(jī)構(gòu)、耳帶焊接機(jī)構(gòu)、對折成型機(jī)構(gòu)、超聲波焊邊機(jī)構(gòu)、滾切機(jī)構(gòu)、邊料收卷機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成，用于對折疊型口罩進(jìn)行布料復(fù)合、鼻梁條植入、滾焊復(fù)合、耳帶焊接、對折成型、焊邊、滾切等全自動一次性成型加工。加工工序如圖4所示。

圖4 全自動折疊式口罩機(jī)加工工序

2.2 設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問題

設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾切位置出現(xiàn)偏移，運(yùn)轉(zhuǎn)20 min后，偏移量達(dá)到2.5 mm，如圖5～6所示，且調(diào)整困難。

圖5 設(shè)備開始加工時(shí)的滾切位置

圖6 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)20 min后的滾切位置

2.3 原因分析

設(shè)備采用機(jī)械同步傳動結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各傳動輥組速度的一致性，即由一臺伺服電機(jī)通過長傳動軸、鏈輪、齒輪等傳動方式驅(qū)動各輸送輥組運(yùn)動，這種結(jié)構(gòu)（如圖7所示）在原理上可以確保在連續(xù)工作時(shí)各輥組轉(zhuǎn)動速度一致，使得物料能在輥組間平穩(wěn)、勻速移動，實(shí)現(xiàn)正常穩(wěn)定生產(chǎn)，但由于各傳動部件（如齒輪、鏈輪、傳動輥等）制造和裝配精度的差異，將導(dǎo)致各輥組間實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)速度存在差異，相同時(shí)間內(nèi)物料在每個(gè)輥組間移動的距離也就不同，滾切位置也因此會產(chǎn)生偏移，因物料在輥組間打滑因素基本可忽略，時(shí)間越長，各輥組間物料移動距離差就越大，相應(yīng)的滾切位置偏移量也就越大。

圖7 設(shè)備的主傳動機(jī)構(gòu)

設(shè)備裝設(shè)了滾切位置相位調(diào)整的機(jī)構(gòu)，如圖8所示，但該機(jī)構(gòu)的位置放置在焊邊機(jī)構(gòu)之前，而焊邊的位置是通過控制系統(tǒng)自動控制獨(dú)立的伺服電機(jī)來調(diào)整的，當(dāng)調(diào)整滾切位置時(shí)，焊邊位置也會跟著調(diào)整，焊邊伺服系統(tǒng)的定位也將需要重新調(diào)整，增加了設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中調(diào)整滾切、焊邊相對位置的難度［9－11］。

圖8 調(diào)整滾切位置的機(jī)構(gòu)

2.4 解決方案

解決方案如下。

（1）針對滾切位置出現(xiàn)偏移的問題，建議在輸送系統(tǒng)中增加一組可自動調(diào)節(jié)的張緊輪組，以解決運(yùn)行過程中布料張力變化引起的偏移問題。

（2）針對滾切位置難于調(diào)整的問題，建議將相位調(diào)整機(jī)構(gòu)與焊接成型機(jī)構(gòu)位置互換，互換后調(diào)整滾切位置時(shí)焊接位置不會同時(shí)改變。

3 全自動打片機(jī)

3.1 設(shè)備簡介

設(shè)備主要由布料輸送機(jī)構(gòu)、鼻梁條輸送機(jī)構(gòu)、輸送輥組、超聲波焊接成型機(jī)構(gòu)、滾切機(jī)構(gòu)、邊料收卷機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成，用于對折疊型口罩進(jìn)行布料復(fù)合、鼻梁條植入、成型、滾切加工。加工工序如圖9所示。

圖9 全自動打片機(jī)加工工序

3.2 設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問題

設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾切位置出現(xiàn)偏移，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為1 min，偏移量達(dá)到2 mm，如圖10～11所示。

圖10 外觀合格樣品

圖11 外觀不合格樣品

3.3 原因分析

設(shè)備共有5個(gè)輥組，如圖12所示，布料、鼻梁條在經(jīng)過5個(gè)輥組后最終成型為口罩片，每個(gè)輥組均由伺服電機(jī)驅(qū)動，如圖13所示。采用多伺服電機(jī)的速度同步控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5個(gè)輥組速度和位置的同步，設(shè)備還可以通過控制面板的1＃、2＃、3＃、4＃、5＃對5個(gè)輥組的相位進(jìn)行微調(diào)。3＃輥組為超聲波焊接機(jī)構(gòu)，用于將各層布料及鼻梁條焊接成一體；5＃輥組為滾切機(jī)構(gòu)，用于將焊接后的布料按刀模的形狀滾切成口罩片。運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，滾切機(jī)構(gòu)（5＃輥組）與焊接機(jī)構(gòu)（3＃輥組）的相位位置開始不同步，導(dǎo)致滾刀未能在正確的滾切位置將口罩片滾切成型，也就是說，設(shè)備的多伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)未配置速度同步控制功能，不能解決好5個(gè)輥組電機(jī)始終保持同步運(yùn)動的問題，導(dǎo)致了滾切位置的偏移［12］。

圖12 5個(gè)輥組

圖13 輥組由伺服電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動

3.4 解決方案

針對滾切位置出現(xiàn)偏移的問題，建議在輸送系統(tǒng)中增加一組可自動調(diào)節(jié)的張緊輪組，以解決運(yùn)行過程中布料張力變化引起的偏移問題。同時(shí)在控制系統(tǒng)中增加焊接輥組和滾切輥組的速度同步控制。

4 結(jié)束語

本文針對內(nèi)耳帶包邊焊接機(jī)、全自動折疊式口罩機(jī)、全自動打片機(jī)3種不同類型的設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問題，結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過試驗(yàn)分析問題出現(xiàn)的原因，提出了解決方案，得出以下結(jié)論：

（1）通過在控制系統(tǒng)中將料盤速度、焊接時(shí)間、焊接上下、旋轉(zhuǎn)動作速度匹配后進(jìn)行固化，在送料機(jī)構(gòu)中增加壓料裝置，防止口罩在輸送中偏移的方式，可解決內(nèi)耳帶包邊焊接機(jī)在耳帶焊接機(jī)構(gòu)位置出現(xiàn)耳帶焊接錯(cuò)位、未焊上、口罩片偏離出料槽等引起的設(shè)備卡阻問題；

（2）通過在輸送系統(tǒng)中增加一組可自動調(diào)節(jié)的張緊輪組，將相位調(diào)整機(jī)構(gòu)與焊接成型機(jī)構(gòu)位置互換的方式，可解決全自動折疊式口罩機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾切位置出現(xiàn)偏移且調(diào)整困難的問題；

（3）通過在輸送系統(tǒng)中增加一組可自動調(diào)節(jié)的張緊輪組，在控制系統(tǒng)中增加焊接輥組和滾切輥組的速度同步控制的方式，可解決全自動打片機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾切位置出現(xiàn)偏移的問題。