姜冬子，卞建勝，張玉臣，釗福柱，宋慧星

山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠，濟(jì)南市高新區(qū)科航路2006號(hào) 251014

煙支搓接系統(tǒng)是YJ212 接裝機(jī)的重要組成部分，主要由搓接鼓輪和搓板組成，其作用是依靠負(fù)壓吸風(fēng)將預(yù)先粘好接裝紙片的雙倍長(zhǎng)組煙吸附在搓接鼓輪的承煙槽內(nèi)，組煙隨著搓接鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)至搓板處，搓板前端的起動(dòng)規(guī)將組煙從搓接鼓輪的承煙槽中取出，組煙在搓接鼓輪與搓板之間滾動(dòng)卷制成雙倍長(zhǎng)煙支［1-2］。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，煙支在搓接過(guò)程中容易在搓接鼓輪表面形成膠垢，并粘附煙末和紙屑等異物，若不及時(shí)清理則會(huì)影響煙支搓接質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。為提高煙支質(zhì)量，王己鋒等［3］通過(guò)改進(jìn)煙支最后切割裝置，提高煙支濾嘴端切割質(zhì)量，減少接裝紙褶皺現(xiàn)象。姜冬子等［4］對(duì)煙支長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行改進(jìn)，并增加吹風(fēng)清潔裝置，提高了煙支質(zhì)量，減少了煙支夾末現(xiàn)象。劉為剛等［5］在PROTOS2-2 卷接機(jī)組上加裝搓接鼓輪清潔毛刷，將切紙輪清潔裝置的動(dòng)力傳遞給搓接鼓輪清潔毛刷。由于PROTOS2-2 與ZJ112機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)差異較大，無(wú)法利用切紙輪清潔裝置動(dòng)力，故該方式不適用于YJ212 接裝機(jī)。為此，針對(duì)YJ212 接裝機(jī)設(shè)計(jì)了一種搓接鼓輪清潔裝置，以期提高煙支質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行效率。

1 問(wèn)題分析

YJ212接裝機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，搓接鼓輪表面會(huì)粘附膠垢，主要原因：①組煙被搓板前端起動(dòng)規(guī)從承煙槽取出后在搓接鼓輪與搓板之間做滾卷運(yùn)動(dòng)，在滾卷過(guò)程中組煙被施加一定壓力以保證搓接質(zhì)量［6-7］。施加的壓力使接裝紙上噴涂的膠水從搭口與煙支的連接處溢出［8］，粘附在搓接鼓輪表面形成膠垢。②在煙條卷制過(guò)程中，如果卷煙紙搭口處膠水噴涂過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致雙倍長(zhǎng)組煙搭口處膠水未干。在組煙滾卷過(guò)程中，搭口處未干的膠水也會(huì)粘附在搓接鼓輪表面形成膠垢，容易將煙末、紙屑和紙片等異物粘附在搓接鼓輪表面。膠垢和異物均會(huì)影響雙倍長(zhǎng)煙支的搓接質(zhì)量，容易出現(xiàn)泡皺煙支、接裝紙偏斜以及煙支漏氣等質(zhì)量缺陷［9］。此外，膠垢和異物還會(huì)影響搓接過(guò)程的穩(wěn)定性，導(dǎo)致搓板堵塞故障率升高。為此，操作人員每隔1 h 就需要對(duì)搓接鼓輪表面的清潔度進(jìn)行檢查，必要時(shí)進(jìn)行清潔，影響設(shè)備生產(chǎn)效率，增加維保工作量。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

YJ212 接裝機(jī)搓接鼓輪清潔裝置分為清潔和負(fù)壓回收兩部分，見(jiàn)圖1。清潔裝置用于對(duì)搓接鼓輪表面進(jìn)行清潔，負(fù)壓回收裝置負(fù)責(zé)回收搓接鼓輪表面清除的膠垢和異物。

圖1 搓接鼓輪清潔裝置3D模型圖Fig.1 3D model of device for cleaning rolling drum

2.1 清潔裝置

2.1.1 結(jié)構(gòu)組成

搓接鼓輪清潔裝置由傳動(dòng)軸組件、毛刷軸組件、蓋板、支架以及底板組成，見(jiàn)圖2。其中，蓋板、支架和底板對(duì)傳動(dòng)軸組件和毛刷軸組件起到支撐作用。

圖2 搓接鼓輪清潔裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of device for cleaning rolling drum

如圖3所示，傳動(dòng)軸上安裝有內(nèi)外兩個(gè)齒形帶輪，齒數(shù)分別為24 齒和25 齒，兩個(gè)齒形帶輪通過(guò)鍵連接跟隨傳動(dòng)軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。毛刷軸上也安裝有內(nèi)外兩個(gè)齒形帶輪，齒數(shù)均為24齒，內(nèi)側(cè)齒形帶輪通過(guò)鍵連接跟隨毛刷軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，外側(cè)齒形帶輪與內(nèi)側(cè)凸輪通過(guò)螺釘連接在一起，構(gòu)成差速輪組件，相對(duì)毛刷軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖4。傳動(dòng)軸內(nèi)外齒形帶輪通過(guò)齒形帶分別帶動(dòng)毛刷軸內(nèi)外齒形帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而分別帶動(dòng)毛刷軸和差速輪組件轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖3 傳動(dòng)軸組件與毛刷軸組件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure of drive shaft assembly and brush shaft assembly

圖4 差速輪組件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure of differential gear assembly

如圖5所示，毛刷軸內(nèi)外側(cè)凸輪間采用間隙配合。在毛刷外側(cè)彈簧的作用下，毛刷內(nèi)側(cè)對(duì)稱設(shè)置的凹槽與外側(cè)凸輪外端的凸臺(tái)緊密配合在一起。毛刷軸外側(cè)凸輪上對(duì)稱設(shè)置了一對(duì)腰圓孔，與固定在毛刷軸上的定位銷間采用槽口配合，故毛刷軸外側(cè)凸輪能夠在定位銷的帶動(dòng)下跟隨毛刷軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)毛刷做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2.1.2 傳動(dòng)方式

搓接鼓輪清潔裝置的動(dòng)力輸入來(lái)自于主傳動(dòng)，利用備用激光打孔裝置傳動(dòng)軸安裝孔，將清潔裝置動(dòng)力輸入齒輪與主傳動(dòng)傳動(dòng)鏈中的齒輪相嚙合。清潔裝置的傳動(dòng)方式見(jiàn)圖6。

2.1.3 毛刷運(yùn)動(dòng)方式

YJ212 接裝機(jī)搓接鼓輪表面共有22個(gè)承煙槽，故每旋轉(zhuǎn)一圈能夠生產(chǎn)22支雙倍長(zhǎng)煙支，即44支單倍長(zhǎng)煙支。YJ212接裝機(jī)生產(chǎn)速度為10 000支/min，可得搓接鼓輪轉(zhuǎn)速：

n搓=10 000/44=227.27 r/min

由圖6可得清潔裝置與搓接鼓輪的傳動(dòng)比：

i=（132/96）×（96/65）×（65/18）=132/18

故清潔裝置傳動(dòng)軸輸入轉(zhuǎn)速：

n傳=n搓×i=（10 000/44）×（132/18）

=1 666.67 r/min

已知清潔裝置主傳動(dòng)軸與毛刷軸內(nèi)外側(cè)齒形帶傳動(dòng)比分別為i內(nèi)=24/24，i外=25/24，故毛刷軸與差速輪轉(zhuǎn)速分別為：

n刷= i內(nèi)×n傳=（24/24）×1 666.67=1 666.67 r/min

n差= i外×n傳=（25/24）×1 666.67=1 736.11 r/min

已知毛刷直徑D刷=45 mm，搓煙鼓輪直徑D搓=256.65 mm，可得毛刷與搓接鼓輪外圓線速度分別為：

V刷=πD刷×n刷/（1 000×60）

=3.14×45×1 666.67/（1 000×60）=3.93 m/s

V搓=πD搓×n搓/（1 000×60）

=3.14×256.65×222.27/（1 000×60）=3.05 m/s

對(duì)比V刷和V搓可以看出，毛刷與搓接鼓輪接觸面上的線速度方向相同，但毛刷相比搓接鼓輪轉(zhuǎn)速更快，故能夠起到清潔搓接鼓輪表面的作用。已知外側(cè)凸輪跟隨毛刷軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，內(nèi)側(cè)凸輪跟隨差速輪做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)比n刷和n差可以看出，差速輪相對(duì)毛刷軸轉(zhuǎn)速更快，故毛刷軸內(nèi)側(cè)凸輪與外側(cè)凸輪間具有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在凸輪配合與毛刷外側(cè)彈簧的共同作用下，外側(cè)凸輪以及毛刷跟隨毛刷軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)又能相對(duì)毛刷軸做軸向往復(fù)移動(dòng)。由圖7可見(jiàn)，毛刷的轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向往復(fù)移動(dòng)能夠?qū)Υ杲庸妮啽砻娴哪z垢和異物進(jìn)行清潔，提高煙支搓接質(zhì)量。

圖7 毛刷運(yùn)動(dòng)方式示意圖Fig.7 Schematic diagram of motion mode of brush

2.1.4 凸輪配合面曲線

根據(jù)功能要求，內(nèi)外側(cè)凸輪間具有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪配合傳動(dòng)需要將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向移動(dòng)，因此采用了空間圓柱凸輪結(jié)構(gòu)。在高速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，為避免凸輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊、噪聲和磨損，需要控制加速度突變［10］。根據(jù)外側(cè)從動(dòng)凸輪連續(xù)往復(fù)做“升—降—升”的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，凸輪配合面曲線采用了余弦曲線，僅在啟動(dòng)和停止兩點(diǎn)存在柔性沖擊，在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中無(wú)柔性沖擊，降低了凸輪機(jī)構(gòu)的沖擊、噪聲和磨損［11-12］。

已知凸輪配合圓柱的中心圓柱橫截面直徑D為16.25 mm，可得橫截面周長(zhǎng)C = πD=3.14×16.25=51.03 mm。為保證相互配合的內(nèi)外側(cè)凸輪受力均衡，降低加工難度，將凸輪配合面曲線設(shè)計(jì)為雙余弦曲線。為保證毛刷清潔效果，同時(shí)降低凸輪磨損，計(jì)算了毛刷軸向移動(dòng)行程，即外側(cè)凸輪進(jìn)程（回程）距離為1.5 mm，由此得到凸輪配合面曲線展開(kāi)圖，見(jiàn)圖8。

圖8 凸輪配合面曲線展開(kāi)圖Fig.8 Expansion diagram of fitting curve of cam

2.2 負(fù)壓回收裝置

由于毛刷轉(zhuǎn)速高于搓接鼓輪轉(zhuǎn)速，且毛刷與鼓輪接觸面的切線速度方向一致，故清除的膠垢和異物會(huì)沿著切線速度方向向鼓輪導(dǎo)板靠攏。為避免膠垢和異物對(duì)鼓輪表面造成二次污染，在靠攏鼓輪導(dǎo)板支座的鏟刀上方增加負(fù)壓回收裝置，用于回收清除的膠垢和異物，并通過(guò)負(fù)壓除塵管道排出［13］，見(jiàn)圖9。

圖9 負(fù)壓回收裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9 Structure of negative pressure reclaiming unit

3 應(yīng)用效果

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：“泰山（紅將軍）”牌卷煙煙絲（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠）；卷煙紙規(guī)格60 CU×26.5 g/m2×6 000 m（浙江華豐紙業(yè)科技有限公司）；接裝紙規(guī)格66 mm×38 g/m2×2 500 m（將軍煙草集團(tuán)有限公司臨清紙業(yè)分公司）。

設(shè)備：ZJ112 卷接機(jī)組（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

方法：ZJ112 機(jī)組運(yùn)行速度為10 000 支/min，每個(gè)工作日運(yùn)行6.5 h。①當(dāng)搓接鼓輪表面明顯粘附有膠垢或異物時(shí)，對(duì)搓接鼓輪進(jìn)行清潔；當(dāng)因搓接鼓輪表面污染導(dǎo)致煙支搓接質(zhì)量不合格時(shí)，對(duì)搓接鼓輪進(jìn)行清潔。分別統(tǒng)計(jì)改進(jìn)前后搓接鼓輪清潔次數(shù)、搓板堵塞次數(shù)。②每0.5 h對(duì)煙支質(zhì)量進(jìn)行一次抽檢，抽檢數(shù)量100支/次，每班次抽檢12次，根據(jù)《卷煙工藝規(guī)范》［14］對(duì)煙支外觀質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)泡皺煙支數(shù)量并計(jì)算百分比。統(tǒng)計(jì)周期為30 d，取平均值。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可見(jiàn)，使用搓接鼓輪清潔裝置后，搓接鼓輪清潔次數(shù)由改進(jìn)前的6 次/d 降低到2 次/d，搓板堵塞次數(shù)由10次/d降低到3次/d；泡皺煙支數(shù)量占比由10.2%降低到2.6%，下降7.6 百分點(diǎn)，有效提高了煙支外觀質(zhì)量。

表1 搓接鼓輪清潔裝置使用前后測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.1 Test data of device for cleaning rolling drum before and after modification

4 結(jié)論

基于YJ212接裝機(jī)組設(shè)計(jì)了一種搓接鼓輪清潔裝置，能夠連續(xù)對(duì)搓接鼓輪表面的膠垢和異物進(jìn)行清潔，清除的膠垢和異物被負(fù)壓回收裝置回收，避免對(duì)搓接鼓輪表面產(chǎn)生二次污染。以濟(jì)南卷煙廠生產(chǎn)的“泰山（紅將軍）”牌卷煙為對(duì)象對(duì)ZJ112 卷接機(jī)組進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：使用搓接鼓輪清潔裝置后，搓接鼓輪清潔次數(shù)減少4次/d，搓板堵塞次數(shù)減少7次/d，泡皺煙支數(shù)量占比降低7.6百分點(diǎn)，保證了煙支外觀質(zhì)量，提高了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。由于ZJ112 與ZJ118卷接機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)基本相同，該裝置可在ZJ118機(jī)組推廣應(yīng)用。