YJ212接裝機煙支長度調節裝置的改進

姜冬子，王金晨，陳仁華，王樹坡，宋慧星，石 峰，王新軍

山東中煙工業有限責任公司濟南卷煙廠，濟南市高新區科航路2006號 250104

ZJ112卷接機組是引進德國HAUNI公司PROTOS 90E卷接技術生產制造的國產高速機組，設計能力為10 000支/min，主要由YJ112卷煙機和YJ212接裝機組成。煙支長度調節裝置是YJ212接裝機靠攏鼓輪的組成部分，其作用是在煙支長度出現偏差時對煙支長度進行調節。由于設備振動等原因，該裝置上的鎖緊螺釘容易松動，導致生產的煙支長度出現偏差，進而造成煙支質量不合格等問題。因此，在實際生產中需要經常對煙支長度調節裝置進行停機調節，調節時間每次約10 min，影響了設備運行效率。近年來針對ZJ112卷接機組已有較多研究和改進，王金晨等［1-2］設計了ZJ112卷接機組電機電流采集系統以及卷煙紙、濾棒計量系統，實現了電機故障預測，降低了材料消耗；姜冬子等［3-5］改進了最終分切鼓輪切割機構，設計了搓板和SE煙條輸送通道自動清潔裝置，提高了設備有效作業率；文德明等［6］改進了電氣控制系統，提高了控制系統的穩定性。針對煙支長度調節也有相關研究報道，陳祝磊［7］設計了YJ27接裝機靠攏鼓輪定位量規，提高了煙支長度調節的精度和速度；蘇鈴［8］改進了YJ27接裝機靠攏鼓輪，降低了煙支長度出現偏差次數；曾峰等［9］改進了卷煙設備煙支規格切換方法，減少了煙支長度調節時間。由于YJ212接裝機煙支長度調節裝置與YJ27接裝機差別較大，上述研究結果無法在YJ212接裝機上直接應用。為此，通過對靠攏鼓輪工作原理進行分析，對YJ212接裝機煙支長度調節裝置進行改進，以期減少設備維修勞動強度，提高卷煙產品質量。

1 問題分析

1.1 工作原理

煙支在卷制過程中，經過煙絲束成型、煙條成型、被切割成雙倍長煙支等工序，通過蜘蛛手機構傳送，由接裝機將雙倍長煙支一切為二并分離，在兩支煙之間放入濾嘴段，同時在靠攏鼓輪上粘結接裝紙片，經搓接成型后再切成兩支符合規格長度的濾嘴煙支；然后由調頭鼓輪把雙排濾嘴煙支調整為濾嘴方向一致的單排濾嘴煙支，經系統檢測后剔除不合格煙支；最后將成品濾嘴煙支輸出接裝機，傳送給煙支儲存輸送裝置。

靠攏鼓輪的作用是將“組煙”中的3段相互靠攏并與機器中線對正，然后將切紙輪上已涂有膠水的接裝紙片粘貼在“組煙”上。靠攏鼓輪主要由鼓輪、浮圈裝置和內、外托紙針塊等部件組成，見圖1。浮圈裝置由浮圈和煙支長度調節裝置組成，浮圈可以使“組煙”中的煙支與雙倍長濾嘴段相互靠攏，兩浮圈之間的最窄距離即為雙倍長煙支長度；煙支長度調節裝置安裝在靠攏鼓輪上方，通過前、后壓緊桿上的滾輪壓緊靠攏鼓輪上的浮圈，將兩側煙支推向鼓輪中間，與雙倍長濾嘴段靠攏，進而對煙支長度進行調節。

圖1 靠攏鼓輪示意圖Fig.1 Schematic diagram of closer drum

1.2 存在問題

生產中當煙支長度出現偏差時，需要對煙支長度調節裝置進行調節，該裝置結構見圖2。在調節過程中存在以下問題：①煙支長度出現偏差時需要同時調節兩浮圈位置，在調節過程中存在相互干涉現象。②裝置上的鎖緊螺釘容易產生松動，導致煙支長度出現偏差。③通常依靠人工經驗調節煙支長度，沒有參考量值，因此需要反復調節，操作繁瑣，調節時間長。④該結構無自動清潔裝置，導致煙末容易進入接裝紙與煙支卷煙紙之間，產生夾末煙支；煙末還會進入調節螺桿與螺母之間的縫隙，造成螺桿轉動不靈活，增加煙支長度調節難度。

2 改進方法

2.1 系統結構

圖2 改進前煙支長度調節裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of cigarette length adjusting device before modification

改進后煙支長度調節裝置主要由彈簧定位裝置、齒軸式調節螺桿、主軸、吹氣裝置等部件組成，見圖3。該裝置由主軸（7）和鎖緊塊（1）固定，通過前調節支架（5）和后調節支架（3）固定前調節螺桿（9）和后調節螺桿（8），前調節螺桿（9）轉動帶動前壓緊桿（6）沿軸向移動，進而通過滾輪（12）調節前浮圈位置；后調節螺桿（8）轉動帶動后壓緊桿（2）沿軸向移動，進而通過滾輪（12）調節后浮圈位置；前調節螺桿（9）和后調節螺桿（8）可通過標注在壓緊板（4）上的刻度進行量化調節。

圖3 改進后煙支長度調節裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of cigarette length adjusting device after modification

2.2 彈簧定位裝置

為解決鎖緊螺釘容易松動等問題，設計了一種彈簧定位裝置，由調節螺桿（1）、定位塊（2）、定位鋼珠（3）、壓縮彈簧（4）和頂絲（5）等組成，見圖4。改進后齒輪軸與彈簧定位鋼珠配合使用，在前、后調節螺桿與調節支架配合處各加裝一個彈簧定位鋼珠，通過彈簧定位鋼珠與齒輪軸的嚙合，固定前、后調節螺桿的相位。調節完畢后，鋼珠下落在齒槽內，避免設備振動及人為因素對調節裝置產生影響，保證調節螺桿不松動。

圖4 彈簧定位裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of spring positioning device

2.3 齒軸式調節螺桿

根據靠攏鼓輪安裝位置及結構尺寸，將原前后調節螺母的同軸模式改為雙軸模式，并將前后調節螺桿分別安裝在兩個軸上，避免前、后調節螺母在調節過程中相互干涉。其中，前調節螺桿總長度為110 mm，后調節螺桿總長度為235 mm，前后調節螺桿直徑均為10 mm，螺紋為M8×1 mm，調節螺桿定位齒槽數量為10個，見圖5。

2.4 主軸

為保證裝置的穩定可靠，對主軸進行了校核。改進后主軸的彎曲應力應滿足：

式中：σca為改進后主軸承受的彎曲應力，MPa；［σ-1］為主軸的許用彎曲應力，MPa，具體數值可查機械設計手冊［10］。

圖5 調節裝置前后調節螺桿尺寸圖Fig.5 Sizes of front and rear adjustment screws of adjusting device

改進后主軸承受的彎曲應力計算公式為：

式中：Mca為主軸所受的當量彎矩，N·mm；W為危險截面抗扭截面系數，mm3；M為主軸所受的彎矩，N·mm；α為將扭矩折合為當量彎矩的折合系數；T為主軸所受的扭矩，N·mm；d為改進后的主軸直徑，mm。

根據改進后主軸尺寸和質量，主軸所受的彎矩M約為4 800 N·mm，折合系數α取值0.6，因主軸不承受扭矩T為0，主軸直徑d為20 mm，利用公式（2）（3）（4）計算可得：

主軸材料為45鋼，由機械設計手冊［10］查得［σ-1］=60 MPa，所以σca＜［σ-1］，滿足公式（1），因此主軸設計符合要求。

2.5 壓緊板標注刻度

為解決調節煙支長度時無參考量值等問題，根據齒軸調節螺桿尺寸、彈簧定位裝置設計了壓緊板，尺寸為53 mm×19 mm，并按照齒軸調節螺桿上的10個定位槽，在壓緊板上標注10個刻度，見圖6。選用M8×1 mm的細牙螺距作為齒軸調節螺紋，調節螺桿每旋轉一周，調節支架滾輪控制浮圈移動一個螺距，即調節煙支長度時，每旋轉一個刻度（移動一個齒槽），煙支長度變化1/10 mm（0.1 mm）。通過壓緊板上的刻度，能清晰地看到前后調節螺桿旋轉刻度以及調節煙支長度范圍。

圖6 壓緊板標注刻度示意圖Fig.6 Schematic diagram of scale marking on compression plate

2.6 吹氣裝置

圖3可見，改進后在主軸（7）的中間位置通過氣管支架（10）加裝了氣管（11），對靠攏鼓輪上方的煙末進行吹氣清理，防止煙末粘附在接裝紙片上，從而有效清潔調節裝置表面的煙末，提高卷煙產品質量。

3 應用效果

3.1 試驗設計

材料：“泰山（紅將軍）”牌卷煙（山東中煙工業有限責任公司濟南卷煙廠提供）。

設備：ZJ112卷接機組（常德煙草機械有限責任公司）。

方法：①ZJ112機組生產速度設定為9 500支/min，分別統計改進前后3個月煙支長度出現偏差次數；②當煙支長度出現偏差時，分別統計改進前后煙支長度調節時間，重復5次；③ZJ112卷接機組生產速度設定為9 500支/min，煙支長度調節裝置改進前后每10 min取樣一次，每次取樣1 000支，重復 10 次，按照 GB/T 5606.3—2005［11］的要求對煙支質量進行檢驗，計算煙支夾末率。

3.2 數據分析

由表1可見，設備正常運行3個月中煙支長度出現偏差次數由改進前的13次減少到2次，減少84.6%，有效提高了設備有效作業率。

由表2可見，當煙支長度出現偏差時，煙支長度每次調節時間由改進前的8.7 min減少到2.9 min，減少66.7%，提高了設備維修效率。

表1 改進前后煙支長度出現偏差次數對比Tab.1 Frequency of cigarette length deviation before and after modification （次）

表2 改進前后煙支長度調節時間對比Tab.2 Time needed for cigarette length adjusting before and after modification （min）

由表3可見，煙支夾末率由改進前的0.77%降低到0.25%，降低67.5%。通過增加吹氣裝置對靠攏鼓輪附近的煙末進行清潔，有效降低了煙支夾末率，提高了卷煙產品質量。

表3 改進前后煙支夾末率對比Tab.3 Percentage of dust-sandwiched cigarette before and after modification

4 結論

通過設計彈簧定位裝置、改進齒軸式調節螺桿和主軸、在壓緊板上標注刻度、增加吹氣裝置等方法，對YJ212接裝機煙支長度調節裝置進行了改進，有效解決了原裝置調節過程中相互干涉、鎖緊螺釘易松動、調節時間長、煙支夾末率高等問題。以濟南卷煙廠生產的“泰山（紅將軍）”牌卷煙為對象，對煙支長度調節裝置進行測試，結果表明：改進后煙支長度出現偏差次數減少84.6%，煙支長度每次調節時間減少66.7%，煙支夾末率降低67.5%，有效提高了卷煙產品質量，降低了設備維修勞動強度。