GD121A型卷接機(jī)組質(zhì)量控制系統(tǒng)的改進(jìn)

厲德俊，陳小潤，潘恒樂

1.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南京卷煙廠，南京市建鄴區(qū)夢都路30號 210019 2.常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南省常德市武陵區(qū)長庚路999號 415000

GD121A型卷接機(jī)組是意大利GD公司生產(chǎn)的一種雙煙道高速卷接設(shè)備［1-2］。該機(jī)型可以生產(chǎn)常規(guī)和細(xì)支卷煙，常規(guī)卷煙的額定運(yùn)行速度為12 000支/min，細(xì)支卷煙的額定運(yùn)行速度為11 000支/min。與常規(guī)卷煙相比，細(xì)支卷煙在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性較差［3］，容易出現(xiàn)過重或過輕卷煙。卷煙質(zhì)量是指單支卷煙質(zhì)量或某單位數(shù)量的卷煙質(zhì)量，是卷煙生產(chǎn)過程中的一個重要技術(shù)參數(shù)，直接影響卷煙的感官品質(zhì)［4-5］，同時也是考察卷煙企業(yè)裝備水平、產(chǎn)品技術(shù)含量以及工藝管理水平的關(guān)鍵指標(biāo)。近年來，對卷煙質(zhì)量控制已有較多研究報道，趙漢文等［6］分析了不同類型平準(zhǔn)器對卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的影響；占百勝［7］利用嵌入式PC控制器對ZJ17型卷接機(jī)組的質(zhì)量控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造；余翔［8］設(shè)計了一種基于嵌入式倍福IPC技術(shù)的卷煙質(zhì)量控制系統(tǒng)；李昭［9］通過PROTOS70型卷接機(jī)組驗證了除塵風(fēng)負(fù)壓、小風(fēng)機(jī)正壓以及回絲量對卷煙質(zhì)量的影響；陸玉浩等［10］通過對比試驗分析了密端位置對卷煙質(zhì)量的影響。上述研究大多數(shù)是基于PROTOS或PASSIM系列機(jī)型進(jìn)行改進(jìn)或設(shè)計，針對GD121A機(jī)組的卷煙質(zhì)量控制研究則鮮見報道。為此，通過分析GD121A機(jī)組的卷煙質(zhì)量控制原理，對其質(zhì)量控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，以期提高卷煙質(zhì)量合格率，提升卷煙產(chǎn)品工藝品質(zhì)水平。

1 問題分析

GD121A機(jī)組卷煙質(zhì)量控制系統(tǒng)主要由前道平準(zhǔn)器、后道平準(zhǔn)器、前道吸絲帶以及后道吸絲帶等部分組成，見圖1。在生產(chǎn)中前后道吸絲帶位置保持固定不變，通過控制前后道平準(zhǔn)器的上下移動來調(diào)整吸絲帶上煙絲束的修剪量，實現(xiàn)卷煙質(zhì)量控制。在設(shè)備運(yùn)行過程中，負(fù)壓風(fēng)將煙絲吸附在前后道吸絲帶的下方，質(zhì)量傳感器檢測到煙條密度后將信號反饋給IPC控制系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)整前后道平準(zhǔn)器的位置。當(dāng)檢測到前道或后道的煙絲密度過高時，控制系統(tǒng)將對應(yīng)的平準(zhǔn)器上移，增大煙絲束的修剪量，減少煙絲束的質(zhì)量；當(dāng)檢測到的煙絲密度過低時，則平準(zhǔn)器下移，減少煙絲束的修剪量，增大煙絲束的質(zhì)量，由此實現(xiàn)煙條質(zhì)量的在線控制。

圖1 卷煙質(zhì)量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of control system for cigarette weight

在GD121A機(jī)組的卷煙質(zhì)量控制系統(tǒng)中，平準(zhǔn)器的位移范圍是0～3.2 mm。實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)該機(jī)組的平準(zhǔn)器位置參數(shù)長期為0，即平準(zhǔn)器處于上限位置，說明煙絲束的修剪量已達(dá)到最大，無法再降低煙絲束質(zhì)量。若此時修剪后的煙絲束質(zhì)量仍未達(dá)到要求，則生產(chǎn)的卷煙會出現(xiàn)質(zhì)量超重問題，由此導(dǎo)致卷煙質(zhì)量合格率降低。理論上，通過改變供絲量以及吸絲室的負(fù)壓等設(shè)備參數(shù)，可以降低煙絲束密度使其單位體積內(nèi)的質(zhì)量減小，進(jìn)而減少煙絲束的修剪量，避免出現(xiàn)卷煙超重現(xiàn)象。但改變設(shè)備參數(shù)勢必會對成品卷煙質(zhì)量及設(shè)備穩(wěn)定性造成影響，尤其對卷煙空頭率及煙絲輸送穩(wěn)定性影響顯著［11-12］。此外，通過降低粗刺輥轉(zhuǎn)速可以減少供絲量，避免平準(zhǔn)器處于極限位置，但減少供絲量會造成煙絲束填充度下降，增大卷煙空頭剔除率，造成原輔材料浪費(fèi)。而降低吸絲室的負(fù)壓，也可避免平準(zhǔn)器處于極限位置，但降低負(fù)壓會使煙絲束在吸絲帶上的吸附力下降，容易出現(xiàn)堵絲現(xiàn)象，同時也會影響煙絲束的緊密度，增大卷煙空頭剔除率。

2 改進(jìn)方法

2.1 壓絲塊裝置

在不改變煙絲束密度的情況下，設(shè)計了一種可調(diào)節(jié)壓絲塊裝置。該裝置分為前道壓絲塊和后道壓絲塊，分別安裝于前后道平準(zhǔn)器修剪區(qū)域的吸絲帶上方，見圖2。在機(jī)組運(yùn)行中，當(dāng)平準(zhǔn)器達(dá)到上限位置時，通過壓絲塊將吸絲帶下壓，吸附于吸絲帶上的煙絲束也隨之下移，由此增加煙絲束修剪量?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)卷煙目標(biāo)質(zhì)量，控制平準(zhǔn)器向下移動，使平準(zhǔn)器位置始終處于合理范圍內(nèi)，從而對卷煙質(zhì)量實現(xiàn)有效控制。

圖2 壓絲塊安裝位置Fig.2 Installation location of pressing blocks

前后道的壓絲塊結(jié)構(gòu)基本一致，主要由壓塊、調(diào)節(jié)桿、偏心套和螺釘組成，見圖3。調(diào)節(jié)桿2插入偏心套3中，通過兩個螺釘4緊固在一起；偏心套3再插入壓塊1中，由螺釘5將其緊固在一起。壓塊1底部將吸絲帶向下壓，當(dāng)需要調(diào)節(jié)吸絲帶的下壓量時，松開螺釘5，再轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)桿2，帶動偏心套3轉(zhuǎn)動，使壓塊1隨之上下移動，通過改變吸絲帶的下壓量，輔助平準(zhǔn)器改變煙絲束的修剪量。

圖3 壓絲塊裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of pressing blocks

2.2 偏心套設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場測量，當(dāng)平準(zhǔn)器處于上限位置時，平準(zhǔn)器與吸絲帶距離為4 mm，考慮到煙絲束厚度，將吸絲帶下移調(diào)整范圍控制在0～2.5 mm。由于受吸絲室空間位置限制，偏心套直徑設(shè)計為?12 mm，偏心孔直徑為?6 mm，偏心距為2.5 mm。為解決壓絲塊下移距離無參考量值的問題，在偏心套上標(biāo)注了5個刻度，每個刻度之間的角度為22.5°，見圖4。當(dāng)刻度E處于正下方時，壓絲塊在最高點(diǎn)，下壓距離為0；當(dāng)刻度A處于正下方時，壓絲塊在最低點(diǎn)，下移達(dá)到最大位移，下壓距離為2.5 mm。

圖4 偏心套刻度示意圖Fig.4 Schematic diagram of scales on eccentric sleeve

如圖5所示，根據(jù)正弦定理：

式中：e—偏心距，mm；X—偏心套圓心O1與圓心O2在豎直方向上的間距，mm。

當(dāng)刻度A處于正下方時，θ=90°，則XA≈2.5 mm；當(dāng)刻度B處于正下方時，θ=67.5°，則XB≈2.31 mm；當(dāng)刻度C處于正下方時，θ=45°，則XC≈1.77 mm；當(dāng)刻度D處于正下方時，θ=22.5°，則XD≈0.96 mm；當(dāng)刻度E處于正下方時，θ=0°，則XE≈0 mm。說明刻度B處于正下方時，壓絲塊下壓距離為2.3 mm；刻度C處于正下方時，壓絲塊下壓距離為1.77 mm；刻度D處于最下方時，壓絲塊下壓距離為0.96 mm。

圖5 偏心套位移簡圖Fig.5 Displacement diagram of eccentric sleeve

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗設(shè)計

材料：“南京（金陵十二釵烤煙型）”細(xì)支卷煙（江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南京卷煙廠提供）。

設(shè)備：GD121A型卷接機(jī)組（意大利GD公司），共7臺；OM-VA型煙支/濾棒在線取樣綜合檢測臺（北京歐美利華科技有限公司）。

方法：設(shè)定GD121A機(jī)組運(yùn)行速度為11 000支/min，吸絲室負(fù)壓為12 000 Pa，粗刺輥轉(zhuǎn)速為30 r/min，待機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行1 h后，利用綜合檢測臺對卷煙進(jìn)行取樣檢測，每次取20支卷煙，每個工作日取樣20次，依據(jù)南京卷煙廠生產(chǎn)工藝要求［單支卷煙質(zhì)量設(shè)計值為（530±10）mg，卷煙質(zhì)量均值與設(shè)計值偏差合格率不能低于90%］，分別統(tǒng)計改進(jìn)前后各5個工作日的卷煙質(zhì)量均值合格率，記錄改進(jìn)前后機(jī)組運(yùn)行狀況（包括平準(zhǔn)器位置、卷煙空頭剔除率以及堵絲次數(shù)等）。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可見，改進(jìn)后GD121A機(jī)組卷煙質(zhì)量均值的合格次數(shù)由改進(jìn)前的76次增加到97次，卷煙質(zhì)量均值合格率由76%提高到97%，能夠滿足南京卷煙廠生產(chǎn)工藝要求。

由表2可見，改進(jìn)前GD121A機(jī)組的平準(zhǔn)器位置始終為0，處于上限位置；改進(jìn)后前道平準(zhǔn)器位置在0.18～0.25 mm之間，后道平準(zhǔn)器位置在0.12～0.17 mm之間，不再處于上限狀態(tài)，說明改進(jìn)后機(jī)組能夠有效控制卷煙質(zhì)量。改進(jìn)前平均空頭剔除率為0.51%，改進(jìn)后為0.50%，改進(jìn)前后均無堵絲現(xiàn)象，說明改進(jìn)后機(jī)組運(yùn)行狀況及重要技術(shù)指標(biāo)均未受到影響。

對南京卷煙廠7臺GD121A機(jī)組全部進(jìn)行現(xiàn)場改造，從生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）中采集改進(jìn)前后的卷煙質(zhì)量抽檢數(shù)據(jù)，結(jié)果見表3。改進(jìn)后7臺機(jī)組的卷煙質(zhì)量整體合格率由改進(jìn)前的74.7%提高到92.7%，卷煙質(zhì)量均值由535.1 mg/支降低到531.8 mg/支。改進(jìn)后5個月7臺機(jī)組共生產(chǎn)卷煙786 245.79萬支，累計節(jié)約煙絲786 245.79×10 000×（535.1-531.8）mg≈25.9 t，平均每月節(jié)約煙絲5.18 t，有效降低了煙絲消耗。

表1 改進(jìn)前后卷煙質(zhì)量合格率Tab.1 Qualified rate of cigarette weight before and after modification

表2 改進(jìn)前后機(jī)組運(yùn)行狀況Tab.2 Statistics of operation status of cigarette maker before and after modification

表3 改進(jìn)前后抽檢卷煙質(zhì)量數(shù)據(jù)①Tab.3 Statistics of weights of sampled cigarettes before and after modification

4 結(jié)論

對GD121A機(jī)組卷煙質(zhì)量控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，通過設(shè)計一種可調(diào)節(jié)壓絲塊裝置，改變了吸絲帶與平準(zhǔn)器的上限位置間距，從而有效解決了生產(chǎn)中存在的卷煙質(zhì)量超重問題。以南京卷煙生產(chǎn)的“南京（金陵十二釵烤煙型）”細(xì)支卷煙為對象對改進(jìn)前后GD121A機(jī)組進(jìn)行測試，結(jié)果表明：①改進(jìn)后機(jī)組卷煙質(zhì)量均值合格率達(dá)到97%，能夠滿足南京卷煙廠生產(chǎn)工藝要求；②改進(jìn)后機(jī)組對設(shè)備運(yùn)行狀況及其他重要技術(shù)參數(shù)無顯著影響，卷煙質(zhì)量整體合格率提高18百分點(diǎn)，節(jié)約煙絲5.18 t/月，有效降低了原輔材料消耗。