GD121A型卷接機組質量控制系統的改進

厲德俊，陳小潤，潘恒樂

1.江蘇中煙工業有限責任公司南京卷煙廠，南京市建鄴區夢都路30號 210019 2.常德煙草機械有限責任公司，湖南省常德市武陵區長庚路999號 415000

GD121A型卷接機組是意大利GD公司生產的一種雙煙道高速卷接設備［1-2］。該機型可以生產常規和細支卷煙，常規卷煙的額定運行速度為12 000支/min，細支卷煙的額定運行速度為11 000支/min。與常規卷煙相比，細支卷煙在生產過程中的質量穩定性較差［3］，容易出現過重或過輕卷煙。卷煙質量是指單支卷煙質量或某單位數量的卷煙質量，是卷煙生產過程中的一個重要技術參數，直接影響卷煙的感官品質［4-5］，同時也是考察卷煙企業裝備水平、產品技術含量以及工藝管理水平的關鍵指標。近年來，對卷煙質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器對卷煙質量穩定性的影響；占百勝［7］利用嵌入式PC控制器對ZJ17型卷接機組的質量控制系統進行了改造；余翔［8］設計了一種基于嵌入式倍福IPC技術的卷煙質量控制系統；李昭［9］通過PROTOS70型卷接機組驗證了除塵風負壓、小風機正壓以及回絲量對卷煙質量的影響；陸玉浩等［10］通過對比試驗分析了密端位置對卷煙質量的影響。上述研究大多數是基于PROTOS或PASSIM系列機型進行改進或設計，針對GD121A機組的卷煙質量控制研究則鮮見報道。為此，通過分析GD121A機組的卷煙質量控制原理，對其質量控制系統進行了改進，以期提高卷煙質量合格率，提升卷煙產品工藝品質水平。

1 問題分析

GD121A機組卷煙質量控制系統主要由前道平準器、后道平準器、前道吸絲帶以及后道吸絲帶等部分組成，見圖1。在生產中前后道吸絲帶位置保持固定不變，通過控制前后道平準器的上下移動來調整吸絲帶上煙絲束的修剪量，實現卷煙質量控制。在設備運行過程中，負壓風將煙絲吸附在前后道吸絲帶的下方，質量傳感器檢測到煙條密度后將信號反饋給IPC控制系統，進而調整前后道平準器的位置。當檢測到前道或后道的煙絲密度過高時，控制系統將對應的平準器上移，增大煙絲束的修剪量，減少煙絲束的質量；當檢測到的煙絲密度過低時，則平準器下移，減少煙絲束的修剪量，增大煙絲束的質量，由此實現煙條質量的在線控制。

圖1 卷煙質量控制系統結構圖Fig.1 Structure of control system for cigarette weight

在GD121A機組的卷煙質量控制系統中，平準器的位移范圍是0～3.2 mm。實際生產中發現該機組的平準器位置參數長期為0，即平準器處于上限位置，說明煙絲束的修剪量已達到最大，無法再降低煙絲束質量。若此時修剪后的煙絲束質量仍未達到要求，則生產的卷煙會出現質量超重問題，由此導致卷煙質量合格率降低。理論上，通過改變供絲量以及吸絲室的負壓等設備參數，可以降低煙絲束密度使其單位體積內的質量減小，進而減少煙絲束的修剪量，避免出現卷煙超重現象。但改變設備參數勢必會對成品卷煙質量及設備穩定性造成影響，尤其對卷煙空頭率及煙絲輸送穩定性影響顯著［11-12］。此外，通過降低粗刺輥轉速可以減少供絲量，避免平準器處于極限位置，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。而降低吸絲室的負壓，也可避免平準器處于極限位置，但降低負壓會使煙絲束在吸絲帶上的吸附力下降，容易出現堵絲現象，同時也會影響煙絲束的緊密度，增大卷煙空頭剔除率。

2 改進方法

2.1 壓絲塊裝置

在不改變煙絲束密度的情況下，設計了一種可調節壓絲塊裝置。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器修剪區域的吸絲帶上方，見圖2。在機組運行中，當平準器達到上限位置時，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。控制系統根據卷煙目標質量，控制平準器向下移動，使平準器位置始終處于合理范圍內，從而對卷煙質量實現有效控制。

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

前后道的壓絲塊結構基本一致，主要由壓塊、調節桿、偏心套和螺釘組成，見圖3。調節桿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，當需要調節吸絲帶的下壓量時，松開螺釘5，再轉動調節桿2，帶動偏心套3轉動，使壓塊1隨之上下移動，通過改變吸絲帶的下壓量，輔助平準器改變煙絲束的修剪量。

圖3 壓絲塊裝置結構圖Fig.3 Structure of pressing blocks

2.2 偏心套設計

根據現場測量，當平準器處于上限位置時，平準器與吸絲帶距離為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，在偏心套上標注了5個刻度，每個刻度之間的角度為22.5°，見圖4。當刻度E處于正下方時，壓絲塊在最高點，下壓距離為0；當刻度A處于正下方時，壓絲塊在最低點，下移達到最大位移，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。

當刻度A處于正下方時，θ=90°，則XA≈2.5 mm；當刻度B處于正下方時，θ=67.5°，則XB≈2.31 mm；當刻度C處于正下方時，θ=45°，則XC≈1.77 mm；當刻度D處于正下方時，θ=22.5°，則XD≈0.96 mm；當刻度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 應用效果

3.1 試驗設計

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

設備：GD121A型卷接機組（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：設定GD121A機組運行速度為11 000支/min，吸絲室負壓為12 000 Pa，粗刺輥轉速為30 r/min，待機組穩定運行1 h后，利用綜合檢測臺對卷煙進行取樣檢測，每次取20支卷煙，每個工作日取樣20次，依據南京卷煙廠生產工藝要求［單支卷煙質量設計值為（530±10）mg，卷煙質量均值與設計值偏差合格率不能低于90%］，分別統計改進前后各5個工作日的卷煙質量均值合格率，記錄改進前后機組運行狀況（包括平準器位置、卷煙空頭剔除率以及堵絲次數等）。

3.2 數據分析

由表1可見，改進后GD121A機組卷煙質量均值的合格次數由改進前的76次增加到97次，卷煙質量均值合格率由76%提高到97%，能夠滿足南京卷煙廠生產工藝要求。

由表2可見，改進前GD121A機組的平準器位置始終為0，處于上限位置；改進后前道平準器位置在0.18～0.25 mm之間，后道平準器位置在0.12～0.17 mm之間，不再處于上限狀態，說明改進后機組能夠有效控制卷煙質量。改進前平均空頭剔除率為0.51%，改進后為0.50%，改進前后均無堵絲現象，說明改進后機組運行狀況及重要技術指標均未受到影響。

對南京卷煙廠7臺GD121A機組全部進行現場改造，從生產制造執行系統（MES）中采集改進前后的卷煙質量抽檢數據，結果見表3。改進后7臺機組的卷煙質量整體合格率由改進前的74.7%提高到92.7%，卷煙質量均值由535.1 mg/支降低到531.8 mg/支。改進后5個月7臺機組共生產卷煙786 245.79萬支，累計節約煙絲786 245.79×10 000×（535.1-531.8）mg≈25.9 t，平均每月節約煙絲5.18 t，有效降低了煙絲消耗。

表1 改進前后卷煙質量合格率Tab.1 Qualified rate of cigarette weight before and after modification

表2 改進前后機組運行狀況Tab.2 Statistics of operation status of cigarette maker before and after modification

表3 改進前后抽檢卷煙質量數據①Tab.3 Statistics of weights of sampled cigarettes before and after modification

4 結論

對GD121A機組卷煙質量控制系統進行了改進，通過設計一種可調節壓絲塊裝置，改變了吸絲帶與平準器的上限位置間距，從而有效解決了生產中存在的卷煙質量超重問題。以南京卷煙生產的“南京（金陵十二釵烤煙型）”細支卷煙為對象對改進前后GD121A機組進行測試，結果表明：①改進后機組卷煙質量均值合格率達到97%，能夠滿足南京卷煙廠生產工藝要求；②改進后機組對設備運行狀況及其他重要技術參數無顯著影響，卷煙質量整體合格率提高18百分點，節約煙絲5.18 t/月，有效降低了原輔材料消耗。