預防接裝紙回卷的吹氣裝置設計

潘恒樂，孟慶華

1.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 2.山東中煙工業有限責任公司青州卷煙廠，山東省青州市玲瓏山北路1818號 262599

接裝紙是卷煙產品的主要材料之一，其作用是利用乳膠作為粘接劑將濾棒與煙條緊密接裝在一起［1］。接裝紙的表面粗糙度、縱向抗張強度、吸膠性、背涂工藝等因素均會影響卷接設備的運行效率［2］。ZJ116B型卷接機組是一種用于生產細支卷煙的卷接設備，額定生產速度為10 000支/min［3］。與常規卷煙相比，細支卷煙在設備啟停階段容易出現接裝紙回卷現象。接裝紙回卷是指在設備運行過程中，接裝紙被分切完成后，當振蕩輥迅速回拉接裝紙時容易出現接裝紙卷入膠輥的現象，由此造成設備故障停機，且需要人工將膠輥從設備中取出進行清理，操作繁瑣，費時費力。近年來，針對接裝紙的研究主要集中在涂膠膠位控制［4-5］、粘接效果［6-7］、張力控制［8］、透氣性［9-11］等方面，如何解決接裝紙回卷問題則鮮有報道。為此，通過對ZJ116B機組接裝紙切割原理進行分析，設計了一種預防接裝紙回卷的吹氣裝置，以期提高卷接設備運行效率。

1 問題分析

1.1 接裝紙切割原理

改進前接裝紙切割系統主要由膠輥、振蕩輥、壓紙輥、接裝紙、切紙輪和刀輥等組成，見圖1。設備運行時，負壓空氣通過切紙輪5表面的吸風孔將接裝紙4緊緊吸附在切紙輪5的外圓上，接裝紙4隨切紙輪5的轉動向前運動。在刀輥6與切紙輪5的刀刃開始分切接裝紙4直至分切剛好完成前，通過振蕩輥2的補償作用，接裝紙4與切紙輪5同步運轉。當接裝紙4分切完成后，振蕩輥2快速將接裝紙4向后拉回，使接裝紙4與分切后的接裝紙片7分開一定距離，然后接裝紙4隨切紙輪5繼續運轉，進入下一次分切程序。而分切后的接裝紙片7繼續吸附在切紙輪5上并隨切紙輪5的轉動向前運動，進入下一道工序。

在此過程中，振蕩輥將未切割接裝紙拉回的距離稱為滑差，其計算公式［12］為：

式中：ΔL為滑差，mm；S為每次切割時切紙輪轉動的弧長，mm；L為接裝紙片長度，mm。

切紙輪每轉動一圈切割12次，則每次切割時切紙輪轉動的弧長S的計算公式為：

式中：d切為切紙輪直徑，mm。

已知d切=150 mm，則S≈39 mm。細支卷煙的接裝紙片長度L細=19 mm，常規卷煙的接裝紙片長度L常=27 mm，故細支卷煙的滑差ΔL細=39-19=20 mm，常規卷煙的滑差ΔL常=39-27=12 mm。由于細支卷煙的滑差比常規卷煙長8 mm，因此細支卷煙接裝紙隨振蕩輥轉動產生的波動幅度較大。

1.2 存在問題

由圖1可見，在ZJ116B機組啟動階段，壓紙輥3處于非工作狀態，未將接裝紙4壓在膠輥1表面，接裝紙4相當于懸浮在膠輥1上方，在切紙輪5牽引和振蕩輥2回拉的作用下接裝紙4會來回移動。由于細支卷煙接裝紙回拉距離長，波動幅度大，因此接裝紙很容易落在膠輥表面，在粘附膠水后隨膠輥轉動卷成一團。而在ZJ116B機組停機階段，壓紙輥3快速抬起，不再將接裝紙4壓在膠輥1表面，但在慣性作用下，通過主電機驅動齒輪轉動的振蕩輥2、切紙輪5以及刀輥6，在停機后仍會繼續轉動一段時間，此時壓紙輥3與膠輥1之間的接裝紙也會來回移動，同樣容易出現接裝紙回卷現象。

2 改進方法

2.1 系統結構

要解決接裝紙回卷到膠輥的問題，關鍵是要減弱接裝紙在啟停階段的波動幅度。為此，根據ZJ116B機組接裝紙切割原理，在振蕩輥1與切紙輪5之間加裝了一個吹氣裝置3，主要由支座、吹氣管、管接頭以及氣管等部分組成，見圖2。吹氣裝置3安裝在箱體2上，兩個吹氣管7和8安裝在支座9上，并對稱設置于接裝紙4上下兩側。兩個L形管接頭10分別連接兩個吹氣管7和8，通過氣管13將Y形管接頭11與兩個L形管接頭10連通。氣管12連接電磁閥，利用電磁閥控制壓縮空氣的通斷。通過調節兩個吹氣管上氣孔的方向，使氣孔對向接裝紙，以保證吹出的氣流能夠張緊接裝紙，進而避免接裝紙卷入膠輥。

圖2 改進后接裝紙切割系統示意圖Fig.2 Schematic diagram of tipping paper cutting system after modification

氣路主要由兩位三通電磁閥和可調單向節流閥等部分組成，見圖3。兩位三通電磁閥3選用ZJ116B機組的備用電磁閥A11M-Y64，主要用于控制氣源4中壓縮空氣的通斷。當啟停階段需要張緊接裝紙時，調節電磁閥使氣源與氣路連通，壓縮空氣經過節流閥2輸送到兩個吹氣管1上的氣孔，形成射流對接裝紙進行吹氣。通過調節節流閥可以控制壓縮空氣的壓力，保證接裝紙處于張緊狀態。

圖3 氣路控制原理圖Fig.3 Control principle of air circuit

2.2 控制程序設計

ZJ116B機組的電控系統采用IPC控制技術［13］，故利用IPC系統編寫控制模塊用于控制氣源中壓縮空氣的通斷，控制流程見圖4。當設備啟動時，兩位三通電磁閥通電換位，壓縮空氣通過兩個吹氣管對接裝紙進行吹氣使其張緊；然后壓紙輥下壓，將接裝紙壓在膠輥上；當開關B67M檢測到壓紙輥時發送信號，電磁閥斷電，在彈簧的作用下，電磁閥復位，氣源關閉。當設備停止運行時，壓紙輥抬起，電磁閥通電換位，吹氣管持續對接裝紙吹氣2 s，使接裝紙保持張緊狀態；然后電磁閥斷電復位，吹氣管停止工作。

圖4 吹氣裝置控制流程圖Fig.4 Control flow chart of air blowing device

3 應用效果

3.1 實驗設計

材料：“泰山（白將軍）”牌細支卷煙（山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠提供）。

設備：ZJ116B型卷接機組（常德煙草機械有限責任公司）。

方法：ZJ116B機組的運行速度為10 000支/min，統計改進前后5個班次在設備啟動和停機階段接裝紙卷入膠輥的次數，以及接裝紙卷入膠輥后人工清理膠輥時間，取平均值。

3.2 數據分析

由表1可見，改進后接裝紙卷入膠輥次數由7.4次/班次降低到0，有效提高了設備運行效率。由表2可見，改進前人工清理膠輥時間74 min/班次，改進后未出現接裝紙卷入膠輥現象，無需再清理膠輥，降低了設備維保時間。

表1 改進前后接裝紙卷入膠輥次數①Tab.1 Frequency of tipping paper winding on gluing roller before and after modification（次/班次）

表2 改進前后人工清理膠輥時間①Tab.2 Time for artificial gluing roller cleaning before and after modification （min/班次）

3 結論

采用IPC系統編寫控制模塊以控制氣源中壓縮空氣的通斷，在設備啟停階段通過吹氣裝置吹氣使接裝紙保持張緊狀態，避免了接裝紙因振蕩波動幅度過大而卷入膠輥。以青島卷煙廠生產的“泰山（白將軍）”牌細支卷煙為對象，對改進前后ZJ116B機組進行對比測試，結果表明：改進后機組在啟動和停機階段均未出現接裝紙卷入膠輥現象，接裝紙卷入膠輥次數由7.4次/班次降低到0，人工清洗膠輥時間減少74 min/班次，有效提高了設備運行效率，降低了設備維保時間。該技術可在ZJ17D、ZJ112A等細支卷煙卷接機組上推廣應用。