ZJ17卷接機組印刷系統(tǒng)噴墨裝置的優(yōu)化

劉世明，李昕，黃開友，曹小東，楊梅，朱金祥，杜甫

ZJ17卷接機組印刷系統(tǒng)噴墨裝置的優(yōu)化

劉世明，李昕，黃開友，曹小東，楊梅，朱金祥，杜甫

（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司三峽卷煙廠，湖北 宜昌 443100）

為了解決ZJ17卷接機組生產(chǎn)在線印刷鋼印卷煙產(chǎn)品時，噴墨裝置在設(shè)備停機再啟動時的油墨外溢成團，造成的鋼印印刷不清晰或鋼印色差類廢品率高問題。從油墨截斷方式、多余油墨儲存、油墨噴嘴通道形狀以及氣路控制等方面入手，研發(fā)了一種新型噴墨裝置。既保證了正常生產(chǎn)時油墨的供應(yīng)，又實現(xiàn)了噴墨量在設(shè)備重復(fù)啟停時的有效控制，使鋼印不清晰廢煙量從優(yōu)化前0.229 kg/箱降低到0.016 kg/箱，鋼印色差廢煙量從優(yōu)化前0.219 kg/箱降低到0.013 kg/箱，有效降低了廢品量。該裝置對提高卷煙產(chǎn)品質(zhì)量、降低材料消耗、減少人工勞動強度具有顯著效果，可以有效解決行業(yè)內(nèi)在線印刷鋼印卷煙產(chǎn)品生產(chǎn)普遍存在的問題。

卷接機組；油墨供應(yīng)；噴墨裝置；色差；印刷質(zhì)量

ZJ17卷接機組是20世紀90年代由德國HUANI公司開發(fā)，常德煙機廠引進的卷煙機[1-2]，被國內(nèi)卷煙生產(chǎn)企業(yè)廣泛應(yīng)用[3-5]，該卷煙機配備有完善的智能檢測和印刷控制系統(tǒng)，具有穩(wěn)定性好、控制精度高、產(chǎn)品質(zhì)量管控較好等特點[6]。印刷系統(tǒng)是ZJ17卷接機組生產(chǎn)在線印刷鋼印牌號卷煙的重要部位，也稱牌子箱，其作用是牽引卷煙紙，使其以與布帶同步的線速度在送往煙槍的過程中打印上符合要求的商標圖案[7]，其中噴墨裝置是印刷系統(tǒng)的主要組成部分[8]。當(dāng)設(shè)備停止運行時，噴墨裝置電磁閥得到信號，通過釋放壓縮空氣使得油墨罐出口端的橡膠密封墊動作關(guān)閉油墨出口，防止停機后油墨繼續(xù)供應(yīng)。但在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，從橡膠密封墊關(guān)閉點到油墨噴嘴出口還有約10 cm油墨輸送段，油墨噴嘴處會存在油墨外溢成團的情況，再次啟動設(shè)備后，成團的油墨附著在油墨輥勻墨輥表面，傳至鋼印輥，使煙支鋼印印刷不清或產(chǎn)生色差，同時清潔外溢的油墨也會增大操作人員的勞動強度，降低設(shè)備生產(chǎn)效率。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

2019年1月，湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司三峽卷煙廠調(diào)查統(tǒng)計了生產(chǎn)車間1—4號ZJ17卷煙機生產(chǎn)在線印刷鋼印品牌和自帶鋼印品牌（非在線印刷鋼?。┑木頍熂?、濾棒消耗情況，見表1。

表1 不同鋼印印刷方式物料消耗統(tǒng)計

Tab.1 Material consumption of different steel seal printing methods

從表1中可以看出，4個機臺生產(chǎn)在線印刷鋼印品牌的卷煙紙、濾棒消耗均高于自帶鋼印品牌，且在線印刷鋼印品牌消耗最低值大于自帶鋼印品牌的最高值，材料消耗高的主要原因是大量不合格產(chǎn)品報廢造成的，而降低材料消耗是企業(yè)增產(chǎn)節(jié)支的主要途徑[9]。為此，以設(shè)備生產(chǎn)效率最高的2號機臺作為調(diào)查對象，對2號機臺2月份的鋼印不合格廢煙數(shù)據(jù)進行分類統(tǒng)計，見圖1。

圖1 在線印刷鋼印品牌廢煙缺陷類型

從圖1中可以清晰的看出，生產(chǎn)在線印刷鋼印品牌煙支時，鋼印不清晰和鋼印色差的廢煙消耗分別為0.229 1 kg/箱和0.218 7 kg/箱，而鋼印位置不齊和鋼印殘缺的廢煙則相對較少，分別為0.047 8 kg/箱和0.009 9 kg/箱。

2 原因分析

通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)鋼印不清晰和鋼印色差2個缺陷產(chǎn)生的廢煙占所有在線打鋼印品牌廢煙的88.58%，于是對其產(chǎn)生的具體原因進行了進一步分析。

2.1 印刷系統(tǒng)工藝流程

印刷系統(tǒng)的噴墨裝置將油墨罐中的油墨通過氣缸帶動推墨頂桿送至噴嘴處，在油墨輥與均墨輥的相互配合下，使油墨均勻涂抹在傳墨輥的表面上[10]，最后鋼印輥蘸取傳墨輥上的油墨將其印刷到卷煙紙上，其工藝流程見圖2。

圖2 印刷系統(tǒng)工藝流程

2.2 噴墨裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

噴墨裝置是用來給印刷系統(tǒng)供給油墨的，原裝置結(jié)構(gòu)見圖3，油墨控制機構(gòu)工作時，利用氣壓將密封蓋板1下的密封墊吹開，并將油墨罐2中的油墨送入油墨通道，油墨從噴墨口噴出；3為油墨推進機構(gòu)，作用是將油墨罐中的油墨推出；4為噴嘴壓蓋，設(shè)置型腔和噴墨口；5為噴嘴；6為底座，設(shè)置油墨通道；7為手柄，當(dāng)油墨罐中的油墨用完時，搖動手柄，將油墨推進機構(gòu)3退回，取出油墨罐，更換油墨罐后繼續(xù)工作。設(shè)備停機時，密封墊封閉油墨罐出口，油墨罐中的油墨不再流出。

1.密封墊蓋板；2.油墨罐；3.油墨推進機構(gòu)；4.噴嘴壓蓋；5.噴嘴；6.底座；7.手柄。

2.3 印刷不清或色差產(chǎn)生原因

原機噴墨裝置的油墨通道和型腔在噴墨口的上方，控制油墨噴出的密封機構(gòu)在噴墨罐的出口。設(shè)備停機時油墨罐中的油墨不再流出，但殘留在油墨通道和噴嘴型腔中的油墨沒有封閉，在重力作用下仍會繼續(xù)流動，油墨在噴嘴處堆積形成油墨團[11]，附著在油墨輥和勻墨輥表面，污染其他組件。導(dǎo)致設(shè)備停機時油墨成團的主要原因有三個方面：首先是原噴墨裝置中實現(xiàn)截斷功能的橡膠墊不能保證停機時油墨100%被截斷；其次，停機后油墨的突然截斷會產(chǎn)生一定壓力，造成通道內(nèi)油墨繼續(xù)流動；第三方面，因油墨本身具有流動性，噴墨裝置噴嘴處的油墨通道形狀設(shè)計不合理，設(shè)備停機后，殘留在油墨通道和噴嘴型腔中的油墨，在重力作用下也會繼續(xù)流出，從而污染傳墨組件和煙支。

3 優(yōu)化方法

為了解決印刷不清或鋼印色差問題，從油墨截斷方式、多余油墨儲存、油墨噴嘴通道形狀以及電氣控制等方面入手，研發(fā)了一種防止油墨外溢成團的新型噴墨裝置。

3.1 油墨截斷方式的優(yōu)化

如圖4所示，重新設(shè)計了油墨通道和型腔，將其置于噴墨口的下方。在油墨進入型腔前的油墨通道處增加氣缸3，利用密封瓷珠對油墨通道進行封閉與開放。設(shè)備正常工作時，噴墨裝置中的密封瓷珠5提起，保證設(shè)備正常工作時需要的油墨量；當(dāng)設(shè)備停機時，氣缸3動作，推動密封瓷珠5向下運行，封閉油墨通道，使油墨通道中的油墨不再流入型腔。此控制閥利用氣缸配合密封瓷珠替代原噴墨裝置中密封墊去實現(xiàn)油墨關(guān)斷的方式，用于阻斷來自油墨罐4方向的油墨，可以有效避免密封墊因密封不嚴，油墨無法被及時截斷的現(xiàn)象。

1.油墨推進機構(gòu)；2.負壓氣缸；3.密封氣缸；4.油墨罐；5.密封瓷珠；6.噴墨嘴。

3.2 多余油墨儲存的優(yōu)化

如圖5所示，氣缸桿動作推動磁珠關(guān)斷油墨通道后，會有等體積的油墨量向噴嘴方向輸送，從而造成噴嘴與勻墨輥處的油墨量增加。為解決這一問題，在油墨通道末端設(shè)計了一個儲墨池（負壓腔），采用雙作用氣缸。設(shè)備停機時，氣缸桿帶動活塞向上運動[12]，將來自控制閥方向的油墨向負壓腔內(nèi)儲存，避免油墨向噴嘴繼續(xù)輸送；再開機時，氣缸桿推動活塞緩慢下移，推動油墨緩慢回到油墨通道內(nèi)，避免噴嘴處油墨量的瞬時增加。此項優(yōu)化通過增加儲墨池有效解決了油墨突然被截斷后，繼續(xù)向后續(xù)通道流動的現(xiàn)象，將多余油墨進行了臨時保存，并在設(shè)備開機后重新緩慢供給。

圖5 儲墨池結(jié)構(gòu)

3.3 控制氣路的優(yōu)化

如圖6所示，在控制氣路上加裝了氣動調(diào)節(jié)閥。氣動調(diào)節(jié)閥就是以壓縮空氣為動力源，以氣缸為執(zhí)行器[13]。優(yōu)化后的整個油墨控制系統(tǒng)采用2條氣路進行控制?？刂崎y處選用單作用氣缸，設(shè)備正常工作時，氣缸不動作；設(shè)備停機時，氣缸通氣，推動氣缸桿向下快速運動，瓷珠堵塞油墨通道，此處氣壓設(shè)置為30 kPa。負壓腔處采用雙作用氣缸，當(dāng)設(shè)備停機時，雙作用氣缸下管路通氣，推動氣缸活塞向上運動，釋放來自控制閥方向的壓力，將前面等體積的油墨向負壓腔內(nèi)抽離，此處氣壓設(shè)置為30 kPa；當(dāng)設(shè)備再開機工作時，上管路通氣，推動活塞向下移動，此處氣壓設(shè)置為20 kPa，控制負壓腔內(nèi)的油墨緩慢回到油墨通道內(nèi)。整個控制氣路的壓力大小由調(diào)壓閥進行調(diào)節(jié)，PLC進行控制。通過對控制氣路的優(yōu)化，既保證了設(shè)備正常運行時油墨的供應(yīng)，又實現(xiàn)了噴墨了在設(shè)備啟停時的有效控制，噴墨裝置中油墨的控制起到了快速泄壓、緩慢回流的效果。

圖6 新型噴墨裝置控制氣路

3.4 油墨噴嘴通道形狀的優(yōu)化

油墨為液體，而液體具有流動性[14]。油墨停止供給后，在沒有壓力的作用下，也會緩慢向前流動，造成油墨量增加。為解決這一問題，借鑒茶壺嘴設(shè)計原理，在不改變噴嘴通道出口位置的情況下，將原油墨噴嘴的平行式通道改進為階梯式通道，如圖7所示，出口底部改進為向上傾斜，通過對不同導(dǎo)向設(shè)置角度的模型進行計算[15]，經(jīng)試驗論證，當(dāng)角度設(shè)置為15°時，導(dǎo)向性能最優(yōu)。通過對噴嘴通道形狀的優(yōu)化，做到了既能保證設(shè)備正常運行時的油墨供給，又防止了設(shè)備停機時，噴嘴處因油墨流動而溢出的問題。

圖7 油墨噴嘴優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)

4 應(yīng)用效果

新型噴墨裝置設(shè)計改造完成后，設(shè)備運行穩(wěn)定，出墨均勻，無異常狀況；在設(shè)備停機再啟動時，油墨噴嘴處無油墨外溢現(xiàn)象，卷煙紙著墨正常，不需要操作人員人為剔除啟動階段的煙支，廢煙量明顯減少，降低了生產(chǎn)消耗。噴墨裝置優(yōu)化投入使用后，統(tǒng)計了2號機臺8、9月份在線印刷鋼印品牌不合格品廢煙，如表2所示。

表2 優(yōu)化前后在線印刷鋼印廢煙統(tǒng)計

Tab.2 Statistics of discarded cigarettes printed with steel seal online before and after optimization

優(yōu)化后的噴墨裝置，在生產(chǎn)在線印刷鋼印卷煙產(chǎn)品時，鋼印不清晰廢煙量從優(yōu)化前的0.229 kg/箱降低到0.016 kg/箱，鋼印色差廢煙量從0.219 kg/箱降低到0.013 kg/箱，鋼印不清晰、鋼印色差質(zhì)量缺陷的煙支得到有效控制，產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定。另外，新型噴墨裝置的應(yīng)用，減少了操作人員在生產(chǎn)在線印刷鋼印卷煙產(chǎn)品時，停機清理保養(yǎng)調(diào)試印刷系統(tǒng)和處理不合格品的工作量，減輕了操作人員的勞動強度，勞動效率大幅提高。

5 結(jié)語

隨著消費者對卷煙產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，煙支外觀質(zhì)量逐漸成為消費者關(guān)注的重點[16]。該項技術(shù)結(jié)合機械和電氣知識作為技術(shù)創(chuàng)新出發(fā)點，從油墨截斷方式、多余油墨儲存、油墨噴嘴通道形狀以及氣路控制等方面入手，研制出的一種防油墨外溢的新型噴墨裝置設(shè)計合理，電氣系統(tǒng)運行穩(wěn)定，既能滿足正常生產(chǎn)時油墨的供應(yīng)，又能有效控制設(shè)備重復(fù)啟停過程的油墨外溢現(xiàn)象，對于提高卷煙產(chǎn)品質(zhì)量、降低材料消耗、減少人工勞動強度具有顯著效果，有效解決了行業(yè)內(nèi)在線印刷鋼印卷煙產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中存在的普遍問題，該新型噴墨裝置在ZJ17卷接機組上具有較好的適用性和推廣價值。

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Optimization of Inkjet Device for Steel Seal Printing System of ZJ17 Cigarette Machine

LIU Shi-ming, LI Xin, HUANG Kai-you, CAO Xiao-dong,YANG Mei, ZHU Jin-xiang, DU Fu

(Sanxia Tobacco Factory, China Tobacco Hubei Industrial Co., Ltd., Hubei Yichang 443100, China)

The work aims to solve the problem that the ink spills into a lump when the inkjet device was stopped and started again when ZJ17 cigarette machine was used to produce cigarette products with online steel steel printing, resulting in unclear steel seal printing or high scrap rate of steel seal printing color difference. A new inkjet device was developed from the aspects of ink blocking mode, excess ink storage, ink nozzle channel shape and gas path control. It not only ensured the supply of ink in normal production, but also realized the effective control of ink jet quantity when the equipment was repeatedly started and stopped, so that the discharged cigarette quantity of unclear steel seal was reduced from 0.229 kg/box before optimization to 0.016 kg/box, and the discharged cigarette quantity of steel seal chromatic aberration was reduced from 0.219 kg/box before optimization to 0.013 kg/box, effectively reducing the amount of discarded products. The device has significant effect on improving the quality of cigarette products, reducing material consumption and reducing labor intensity, and can effectively solve the widespread problems in the production of on-line printed steel seal cigarette products in the industry.

cigarette machine; ink supply; inkjet device; chromatic aberration; printing quality

TS43

A

1001-3563(2022)17-0000-05

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.030

2021–12–20

湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項目（2020JSZL4SX2C052）

劉世明（1977—），男，湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司高級技師，主要研究方向為卷煙工藝裝備。

杜甫（1997—），男，湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司助理工程師，主要研究方向卷煙工藝研究。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋