口罩設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問題及其原因分析

成綿龍，何廣添，曾愛平

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，廣東 佛山 528300）

0 引言

2020年初，新冠肺炎疫情突然爆發(fā)。根據(jù)相關(guān)權(quán)威研究，新型冠狀病毒肺炎主要通過飛沫、直接接觸等途徑傳播［1－3］，佩戴口罩是目前人民群眾預(yù)防該病毒的主要途徑之一，導(dǎo)致口罩供不應(yīng)求，市場急需口罩生產(chǎn)設(shè)備?？谡衷O(shè)備是一個小眾行業(yè)，目前國外已基本不生產(chǎn)口罩設(shè)備。中國原有的棉紗口罩主要用縫紉機人工完成，在21世紀初期才開始仿制無紡布口罩自動生產(chǎn)設(shè)備，主要以中國臺灣技術(shù)為模板［4］?？谡滞庑蔚牟町悰Q定了口罩設(shè)備的多樣性，市場上口罩設(shè)備種類繁多、功能各異，按口罩形狀可分為平面口罩生產(chǎn)設(shè)備、折疊形口罩生產(chǎn)設(shè)備、鴨嘴型口罩生產(chǎn)設(shè)備、杯型口罩生產(chǎn)設(shè)備；按設(shè)備的加工特點可分為半自動口罩機和全自動口罩機。

為了解決口罩生產(chǎn)設(shè)備緊缺的問題，國內(nèi)部分大型制造企業(yè)及部分民營裝備制造企業(yè)均開始生產(chǎn)口罩設(shè)備，短時間內(nèi)，各式各樣的半自動口罩機和全自動口罩機數(shù)量劇增，但在設(shè)備的實際使用過程中，無論是全自動口罩設(shè)備還是半自動口罩設(shè)備的質(zhì)量均良莠不齊［5］，運行穩(wěn)定性有待提高，關(guān)于口罩設(shè)備的質(zhì)量糾紛也頻繁發(fā)生。本文就內(nèi)耳帶包邊焊接機、全自動折疊式口罩機、全自動打片機這3種不同類型的設(shè)備出現(xiàn)的一些質(zhì)量問題，結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點，通過試驗分析問題出現(xiàn)的原因，并提供了解決方案，以提高相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量水平。

1 內(nèi)耳帶包邊焊接機

1.1 設(shè)備簡介

設(shè)備主要由送料機構(gòu)、耳帶輸送機構(gòu)、耳帶焊接機構(gòu)、包邊帶輸送機構(gòu)、包邊機構(gòu)、成品輸出機構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成，用于對平面口罩進行耳帶焊接、包邊加工。加工工序如圖1所示。

圖1 口罩耳帶焊接包邊加工工序

1.2 設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問題

運轉(zhuǎn)過程中，在耳帶焊接機構(gòu)位置出現(xiàn)多次耳帶焊接錯位、未焊上或焊接機構(gòu)將口罩帶出料盤導(dǎo)致設(shè)備卡阻、口罩片常偏離出料槽、錯位后兩片口罩同時進入包邊機構(gòu)的情況。

1.3 原因分析

在自動模式下，設(shè)備各機構(gòu)的動作需要通過參數(shù)設(shè)置，如圖2所示，料盤速度、旋轉(zhuǎn)速度、耳熔速度等都需要單獨設(shè)置，當需要調(diào)整生產(chǎn)速度時，只能憑經(jīng)驗來調(diào)整各參數(shù)設(shè)置，當設(shè)置不匹配時，各機構(gòu)運動不協(xié)調(diào)即會出現(xiàn)卡阻或報警，影響生產(chǎn)速度和故障率。

圖2 運行參數(shù)設(shè)置頁面

包邊加工時，輸送帶上的料槽把待加工口罩移送至規(guī)定位置，因包邊送料機構(gòu)是固定在機身上的，包邊機構(gòu)與口罩相對位置的準確性就顯得特別重要，若口罩沒有被送至正確的位置（如偏斜、離開料槽），就會出現(xiàn)包邊包偏、漏包邊等現(xiàn)象?？谡值倪\動為間歇移動，速度越大，移動的加速度就越大，而口罩屬于軟體材質(zhì)，重量輕，這就要求口罩移動時必須保持適當?shù)墓潭?，否則就可能會發(fā)生口罩偏斜、錯位現(xiàn)象。從結(jié)構(gòu)看，輸送帶料槽兩側(cè)上方雖然分別裝設(shè)了同步皮帶，但口罩在皮帶下方處于“懸空”狀態(tài)，如圖3所示，皮帶與口罩間不是緊接觸，導(dǎo)致口罩不能在“壓緊”狀態(tài)下移動。試驗發(fā)現(xiàn)，當生產(chǎn)速度較慢時，因間歇運動的加速度對口罩的沖擊較小，口罩移動時發(fā)生偏斜的概率較低，被卡住導(dǎo)致的自動停機次數(shù)較少；當生產(chǎn)速度超過30片／min后，口罩間歇移動導(dǎo)致發(fā)生偏斜、錯位的次數(shù)明顯增加，每分鐘至少出現(xiàn)1次自動停機。由此可見，設(shè)備包邊工序中的口罩輸送定位裝置設(shè)計不合理，不能保證在生產(chǎn)速度超過30片／min的情況下順暢生產(chǎn)［6－8］。

圖3 包邊工序的同步皮帶下方處于懸空狀態(tài)

1.4 解決方案

解決方案如下。

（1）針對參數(shù)不匹配的問題，建議在控制系統(tǒng)中將料盤速度、焊接時間、焊接上下、旋轉(zhuǎn)動作速度匹配后進行固化，僅保留生產(chǎn)速度調(diào)節(jié)來控制生產(chǎn)快慢。

（2）針對口罩位置偏移的問題，建議在送料機構(gòu)中增加壓料裝置，防止口罩在輸送中偏移。

2 全自動折疊式口罩機

2.1 設(shè)備簡介

設(shè)備主要由布料放卷機構(gòu)、鼻梁條植入機構(gòu)、超聲波滾焊復(fù)合機構(gòu)、耳帶焊接機構(gòu)、對折成型機構(gòu)、超聲波焊邊機構(gòu)、滾切機構(gòu)、邊料收卷機構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成，用于對折疊型口罩進行布料復(fù)合、鼻梁條植入、滾焊復(fù)合、耳帶焊接、對折成型、焊邊、滾切等全自動一次性成型加工。加工工序如圖4所示。

圖4 全自動折疊式口罩機加工工序

2.2 設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問題

設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中滾切位置出現(xiàn)偏移，運轉(zhuǎn)20 min后，偏移量達到2.5 mm，如圖5～6所示，且調(diào)整困難。

圖5 設(shè)備開始加工時的滾切位置

圖6 設(shè)備運轉(zhuǎn)20 min后的滾切位置

2.3 原因分析

設(shè)備采用機械同步傳動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)各傳動輥組速度的一致性，即由一臺伺服電機通過長傳動軸、鏈輪、齒輪等傳動方式驅(qū)動各輸送輥組運動，這種結(jié)構(gòu)（如圖7所示）在原理上可以確保在連續(xù)工作時各輥組轉(zhuǎn)動速度一致，使得物料能在輥組間平穩(wěn)、勻速移動，實現(xiàn)正常穩(wěn)定生產(chǎn)，但由于各傳動部件（如齒輪、鏈輪、傳動輥等）制造和裝配精度的差異，將導(dǎo)致各輥組間實際運轉(zhuǎn)速度存在差異，相同時間內(nèi)物料在每個輥組間移動的距離也就不同，滾切位置也因此會產(chǎn)生偏移，因物料在輥組間打滑因素基本可忽略，時間越長，各輥組間物料移動距離差就越大，相應(yīng)的滾切位置偏移量也就越大。

圖7 設(shè)備的主傳動機構(gòu)

設(shè)備裝設(shè)了滾切位置相位調(diào)整的機構(gòu)，如圖8所示，但該機構(gòu)的位置放置在焊邊機構(gòu)之前，而焊邊的位置是通過控制系統(tǒng)自動控制獨立的伺服電機來調(diào)整的，當調(diào)整滾切位置時，焊邊位置也會跟著調(diào)整，焊邊伺服系統(tǒng)的定位也將需要重新調(diào)整，增加了設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中調(diào)整滾切、焊邊相對位置的難度［9－11］。

圖8 調(diào)整滾切位置的機構(gòu)

2.4 解決方案

解決方案如下。

（1）針對滾切位置出現(xiàn)偏移的問題，建議在輸送系統(tǒng)中增加一組可自動調(diào)節(jié)的張緊輪組，以解決運行過程中布料張力變化引起的偏移問題。

（2）針對滾切位置難于調(diào)整的問題，建議將相位調(diào)整機構(gòu)與焊接成型機構(gòu)位置互換，互換后調(diào)整滾切位置時焊接位置不會同時改變。

3 全自動打片機

3.1 設(shè)備簡介

設(shè)備主要由布料輸送機構(gòu)、鼻梁條輸送機構(gòu)、輸送輥組、超聲波焊接成型機構(gòu)、滾切機構(gòu)、邊料收卷機構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等部分組成，用于對折疊型口罩進行布料復(fù)合、鼻梁條植入、成型、滾切加工。加工工序如圖9所示。

圖9 全自動打片機加工工序

3.2 設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問題

設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中滾切位置出現(xiàn)偏移，運轉(zhuǎn)時間為1 min，偏移量達到2 mm，如圖10～11所示。

圖10 外觀合格樣品

圖11 外觀不合格樣品

3.3 原因分析

設(shè)備共有5個輥組，如圖12所示，布料、鼻梁條在經(jīng)過5個輥組后最終成型為口罩片，每個輥組均由伺服電機驅(qū)動，如圖13所示。采用多伺服電機的速度同步控制系統(tǒng)實現(xiàn)5個輥組速度和位置的同步，設(shè)備還可以通過控制面板的1＃、2＃、3＃、4＃、5＃對5個輥組的相位進行微調(diào)。3＃輥組為超聲波焊接機構(gòu)，用于將各層布料及鼻梁條焊接成一體；5＃輥組為滾切機構(gòu)，用于將焊接后的布料按刀模的形狀滾切成口罩片。運轉(zhuǎn)過程中，滾切機構(gòu)（5＃輥組）與焊接機構(gòu)（3＃輥組）的相位位置開始不同步，導(dǎo)致滾刀未能在正確的滾切位置將口罩片滾切成型，也就是說，設(shè)備的多伺服電機的控制系統(tǒng)未配置速度同步控制功能，不能解決好5個輥組電機始終保持同步運動的問題，導(dǎo)致了滾切位置的偏移［12］。

圖12 5個輥組

圖13 輥組由伺服電機單獨驅(qū)動

3.4 解決方案

針對滾切位置出現(xiàn)偏移的問題，建議在輸送系統(tǒng)中增加一組可自動調(diào)節(jié)的張緊輪組，以解決運行過程中布料張力變化引起的偏移問題。同時在控制系統(tǒng)中增加焊接輥組和滾切輥組的速度同步控制。

4 結(jié)束語

本文針對內(nèi)耳帶包邊焊接機、全自動折疊式口罩機、全自動打片機3種不同類型的設(shè)備出現(xiàn)的質(zhì)量問題，結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點，通過試驗分析問題出現(xiàn)的原因，提出了解決方案，得出以下結(jié)論：

（1）通過在控制系統(tǒng)中將料盤速度、焊接時間、焊接上下、旋轉(zhuǎn)動作速度匹配后進行固化，在送料機構(gòu)中增加壓料裝置，防止口罩在輸送中偏移的方式，可解決內(nèi)耳帶包邊焊接機在耳帶焊接機構(gòu)位置出現(xiàn)耳帶焊接錯位、未焊上、口罩片偏離出料槽等引起的設(shè)備卡阻問題；

（2）通過在輸送系統(tǒng)中增加一組可自動調(diào)節(jié)的張緊輪組，將相位調(diào)整機構(gòu)與焊接成型機構(gòu)位置互換的方式，可解決全自動折疊式口罩機在運轉(zhuǎn)過程中滾切位置出現(xiàn)偏移且調(diào)整困難的問題；

（3）通過在輸送系統(tǒng)中增加一組可自動調(diào)節(jié)的張緊輪組，在控制系統(tǒng)中增加焊接輥組和滾切輥組的速度同步控制的方式，可解決全自動打片機在運轉(zhuǎn)過程中滾切位置出現(xiàn)偏移的問題。