YJ212接裝機搓接鼓輪清潔裝置的設(shè)計

姜冬子，卞建勝，張玉臣，釗福柱，宋慧星

山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟南卷煙廠，濟南市高新區(qū)科航路2006號 251014

煙支搓接系統(tǒng)是YJ212 接裝機的重要組成部分，主要由搓接鼓輪和搓板組成，其作用是依靠負壓吸風(fēng)將預(yù)先粘好接裝紙片的雙倍長組煙吸附在搓接鼓輪的承煙槽內(nèi)，組煙隨著搓接鼓輪轉(zhuǎn)動至搓板處，搓板前端的起動規(guī)將組煙從搓接鼓輪的承煙槽中取出，組煙在搓接鼓輪與搓板之間滾動卷制成雙倍長煙支［1-2］。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，煙支在搓接過程中容易在搓接鼓輪表面形成膠垢，并粘附煙末和紙屑等異物，若不及時清理則會影響煙支搓接質(zhì)量和設(shè)備運行穩(wěn)定性。為提高煙支質(zhì)量，王己鋒等［3］通過改進煙支最后切割裝置，提高煙支濾嘴端切割質(zhì)量，減少接裝紙褶皺現(xiàn)象。姜冬子等［4］對煙支長度調(diào)節(jié)裝置進行改進，并增加吹風(fēng)清潔裝置，提高了煙支質(zhì)量，減少了煙支夾末現(xiàn)象。劉為剛等［5］在PROTOS2-2 卷接機組上加裝搓接鼓輪清潔毛刷，將切紙輪清潔裝置的動力傳遞給搓接鼓輪清潔毛刷。由于PROTOS2-2 與ZJ112機組的機械結(jié)構(gòu)差異較大，無法利用切紙輪清潔裝置動力，故該方式不適用于YJ212 接裝機。為此，針對YJ212 接裝機設(shè)計了一種搓接鼓輪清潔裝置，以期提高煙支質(zhì)量和設(shè)備運行效率。

1 問題分析

YJ212接裝機運行一段時間后，搓接鼓輪表面會粘附膠垢，主要原因：①組煙被搓板前端起動規(guī)從承煙槽取出后在搓接鼓輪與搓板之間做滾卷運動，在滾卷過程中組煙被施加一定壓力以保證搓接質(zhì)量［6-7］。施加的壓力使接裝紙上噴涂的膠水從搭口與煙支的連接處溢出［8］，粘附在搓接鼓輪表面形成膠垢。②在煙條卷制過程中，如果卷煙紙搭口處膠水噴涂過多，會導(dǎo)致雙倍長組煙搭口處膠水未干。在組煙滾卷過程中，搭口處未干的膠水也會粘附在搓接鼓輪表面形成膠垢，容易將煙末、紙屑和紙片等異物粘附在搓接鼓輪表面。膠垢和異物均會影響雙倍長煙支的搓接質(zhì)量，容易出現(xiàn)泡皺煙支、接裝紙偏斜以及煙支漏氣等質(zhì)量缺陷［9］。此外，膠垢和異物還會影響搓接過程的穩(wěn)定性，導(dǎo)致搓板堵塞故障率升高。為此，操作人員每隔1 h 就需要對搓接鼓輪表面的清潔度進行檢查，必要時進行清潔，影響設(shè)備生產(chǎn)效率，增加維保工作量。

2 系統(tǒng)設(shè)計

YJ212 接裝機搓接鼓輪清潔裝置分為清潔和負壓回收兩部分，見圖1。清潔裝置用于對搓接鼓輪表面進行清潔，負壓回收裝置負責(zé)回收搓接鼓輪表面清除的膠垢和異物。

圖1 搓接鼓輪清潔裝置3D模型圖Fig.1 3D model of device for cleaning rolling drum

2.1 清潔裝置

2.1.1 結(jié)構(gòu)組成

搓接鼓輪清潔裝置由傳動軸組件、毛刷軸組件、蓋板、支架以及底板組成，見圖2。其中，蓋板、支架和底板對傳動軸組件和毛刷軸組件起到支撐作用。

圖2 搓接鼓輪清潔裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of device for cleaning rolling drum

如圖3所示，傳動軸上安裝有內(nèi)外兩個齒形帶輪，齒數(shù)分別為24 齒和25 齒，兩個齒形帶輪通過鍵連接跟隨傳動軸做回轉(zhuǎn)運動。毛刷軸上也安裝有內(nèi)外兩個齒形帶輪，齒數(shù)均為24齒，內(nèi)側(cè)齒形帶輪通過鍵連接跟隨毛刷軸做回轉(zhuǎn)運動，外側(cè)齒形帶輪與內(nèi)側(cè)凸輪通過螺釘連接在一起，構(gòu)成差速輪組件，相對毛刷軸做回轉(zhuǎn)運動，見圖4。傳動軸內(nèi)外齒形帶輪通過齒形帶分別帶動毛刷軸內(nèi)外齒形帶輪轉(zhuǎn)動，進而分別帶動毛刷軸和差速輪組件轉(zhuǎn)動。

圖3 傳動軸組件與毛刷軸組件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure of drive shaft assembly and brush shaft assembly

圖4 差速輪組件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure of differential gear assembly

如圖5所示，毛刷軸內(nèi)外側(cè)凸輪間采用間隙配合。在毛刷外側(cè)彈簧的作用下，毛刷內(nèi)側(cè)對稱設(shè)置的凹槽與外側(cè)凸輪外端的凸臺緊密配合在一起。毛刷軸外側(cè)凸輪上對稱設(shè)置了一對腰圓孔，與固定在毛刷軸上的定位銷間采用槽口配合，故毛刷軸外側(cè)凸輪能夠在定位銷的帶動下跟隨毛刷軸做回轉(zhuǎn)運動，進而帶動毛刷做回轉(zhuǎn)運動。

2.1.2 傳動方式

搓接鼓輪清潔裝置的動力輸入來自于主傳動，利用備用激光打孔裝置傳動軸安裝孔，將清潔裝置動力輸入齒輪與主傳動傳動鏈中的齒輪相嚙合。清潔裝置的傳動方式見圖6。

2.1.3 毛刷運動方式

YJ212 接裝機搓接鼓輪表面共有22個承煙槽，故每旋轉(zhuǎn)一圈能夠生產(chǎn)22支雙倍長煙支，即44支單倍長煙支。YJ212接裝機生產(chǎn)速度為10 000支/min，可得搓接鼓輪轉(zhuǎn)速：

n搓=10 000/44=227.27 r/min

由圖6可得清潔裝置與搓接鼓輪的傳動比：

i=（132/96）×（96/65）×（65/18）=132/18

故清潔裝置傳動軸輸入轉(zhuǎn)速：

n傳=n搓×i=（10 000/44）×（132/18）

=1 666.67 r/min

已知清潔裝置主傳動軸與毛刷軸內(nèi)外側(cè)齒形帶傳動比分別為i內(nèi)=24/24，i外=25/24，故毛刷軸與差速輪轉(zhuǎn)速分別為：

n刷= i內(nèi)×n傳=（24/24）×1 666.67=1 666.67 r/min

n差= i外×n傳=（25/24）×1 666.67=1 736.11 r/min

已知毛刷直徑D刷=45 mm，搓煙鼓輪直徑D搓=256.65 mm，可得毛刷與搓接鼓輪外圓線速度分別為：

V刷=πD刷×n刷/（1 000×60）

=3.14×45×1 666.67/（1 000×60）=3.93 m/s

V搓=πD搓×n搓/（1 000×60）

=3.14×256.65×222.27/（1 000×60）=3.05 m/s

對比V刷和V搓可以看出，毛刷與搓接鼓輪接觸面上的線速度方向相同，但毛刷相比搓接鼓輪轉(zhuǎn)速更快，故能夠起到清潔搓接鼓輪表面的作用。已知外側(cè)凸輪跟隨毛刷軸做回轉(zhuǎn)運動，內(nèi)側(cè)凸輪跟隨差速輪做回轉(zhuǎn)運動。對比n刷和n差可以看出，差速輪相對毛刷軸轉(zhuǎn)速更快，故毛刷軸內(nèi)側(cè)凸輪與外側(cè)凸輪間具有相對轉(zhuǎn)動。在凸輪配合與毛刷外側(cè)彈簧的共同作用下，外側(cè)凸輪以及毛刷跟隨毛刷軸轉(zhuǎn)動的同時又能相對毛刷軸做軸向往復(fù)移動。由圖7可見，毛刷的轉(zhuǎn)動和軸向往復(fù)移動能夠?qū)Υ杲庸妮啽砻娴哪z垢和異物進行清潔，提高煙支搓接質(zhì)量。

圖7 毛刷運動方式示意圖Fig.7 Schematic diagram of motion mode of brush

2.1.4 凸輪配合面曲線

根據(jù)功能要求，內(nèi)外側(cè)凸輪間具有相對轉(zhuǎn)動，凸輪配合傳動需要將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向移動，因此采用了空間圓柱凸輪結(jié)構(gòu)。在高速運動場合，為避免凸輪機構(gòu)產(chǎn)生強烈沖擊、噪聲和磨損，需要控制加速度突變［10］。根據(jù)外側(cè)從動凸輪連續(xù)往復(fù)做“升—降—升”的運動規(guī)律，凸輪配合面曲線采用了余弦曲線，僅在啟動和停止兩點存在柔性沖擊，在連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中無柔性沖擊，降低了凸輪機構(gòu)的沖擊、噪聲和磨損［11-12］。

已知凸輪配合圓柱的中心圓柱橫截面直徑D為16.25 mm，可得橫截面周長C = πD=3.14×16.25=51.03 mm。為保證相互配合的內(nèi)外側(cè)凸輪受力均衡，降低加工難度，將凸輪配合面曲線設(shè)計為雙余弦曲線。為保證毛刷清潔效果，同時降低凸輪磨損，計算了毛刷軸向移動行程，即外側(cè)凸輪進程（回程）距離為1.5 mm，由此得到凸輪配合面曲線展開圖，見圖8。

圖8 凸輪配合面曲線展開圖Fig.8 Expansion diagram of fitting curve of cam

2.2 負壓回收裝置

由于毛刷轉(zhuǎn)速高于搓接鼓輪轉(zhuǎn)速，且毛刷與鼓輪接觸面的切線速度方向一致，故清除的膠垢和異物會沿著切線速度方向向鼓輪導(dǎo)板靠攏。為避免膠垢和異物對鼓輪表面造成二次污染，在靠攏鼓輪導(dǎo)板支座的鏟刀上方增加負壓回收裝置，用于回收清除的膠垢和異物，并通過負壓除塵管道排出［13］，見圖9。

圖9 負壓回收裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.9 Structure of negative pressure reclaiming unit

3 應(yīng)用效果

3.1 實驗設(shè)計

材料：“泰山（紅將軍）”牌卷煙煙絲（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟南卷煙廠）；卷煙紙規(guī)格60 CU×26.5 g/m2×6 000 m（浙江華豐紙業(yè)科技有限公司）；接裝紙規(guī)格66 mm×38 g/m2×2 500 m（將軍煙草集團有限公司臨清紙業(yè)分公司）。

設(shè)備：ZJ112 卷接機組（常德煙草機械有限責(zé)任公司）。

方法：ZJ112 機組運行速度為10 000 支/min，每個工作日運行6.5 h。①當(dāng)搓接鼓輪表面明顯粘附有膠垢或異物時，對搓接鼓輪進行清潔；當(dāng)因搓接鼓輪表面污染導(dǎo)致煙支搓接質(zhì)量不合格時，對搓接鼓輪進行清潔。分別統(tǒng)計改進前后搓接鼓輪清潔次數(shù)、搓板堵塞次數(shù)。②每0.5 h對煙支質(zhì)量進行一次抽檢，抽檢數(shù)量100支/次，每班次抽檢12次，根據(jù)《卷煙工藝規(guī)范》［14］對煙支外觀質(zhì)量進行檢測，統(tǒng)計泡皺煙支數(shù)量并計算百分比。統(tǒng)計周期為30 d，取平均值。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可見，使用搓接鼓輪清潔裝置后，搓接鼓輪清潔次數(shù)由改進前的6 次/d 降低到2 次/d，搓板堵塞次數(shù)由10次/d降低到3次/d；泡皺煙支數(shù)量占比由10.2%降低到2.6%，下降7.6 百分點，有效提高了煙支外觀質(zhì)量。

表1 搓接鼓輪清潔裝置使用前后測試數(shù)據(jù)Tab.1 Test data of device for cleaning rolling drum before and after modification

4 結(jié)論

基于YJ212接裝機組設(shè)計了一種搓接鼓輪清潔裝置，能夠連續(xù)對搓接鼓輪表面的膠垢和異物進行清潔，清除的膠垢和異物被負壓回收裝置回收，避免對搓接鼓輪表面產(chǎn)生二次污染。以濟南卷煙廠生產(chǎn)的“泰山（紅將軍）”牌卷煙為對象對ZJ112 卷接機組進行測試，結(jié)果表明：使用搓接鼓輪清潔裝置后，搓接鼓輪清潔次數(shù)減少4次/d，搓板堵塞次數(shù)減少7次/d，泡皺煙支數(shù)量占比降低7.6百分點，保證了煙支外觀質(zhì)量，提高了設(shè)備運行穩(wěn)定性。由于ZJ112 與ZJ118卷接機組機械結(jié)構(gòu)基本相同，該裝置可在ZJ118機組推廣應(yīng)用。