ZJ17D 卷接機(jī)組空頭率偏高原因分析及解決措施

谷春亮，金 鳳，梁勇剛

（吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司延吉卷煙廠，吉林 延吉 133002）

0 引言

近年來，卷煙企業(yè)在細(xì)支卷煙產(chǎn)品的開發(fā)及生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行了積極探索。由于細(xì)支卷煙作為一種全新的卷煙產(chǎn)品，行業(yè)內(nèi)還沒有相關(guān)工藝制造標(biāo)準(zhǔn)。由于細(xì)支卷煙生產(chǎn)設(shè)備是在常規(guī)生產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)格改造后用于細(xì)支煙生產(chǎn)的，因此，在生產(chǎn)過程中存在煙支空頭率較常規(guī)煙支明顯偏高，煙絲損耗量大等問題。在卷煙生產(chǎn)制造過程中，在線廢品剔除率是影響制造成本和卷煙質(zhì)量的重要指標(biāo)，廢品率高會(huì)嚴(yán)重?fù)p害消費(fèi)者的利益，增加單箱制造成本。

細(xì)支卷煙與常規(guī)卷煙相比較，煙支的卷制、搓接成型原理相同，但由于細(xì)支卷煙煙支直徑減小，因此，成型精度需要提高，對(duì)來料煙絲的填充性有較高要求。而我廠細(xì)支卷煙長白山（777）生產(chǎn)過程中還是采用常規(guī)卷煙的切絲工藝和設(shè)備，所以煙絲結(jié)構(gòu)和卷接機(jī)組的煙絲成型結(jié)構(gòu)不匹配，造成了生產(chǎn)長白山（777）卷煙過程中在線率高等問題。本研究從影響卷接機(jī)組的平整盤結(jié)構(gòu)尺寸及彈絲轆轉(zhuǎn)速兩個(gè)方面入手，解決煙絲結(jié)構(gòu)與設(shè)備的煙絲成型部件匹配性問題，達(dá)到降低在線空頭率的目的。

1 供絲流程分析

1.1 彈絲轆部件

彈絲轆裝置位于ZJ17 卷接機(jī)組VE 供料成條機(jī)針輥下方、送絲皮帶上方，工藝任務(wù)是定量從針輥中取出煙絲，在煙絲自重和輸送慣性共同作用下將煙絲均勻松散的掉落在送絲皮帶上。其工藝布置如圖1 所示，其中1 是針輥、2 是彈絲轆、3 是送絲帶。

圖1 VE 供絲結(jié)構(gòu)工藝布置簡圖

彈絲轆和送絲帶由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過齒形帶驅(qū)動(dòng)，從主傳動(dòng)系統(tǒng)中獨(dú)立出來，通過設(shè)備PLC 控制運(yùn)行速度，從而保證與機(jī)組速度匹配。彈絲轆主要是將針輥梳取的煙絲均勻彈落下來，在彈落過程中，彈絲轆帶動(dòng)煙絲，使之松散并加速的同時(shí)對(duì)煙絲進(jìn)行撞擊，使煙絲長度更加均勻，有利于對(duì)煙支空頭的控制精度，提高卷煙內(nèi)在質(zhì)量[1]。

1.2 劈刀裝置的組成及作用

劈刀裝置是卷接機(jī)組重量控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，在煙絲束成型過程中，卷接機(jī)組的風(fēng)室裝置通過負(fù)壓吸風(fēng)作用將供絲系統(tǒng)輸送的煙絲吸取在吸絲帶上并輸送給卷制部分的煙條成型裝置。由于風(fēng)室吸絲成型通道中輸出的煙絲束不是理想的矩形截面，同時(shí)也不滿足設(shè)計(jì)的目標(biāo)重量，需要通過劈刀裝置對(duì)煙絲束的進(jìn)行修削，使煙絲束的密度符合卷煙設(shè)計(jì)的重量值。

卷煙機(jī)劈刀裝置由前后對(duì)稱布置的劈刀圓盤和位于圓盤下方的刷絲硬輪組成，由主傳動(dòng)系統(tǒng)通過同步齒形帶傳動(dòng)，兩個(gè)劈刀圓盤以同速反向的方式對(duì)煙絲束進(jìn)行修整，以滿足煙支密度控制要求。劈刀盤上可以設(shè)置不同規(guī)格的凹槽，以實(shí)現(xiàn)對(duì)煙支端部的填充進(jìn)行控制。常見的控制方式有無緊頭控制、單緊頭、雙緊頭。劈刀盤工作時(shí)主要是利用圓周表面不同深度配合刷絲輪的修剪對(duì)煙支各部分煙絲量的多少進(jìn)行控制，通過機(jī)組重量控制系統(tǒng)微波檢測(cè)源對(duì)煙支密度進(jìn)行檢測(cè)后，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)劈刀裝置的修削量，進(jìn)而達(dá)到控制卷煙重量的目的[2]。

圖2 劈刀裝置結(jié)構(gòu)及重量控制原理

2 彈絲轆轉(zhuǎn)速對(duì)ZJ17D 卷接機(jī)組空頭率的影響

2.1 方法

本次試驗(yàn)材料對(duì)象是延吉卷煙廠卷包車間正常生產(chǎn)的長白山（777）卷煙的煙成品。選擇一臺(tái)ZJ17D卷接機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)，將設(shè)備運(yùn)行速度設(shè)定為6000 cpm，通過更換不同齒數(shù)的彈絲轆傳動(dòng)同步帶輪，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。彈絲轆傳動(dòng)的同步帶輪，該同步帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：同步帶輪規(guī)格44L075，其中44 表示帶輪齒數(shù)，L075 是指按照國家標(biāo)準(zhǔn)所使用的同步帶規(guī)格（同步帶為標(biāo)準(zhǔn)件），因?yàn)橥綆鲃?dòng)中同步帶為標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)選用即可，只要設(shè)計(jì)符合同步帶規(guī)格的同步帶輪。既然要改變傳動(dòng)比，相應(yīng)的要改變同步帶輪的齒數(shù)，同時(shí)綜合考慮國標(biāo)推薦帶輪齒數(shù)，試驗(yàn)采用的同步帶輪規(guī)格見表1。

表1 試驗(yàn)用同步帶輪規(guī)格表

2.2 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果討論

試驗(yàn)分三階段運(yùn)行，一階段為期8H（單班），彈絲轆分別運(yùn)行正常轉(zhuǎn)速、1.375 倍正常轉(zhuǎn)速和2.75 倍正常轉(zhuǎn)速，每一階段的開始，先取樣檢測(cè)煙支各項(xiàng)物理指標(biāo)數(shù)值，單班結(jié)束后讀取設(shè)備在線空頭剔除情況（試驗(yàn)期間不改變空頭檢測(cè)相對(duì)及絕對(duì)門檻設(shè)置值），試驗(yàn)結(jié)果見表2。

（1）彈絲轆不同轉(zhuǎn)速下，煙槍出口煙絲的結(jié)構(gòu)、填充值變化情況

表2 中相關(guān)數(shù)據(jù)為試驗(yàn)時(shí)一個(gè)批次的取樣檢測(cè)平均值，煙絲結(jié)構(gòu)和填充值是影響卷接質(zhì)量的重要指標(biāo)。依據(jù)表2 分析，隨著彈絲轆轉(zhuǎn)速的提高，煙絲整絲率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，碎絲率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，填充值增加，可見彈絲轆轉(zhuǎn)速的提高有利于減少整絲和碎絲比例，改善煙絲結(jié)構(gòu)[3]。

（2）彈絲轆不同轉(zhuǎn)速下，空頭剔除率情況

從表3 可以看出，隨著彈絲轆轉(zhuǎn)速的提高，在線空頭剔除率有明顯改善，2.75 倍的正常轉(zhuǎn)速要優(yōu)于其他兩種轉(zhuǎn)速。

表3 不同彈絲轆轉(zhuǎn)速下的在線空頭剔除率

3 劈刀結(jié)構(gòu)對(duì)ZJ17D 卷接機(jī)組空頭率的影響

3.1 方法

劈刀是卷接機(jī)組控制煙支松緊頭的核心部件，為了滿足生產(chǎn)過程中煙支填充的飽滿程度及改善空頭煙支產(chǎn)生概率，可通過優(yōu)化劈刀盤規(guī)格尺寸來實(shí)現(xiàn)，以滿足不同卷煙品牌煙絲結(jié)構(gòu)變化與設(shè)備的匹配性。經(jīng)劈刀盤修削后的煙絲束截面形狀和與切煙刀的相對(duì)位置是決定煙支松緊頭控制的關(guān)鍵因素。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)產(chǎn)成品測(cè)量值與控制需求相差很大，預(yù)想結(jié)果下煙支緊頭區(qū)域煙絲分布狀態(tài)應(yīng)該是近似矩形截面，并且凹槽寬度等于單支無嘴煙的長度（雙緊頭劈刀盤），矩形中部煙絲分布較薄處對(duì)應(yīng)煙支非緊頭部分?，F(xiàn)場觀察的實(shí)際情況為：煙支緊頭部分的煙絲分布形狀發(fā)生變化為不規(guī)則的V 形截面，而且兩個(gè)V 形的波谷距中心的距離也不一樣。這就造成了煙絲束輸送至卷制成型部分后，被切煙刀分切的兩支單倍長煙支緊頭參數(shù)不一致，進(jìn)而產(chǎn)生煙支空頭或者單支重量不穩(wěn)定的情況。

通過分析得出產(chǎn)生上述問題的兩方面原因，劈刀凹槽形狀與煙絲結(jié)構(gòu)不匹配和緊頭部分煙絲輸送時(shí)受負(fù)壓風(fēng)波動(dòng)作用發(fā)生滑動(dòng)。劈刀凹槽結(jié)構(gòu)如圖3 所示，劈刀盤外廓線為圓弧，內(nèi)廓線為切線，導(dǎo)致經(jīng)劈刀盤修削后的煙絲是紡錘形。上述過程煙絲束在吸絲帶上輸送時(shí)由于截面尺寸發(fā)生變化，風(fēng)室導(dǎo)軌的陶瓷輪與煙絲之間的作用力發(fā)生波動(dòng)，造成了煙支緊頭位置滑動(dòng)。為了解決上述問題需要對(duì)劈刀盤的凹槽廓線進(jìn)行幾何修形。幾何修形過程要求保證緊頭煙絲量不發(fā)生變化，將劈刀盤凹槽內(nèi)廓線由圓弧切線修改為外廓線同心弧線（圖4）；劈刀盤的成型方式由沖壓改為銑削加工，提高成型精度，以達(dá)到經(jīng)修形劈刀盤可控制緊頭部分煙絲截面形狀為矩形的目的[4]。

圖3 改進(jìn)前劈刀槽形及緊頭煙絲形狀

圖4 改進(jìn)后劈刀槽形及緊頭煙絲形狀

選擇一臺(tái)ZJ17D 卷接機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)，在物理指標(biāo)滿足工藝標(biāo)準(zhǔn)的條件下，根據(jù)前期研究結(jié)果和相關(guān)研究結(jié)論，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用條件，以深槽深度、淺槽深度、卷煙機(jī)卷制速度為研究對(duì)象，開展3 因素3 水平的L9（34）正交試驗(yàn)，確定最優(yōu)組合，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表4。

表4 劈刀結(jié)構(gòu)尺寸三因素三水平正交表頭設(shè)計(jì)

根據(jù)L9（34）正交試驗(yàn)表，加工所需要的劈刀盤在生產(chǎn)狀況不變的前提下，一個(gè)生產(chǎn)班組內(nèi)在1 臺(tái)ZJ17D 卷接機(jī)組上按試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求更換各種規(guī)格的劈刀盤，各規(guī)格的劈刀盤在設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)滿足生產(chǎn)制造條件后生產(chǎn)20 min，記錄目標(biāo)時(shí)間內(nèi)的煙支空頭剔除率。確定劈刀盤深淺槽和運(yùn)行速度最優(yōu)組合后，進(jìn)行不同速度下煙支空頭剔除率和煙支物理指標(biāo)穩(wěn)定的綜合驗(yàn)證，設(shè)備運(yùn)行速度分別取5000 cpm、5500 cpm 和6000 cpm。設(shè)定速度后設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行后10 min開始抽樣，統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)條件取樣3 次，取樣周期5 min，每次200 支。取樣時(shí)，記錄生產(chǎn)期間的煙支空頭剔除率均值，用綜合測(cè)試臺(tái)測(cè)定樣品煙支的物理指標(biāo)變化情況。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

從正交試驗(yàn)結(jié)果（表5）看出[5]，選取的3 個(gè)試驗(yàn)因素中槽深對(duì)煙支空頭率的影響最大，其次為槽寬和設(shè)備運(yùn)行速度。隨著深槽深度的增加，點(diǎn)燃端煙支緊頭煙絲密度增大，煙支空頭率下降最為明顯，但是當(dāng)槽深增加到3 mm 時(shí)，空頭剔除率反而增大。結(jié)合生產(chǎn)需求，選取的最優(yōu)組合為A2B2C3。

表5 平整器不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的煙支空頭率正交試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

彈絲轆轉(zhuǎn)速變化后能改善煙絲整絲、碎絲率，減少供絲成型過程中的煙絲結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。改善卷煙牌號(hào)變化后設(shè)備成型能力和煙絲結(jié)構(gòu)匹配性問題。實(shí)現(xiàn)對(duì)煙支卷制過程中空頭率的控制精度要求。劈刀的結(jié)構(gòu)尺寸中槽深對(duì)空頭的影響最為顯著，同時(shí)有一定的控制范圍，以利于細(xì)支煙煙絲結(jié)構(gòu)相匹配。本研究未進(jìn)行彈絲轆轉(zhuǎn)速和劈刀結(jié)構(gòu)尺寸的交互性試驗(yàn)，主要是考慮隨著實(shí)驗(yàn)數(shù)量的增加，由于部分試驗(yàn)的影響需要對(duì)成品單獨(dú)隔離，人員、原輔材料浪費(fèi)大等原因。從解決生產(chǎn)中存在的實(shí)際問題出發(fā)，結(jié)合研究的結(jié)果，目前車間生產(chǎn)長白山（777）細(xì)支卷煙時(shí)，設(shè)備運(yùn)行速度為6000 cpm，彈絲轆同步帶輪選用的為16 齒，平整盤結(jié)構(gòu)尺寸為槽深2.0 mm，槽寬20 mm。