卷煙接裝紙刮紙角度在線調整裝置的設計及應用

許若辰，陳榮林，俞 磊，余 軍

（江蘇中煙工業(yè)有限責任公司徐州卷煙廠，江蘇徐州 221000）

0 引言

煙用接裝紙是卷煙產品的主要材料之一，其作用是將濾嘴與煙支牢固地接裝在一起，不同類型煙用接裝紙的表面性能對卷接效果影響較大。因使用新材料、新工藝生產的接裝紙容易造成接裝紙吸膠性能差，在中支卷煙的生產過程中導致煙支搓接質量不佳，進而產生翹邊、漏氣、泡皺等缺陷煙支，影響煙支外觀質量。

目前改善接裝紙搓接質量主要有兩種方法，一是增加涂膠量，二是提高接裝紙吸膠能力。李超等通過改進接裝紙上膠系統(tǒng)，解決了煙支掉嘴、漏氣等問題。徐亞軍等基于ZJ116 型卷接機組設計了接裝紙第二次刮紙裝置，提高了接裝紙的吸膠能力。目前中速卷接機組主要采用調節(jié)負壓大小的方法控制接裝紙張力，該方法適用于常規(guī)煙支生產，在接裝紙吸膠性好、膠水黏性高的情況下能夠有效保障煙支搓接質量。但該方法無法滿足中支煙品牌切換過程中，吸膠性較差的中支煙接裝紙的柔性控制需求。為此，基于改變接裝紙輸送路徑的方法，設計一種在線調整裝置，實現(xiàn)接裝紙刮紙角度的精準控制，以期提高接裝紙吸膠性能，滿足不同品質接裝紙在卷煙生產中的需求。

1 問題分析

1.1 存在的問題

卷制生產中，中速卷接機組需要對接裝紙進行刮紙拉毛處理，即接裝紙在引紙輥的驅動下，經過兩個引紙輥間的刮紙棒，接裝紙在一定的牽引力下通過刮紙棒的棱邊，從而實現(xiàn)拉毛（圖1）。由于不同批次、品牌的接裝紙拉毛質量參差不齊，導致接裝紙上膠效果不理想，影響煙支搓接質量，造成翹邊、漏氣、泡皺等缺陷煙支。此外，刮紙裝置的刮紙棒固定在支架上（圖2），需要在停機狀態(tài)下利用工具對刮紙棒的棱邊角度進行調整，且調整角度有限。

圖1 改進前接裝紙輸送路徑

圖2 改進前調整刮紙角度

以生產的A 和B 兩種牌號的中支煙為例，所使用的接裝紙表面均勻度、平滑度較高，但質地較硬、抗卷曲性較強、吸膠性能較差。在生產中主要存在以下問題：①因中支煙比常規(guī)卷煙圓周小，卷制所需的接裝紙寬度減小，接裝紙的卷曲性較差；②由于接裝紙吸膠性能差，通過增加涂膠量改善搓接質量的效果不佳，多余的膠水反而容易在設備上形成膠垢；③刮紙棒兩側的接裝紙之間的夾角是固定，即刮紙棒兩側接裝紙內牽引力的合力作用到刮紙棒上是固定的，因此造成刮紙棒對接裝紙刮紙拉毛力度沒有調整空間的現(xiàn)狀。

1.2 原因分析

由表1 可知，A 牌號和B 牌號的接裝紙均采用三色燙金工藝，透明電化鋁寬度分別為23 mm 和5 mm。A 牌號燙金面積較大，B 牌號采用的是亮銀轉移紙，紙張表面附有鋁層，并在鋁層上燙印寬線條。A 牌號在卷接過程中，電化鋁位置的吸膠性能較差，在正常生產時電化鋁位置容易出現(xiàn)開膠現(xiàn)象。B 牌號因電化鋁表面平滑度高且吸膠性較差，容易出現(xiàn)搭口翹邊現(xiàn)象。

表1 兩種中支煙接裝紙規(guī)格

由于接裝紙已設計定形，為此需設計一種接裝紙刮紙角度在線調整裝置，以適應不同厚度、材質、工藝的接裝紙的上機生產需求。通過在線調整裝置改變刮紙棒兩側的接裝紙之間的夾角，實現(xiàn)改變刮紙角度，從而改變刮紙棒兩側接裝紙內牽引力的合力，來實現(xiàn)改變刮紙棒對接裝紙刮紙拉毛力度，從而提高刮紙棒對接裝紙拉毛質量，改善接裝紙吸膠性能。

2 在線調整裝置設計

2.1 改進接裝紙輸送路徑

在靠近中部支撐輥的一側，通過角度調整輥限位軌道安裝角度調整輥（圖3）。為了使刮紙棒兩側的接裝紙夾角控制更加精確，角度調整輥在燕尾槽限位軌道上采用絲桿驅動連接角度調整輥。通過角度調整輥的升降，與接裝紙下表面接觸。當刮紙棒對接裝紙的刮紙壓力過大或過小時，角度調整輥可沿著燕尾槽限位軌道進行升降，實現(xiàn)刮紙棒兩側的接裝紙夾角改變，從而連續(xù)地對接裝紙上膠面的刮紙和卷曲力度進行在線調控。

圖3 改進后接裝紙輸送路徑

2.2 接裝紙受力分析

接裝紙刮紙力度分析如圖4 所示，刮紙棒兩側的接裝紙牽引力為F1、F2，刮紙棒兩側的接裝紙夾角為α（π/2<α≤5π/6），刮紙棒對接裝紙的刮紙力為F刮。

圖4 接裝紙刮紙受力分析

接裝紙在設備運行張緊狀態(tài)下，接裝紙內的張力相等，即F1=F2=F張，則：

接裝紙刮紙力F刮隨刮紙夾角α 變化的曲線如圖5 所示。可見，隨著α 變大F刮減小。已知α 調節(jié)范圍為π/2<α≤5π/6，F(xiàn)刮調節(jié)范圍為60%F張～150%F張，中部支撐輥到刮紙棒水平距離L=1 cm，根據(jù)三角形關系計算，可得角度調整輥升降距離Δh=-cotα×L=×L≈1.73 cm，絲桿調節(jié)行程需要大于1.73 cm。

圖5 接裝紙刮紙力與α 的關系曲線

2.3 在線調整裝置結構

接裝紙刮紙角度在線調整裝置主要由限位軌道支架、滑動塊、滾輪、調節(jié)絲桿、固定塊等部分組成（圖6）。根據(jù)設備上現(xiàn)有的螺孔尺寸以及燕尾槽限位滑軌的需求，設計限位軌道支架?；瑒訅K卡入支架燕尾槽內，其下端有調節(jié)絲桿擰入的螺孔，上端固定滾輪。滾輪由固定軸和滾動外圈通過軸承組合而成。調節(jié)絲桿通過E 形卡簧固定在固定塊上。固定塊由緊固螺絲固定在限位軌道支架上。

圖6 接裝紙刮紙角度在線調整裝置

3 應用效果

3.1 實驗設計

實驗材料：A 牌號接裝紙和B 牌號接裝紙。

實驗設備：中速中支卷煙機。

實驗方法：記錄兩種材料在原卷接機刮紙后動態(tài)接觸角測試結果，然后調整角度調整輥至生產的煙支無質量問題狀態(tài)，空跑接裝機收集未涂膠的接裝紙，并記錄在線調整刮紙后動態(tài)接觸角測試結果。

實驗中，動態(tài)接觸角是研究流體微觀規(guī)律的基礎。本次實驗利用了專用檢測儀，檢測液體在固體表面接觸角隨時間而變化的過程，并記錄液體體積大小的變化，以此分析液滴平衡狀態(tài)下的實驗結果。

3.2 實驗過程及數(shù)據(jù)分析

安裝接裝紙刮紙角度在線調整裝置后，對兩款中支煙接裝紙進行動態(tài)接觸角實驗，實驗結果見表2、圖7、圖8。

表2 接裝紙動態(tài)接觸角實驗數(shù)據(jù)

圖7 接裝紙刮紙包角調整前后接觸角變化量對比

圖8 接裝紙刮紙包角調整前后體積變化量對比

從圖7 和圖8 可以看出，水滴在接裝紙上從0.1 s 到10 s之間的差值在改變刮紙角度前后，接觸角和液體體積的大小變化很大，說明接裝紙的吸水性有明顯改善，翹邊等質量問題也得到解決。將從卷煙質檢結果來驗證加裝接裝紙刮紙角度在線調整裝置后使用效果。

3.3 卷煙質量檢驗

加裝接裝紙刮紙角度調整裝置前產生翹邊、漏氣、泡皺煙支過多，無法正常生產。加裝接裝紙刮紙角度調整裝置后，多批次、不同牌別質量得分平均為99.413 分，質量缺陷中翹邊、泡皺、壓痕、夾沫支數(shù)合計為0.206 支/批，已與其他常規(guī)煙機組持平（表3）。

表3 多批次不同牌別質量統(tǒng)計

4 結論

基于中速卷煙機設計了一種接裝紙刮紙角度在線調整裝置，通過改變角度調整輥升降來改變接裝紙刮紙角度，從而改變刮紙力度，以提高接裝紙吸膠性能。結果表明，加裝了接裝紙刮紙角度在線調整裝置，提高了設備對不同牌別和不同批次的接裝紙的適應調整能力，解決中支卷煙生產中面臨的緊迫問題，保證了卷煙質量和設備生產效率。