ZJ116A型卷接机组搓接自动清洁装置研制

潘恒乐 冯雄伟 王 俊

(常德烟草机械有限责任公司，湖南 常德 415000)

ZJ116A型卷接机组是以ZJ116型卷接机组[1]为技术平台研制出具有自主知识产权的超高速卷接机组(最高运行速度14 000 Cig/min)，该机型运行平稳可靠、产品质量优、操作快捷方便[2]。烟支搓接部分是ZJ116A型卷接机组的重要组成部分，主要由搓烟轮和搓板组成[3]，研究[4]表明，搓烟轮和搓板表面的清洁度会直接影响到卷烟的搓接效果，如不及时清理其表面异物，会影响烟支的搓接质量和设备的稳定性。近年来，针对搓接部分的清洁已有一些研究，姜冬子等[5]通过PLC控制铜刷和压缩空气，实现了对ZJ112型卷接机组搓板的自动清洁；王治伟[6]采用高精度压差传感器和外置剔除阀，优化了清洁过程，减少了ZJ19型卷接机组的搓板堵塞次数，提高了设备的运行效率。但这两种方式不适用于超高速运行的ZJ116A型机组。研究拟设计一种针对ZJ116A型机组搓接部分的自动清洁装置，以期降低维保工作量，提高设备运行稳定性。

1 问题分析

卷接机组的烟支搓接工艺是以乳胶为黏接剂，通过搓板与搓烟轮将无嘴烟条、滤嘴和接装纸搓接在一起[7]。如图1所示，ZJ116A型卷接机组的搓接装置主要由搓板4、启动轨3、搓烟轮2以及归位轮5组成。搓烟轮2从靠拢轮处接收粘有接装纸纸片的组烟1(带有接装纸片的烟条段和双倍长滤嘴组成)，并将其吸入烟槽中。组烟1随着鼓轮转动到达启动轨处，进入搓接工作位置，随后启动轨将组烟1拨出烟槽，在搓烟轮2圆弧面与搓板4之间滚动，从而使接装纸片将组烟1紧密包裹粘合而形成双倍长度滤嘴烟支，最后在归位轮5的带动下落入烟槽中。从组烟被启动轨拨出烟槽开始，到滚出搓板，卷烟一直受到挤压，乳胶很容易溢出粘在搓板或搓烟轮表面上。溢出的胶水容易沾染上烟沫、纸屑、粉尘等，经长时间运行后，会在搓板和搓烟轮表面形成胶垢，影响后续烟支的搓接，导致烟支泡皱、空头等，甚至造成掉烟，使机组停机，影响卷烟的生产质量和生产效率[8-9]。

1. 组烟 2. 搓烟轮 3. 启动轨 4. 搓板 5. 归位轮

如图2所示，ZJ116A型卷接机组的搓烟轮1上方设有一个铲刀装置2，但只能对体积较大的杂物进行铲削清洁，而且铲刀装置和搓烟轮之间有一定的间隙，清洁效果不理想，有时反而将粘到搓烟轮表面的滤棒或水松纸片压实到鼓轮表面，且无法铲除，而搓板没有针对性地设计清洁装置。为清理搓接部分的胶垢和杂物，企业在每个班次交接班时至少需人工清理一次，维保工作费时繁琐，影响设备的运行效率。

1. 搓烟轮 2. 铲刀 3. 电机 4. 毛刷 5. 切纸轮

2 设计方案

2.1 搓烟轮清洁机构

在ZJ116A机组中，电机3驱动毛刷4转动，对切纸轮5表面进行清洁(见图2)，结合目前的布局，搓烟轮1上方还有较大的闲置空间，对原切纸轮自动清洁装置进行改进，使电机同时驱动两个毛刷转动，以实现切纸轮和搓烟轮表面的自动清洁。

采用CREO软件参数化设计[10]，得到改进后的毛刷清洁装置模型，见图3。设备运行时，电机3驱动带轮11转动，通过两个同步带7和8带动同步带轮9和12转动，使两个毛刷2和4转动，实现同时清洁切纸轮和搓烟轮表面的目的。新型毛刷清洁装置因其自带动力，与搓烟轮相对速度可变，能更彻底地刷除搓烟轮的表面杂物，达到更好的清洁效果。同时还将毛刷4的法兰安装孔设计成腰形槽，用于调节毛刷相对搓烟轮的距离，当毛刷磨损难以有效清洁搓烟轮表面时，可以调整其与搓烟轮之间的位置，来保证毛刷对搓烟轮的压力，使毛刷能够继续使用，提高毛刷的使用寿命。

1. 搓烟轮 2、4. 毛刷 3. 电机 5. 切纸轮 6. 铲刀 7、8. 同步带 9、11、12. 带轮 10. 张紧轮

2.2 同步带的选型

为同时驱动2个毛刷，电机输出的带轮11相对于原带轮进行了加宽，便于同时安装2个同步带，其中带轮9、带轮11以及带轮12的齿数Z=22，节距P=5.08 mm。

根据分度圆直径计算公式[式(1)]，求得d=35.57 mm。计算公式：

(1)

式中：

d——带轮分度圆直径，mm；

P——带轮节距，mm；

Z——带轮齿数。

通过CREO软件建模，模拟同步带8被张紧到极限位置时情况，如图4所示，得到带轮11到带轮9的中心距L1=157 mm以及同步带8的节线长的最大值Lmax=441.6 mm。

1. 带轮11 2. 同步带 3. 张紧轮 4. 带轮9

同步带8的节线长的最小值为Lmin=πd+2L1≈425.7 mm。根据计算结果，选择了型号为170XL037的同步带(德国Optibelt公司)，该同步带的节线长L=431.8 mm，则Lmin

2.3 搓板清洁机构

在搓接装置的右侧设计了一套搓板自动清洁装置，该装置包括机械部分、气动部分和电气控制部分。其结构如图5所示，机械部分主要由射流器4、支架5、管接头3 等组成。管接头3装于射流器4右侧，另一头连接气管，射流器4通过支架5安装在搓板装置上，射流器4上有一排弧形气孔，当搓板处于非工作状态时，吹气管上弧形布局的气孔正好与搓板表面重合。

1. 归位轮 2. 搓板 3. 管接头 4. 射流器 5. 支架 6. 搓烟轮

气动部分主要由一个两位三通电磁阀和单向节流阀组成，电磁阀可以选用设备上的备用阀岛，气路示意图如图6所示。电磁阀控制气源的通断，当需要清洁搓板表面，电磁阀连通气路，压缩空气经过节流阀到射流器，再通过弧形布局的气孔清洁搓板表面的杂物。

1. 射流器 2. 单向节流阀 3. 两位三通电磁阀 4. 气源

ZJ116A型卷接机组的电控系统采用德国Beckhoff公司的IPC控制技术[11-12]，所以利用IPC编写控制模块来控制清洁风运行。其控制流程见图7，设备运行时，光电开关B24M识别到10个连续的空槽，发出报警信号，设备停止运行，搓板转到非工作位置，此时接近开关B23M检测到搓板并发出信号，两位三通电磁阀通电后换向，从而使压缩空气进入到射流器中，清洁搓板表面的杂物，清洁2 s后，两位三通电磁阀失电，在弹簧作用下，电磁阀复位，阻断了压缩空气的流通，射流器停止对搓板进行吹气清洁。或在设备运行前，压纸杆会提前将水松纸压到胶辊上，接近开关B67M检测到压纸杆并发出信号，电磁阀通电换向，压缩空气清洁搓板表面2 s，然后电磁阀失电复位，射流器停止吹风。该控制系统能使搓板在设备运行之前和运行之后都能被清洁一次，尽可能地保证搓板工作表面的清洁。

图7 控制流程

3 应用效果

为验证改进效果，对常德烟草机械有限责任公司实验室1组ZJ116A型卷接机组进行改进及对比测试。

3.1 设计试验

3.1.1 材料与设备

白沙(硬)牌卷烟配套烟丝及辅料：长沙卷烟厂；

卷接机组：ZJ116A型，常德烟草机械有限责任公司。

3.1.2 方法 将ZJ116A型卷接机组的运行速度设定为14 000 Cig/min，每天运行6 h，分别统计改进前后设备出现搓板堵塞次数，统计周期为30 d。发生搓板堵塞后，若搓板和搓烟轮表面沾附纸片、烟条等明显异物时，则分别对两者进行人工清洁，并统计清洁次数。

3.2 数据分析

如表1所示，改进后的ZJ116A型卷接机组，其搓板堵塞由36次/月降低到21次/月，人工清理搓板的次数由32次/月减少到16次/月，人工清洁搓烟轮的次数由28次/月降低到8次/月，提高设备有效作业率，降低了维保强度。

表1 改进前后的搓板堵塞和人工清洁次数统计

4 结论

通过电机驱动毛刷清洁搓烟轮，采用设备IPC系统编写控制模块来控制压缩空气清洁搓板的工作面等方法，实现了对ZJ116A型卷接机组搓接的自动清洁，有效地清除了搓烟轮和搓板上的胶垢和异物。通过对改进前后的ZJ116A型卷接机组进行对比测试，结果表明：改进后提高了设备运行效率，降低了维保强度。但由于该装置巧妙利用了ZJ116A型机组的布局，只可在ZJ116系列机型上推广，无法直接应用于其他机型。实际运行过程中，影响烟支搓接的因素较多，虽然不能完全依靠该装置取代人工清洁，但该方法仍可有效降低清洁次数，提高设备运行的稳定性。