两种口罩机的技术特点分析及优劣比较

周友华 王谷洪 吴国卷 赵海金 费翼城

摘要：简述并对比了新旧两款口罩机的技术特点和优劣，得出如下结论：新设备减少了上料调节的时间，提高了生产效率和良品率，同时新设备使用的原材料品种也更加广泛，为口罩机的采购、自动化改造提供了借鉴。

关键词：口罩机;良品率;电缸

中图分类号：TS103.7    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2022）04-0078-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.04.023

0    引言

口罩是预防新冠肺炎疫情重要的卫生防疫物资，佩戴口罩对防止病毒传染具有重要作用，因此，自新冠肺炎疫情爆发以来，国内外对口罩的需求急剧增加。中国作为制造业大国，拥有生产品种多样、速度各异的口罩机的能力。目前市场上主要流行两种自动口罩机，本文通过对比这两种口罩机在上料、叠片、切片、输送、耳带剪切、熔耳带、下料等环节的不同点，来展现这两种口罩机在使用过程中各自的优缺点。

1    两种口罩机技术特点

1.1    老款一拖二口罩机

老款一拖二口罩机如图1所示。

1.1.1    上料特点

人工上料、手动输送到三叠片部位，需严格遵守布料、叠片、压花轮三点一线的原则，否则后续容易走偏。如果需要调节三叠片的位置，那么三叠片中每一片的位置都有可能变化，都需要调整。所以新手上料需要大量的时间来积累经验，同时压花的时候边路有可能因为口罩布料偏移导致褶皱。而且鼻梁条整卷水平放置，底部有个旋钮式阻力调节装置，不可自动调节，后续需要人工放料。总的来说，对工人要求较高，需要熟练掌握调整技能。

1.1.2    叠片压花特点

压花轮的周长为一个口罩的宽度，中间和两边同时压花封边。

优点：结构简单、安装方便。

缺点：一旦三叠片未叠整齐，容易出现褶皱，需要反复调整;而且压花轮不管是两边部位还是中间部位，只要有一个花纹齿轮损坏，就需要整个更换;同时，除了压花轮，后面几组平行轮的压力也要根据实际走料的情况来调节，否则口罩布料将逐步偏移或有压痕，还会导致口罩波浪状走形，横切的切口处不整齐。

1.1.3    切刀特点

滚轮上有1个凹槽用来装刀片，刀片边有3个孔用来固定锁紧，刀背有3个贯穿滚轮的孔，用来顶刀背。通过左、中、右3个孔安装顶丝来微调刀片水平，使切刀旋转过程中能同时切断整个物料，否则存在挂丝、切不断的现象就不能实现自动下料。

优点：结构简单易懂，刀片更换方便。

缺点：人工手动调整顶丝，不同的人调整的刀片水平状态不同，刀片调整不平衡，压力过大，容易导致刀片卷刃，影响刀片的使用寿命。

1.1.4    下料特点

切好的口罩通過输送带一分二，通过气缸推送分别输送到两台耳带机上，气缸推送的速度要和料道运行速度相匹配，因为气缸推送过快容易打弯口罩，速度过慢容易卡料。

优点：能够提高产量，节约成本，解决了叠片机和耳带机生产运行速度不匹配的问题。

缺点：口罩叠片后压合力变化，会导致口罩有一定弯曲变化，当气缸推动口罩时，会加大口罩的弯曲度，从而导致卡料。

1.1.5    熔耳特点

采用气缸带动烫耳下压到超声波平台。

优点：结构简单，容易维修更换。

缺点：下压高度难以精确控制;熔接后的口罩两边耳带可能拉力不合格，气压波动容易导致熔接太深或太浅;烫耳的价格不便宜，如果前期安装调整时，烫耳的水平位置未调整很好，将导致边路磨损严重，上下未调整好，则整体磨损严重，均会影响使用寿命。

1.1.6    耳带剪切特点

采用气缸推动剪刀斜剪。

优点：结构简单，容易维护，能清楚地看见剪切效果。

缺点：斜剪耳带对剪刀质量要求很高，长时间使用后，剪刀刀片容易把耳带带偏离，导致烫耳下压时压偏耳带，造成口罩拉力不合格;需要定期清洁刀面，润滑轨道。

1.1.7    夹耳特点

每个转盘有前后两组夹爪，夹爪夹住耳带旋转半圈的距离等于耳带的长度。每组夹爪夹住耳带的两端，耳带熔接完后松开耳带。夹爪的夹紧和放松是通过弹簧来驱动的。

优点：结构简单，容易更换。

缺点：耳带卡住会导致旋转不到位的情况，容易碰到烫耳导致损坏;同时，夹爪里面的弹簧频繁使用后也会断裂，需要定期更换。

1.1.8    封耳特点

采用两边气缸连接长方形的边框把耳带往中间推，然后加热后的长条压块下压。

优点：位置调整方便，结构简单，容易维修。

缺点：在异常急停的过程中，边框后退和压块下压容易不同步，从而导致两者发生碰撞，造成推板边框破裂。

另外，耳带熔接后的形状不一，使用不同型号和质量的耳带熔接后的形状也不一样，需要耗费时间根据现场实际情况来调整长方形推框的高度和位置。

1.1.9    鼻梁条特点

通过上下两个齿状的压花轮拽动鼻梁条前进，同时保持鼻梁条的同步切刀旋转，旋转一周后切断鼻梁条，通过口罩物料带动鼻梁条前进并封口。

优点：结构简单，易于调整。

缺点：无鼻梁条检测，一旦一卷中的鼻梁条中间缠绕卡死，如果后端人员不能及时发现生产的口罩没有鼻梁条，将产生大量的废品。

1.2    新款一拖一口罩机

新款一拖一口罩机如图2所示。

1.2.1    上料特点

同样是人工上料，调整部分加装了自动调整装置，鼻梁条加装了悬杆式阻尼调整装置，生产过程中能保持拉力恒定。缺点是要定期润滑，优点是降低了上料难度。

1.2.2    压花特点

和老款口罩机不一样的是，它把压花轮分成了两部分，先由两个边轮封边，然后送去叠片，最后再中间压花。这样做的优点是减少了口罩偏移褶皱的问题，缺点是增加了材料成本，而且调整的时候前后都要调整到水平位置且压力必须适中。同时，导向板尺寸需要依据口罩原材料的宽度来确定，一旦导向板成型，后续更换不同宽度的材料就需要加工新的导向板。

1.2.3    切刀特点

相比于老款口罩机，新款口罩机的滚轮大了一倍，上下同时安装了两把切刀，而且装切刀的凹槽里面没有调整切刀水平的顶丝。一般情况下直接安装刀片，不需要调整水平，如有需要，可通过在槽里垫压不同厚度的铜片来调整切刀水平。凹槽两头有锁紧孔，通过顶丝锁紧孔来锁紧刀片。

优点：两把切刀效率提升了一倍，而且解决了因顶丝松动而导致切刀不平的问题，一旦调整好切刀后，后续的加工非常稳定。

缺点：更换刀具、垫铜片、调整切刀水平、调整压力耗时长。

1.2.4    下料特点

新机是一拖一的形式，所以无须分料，当然也就不存在气缸推料，需要调整和维护气缸的问题。因为伺服电缸的引入，耳带机熔接耳带的速率大大提高，可以和叠片机相匹配。所以，叠片机和耳带机之间仅仅需要一个很短的料道传送即可，减少了配件数量，降低了输送故障发生的频率。

1.2.5    熔耳特点

采用了伺服电动缸下压，这样根据熔接耳带的效果就可以直接在触摸屏上精确快速方便地调整烫耳的位置，而且生产过程中稳定性好，气压变动也不会影响口罩质量。

1.2.6    耳带剪切特点

新机采用伺服电机控制夹爪去拉伸耳带，耳带的长度可以在触摸屏上修改。拉伸后由垂直剪刀剪断，然后从水平位置旋转90°后下压到口罩熔接位置。旋转角度也是可调的。

优点：缩短了因耳带偏移或者拉力不合格而导致维修的时间，提高了生产效率。

缺点：对剪刀要求高，长时间使用，需要拆卸重新打磨剪刀刀刃，而且对气缸提出了更高的要求，夹爪闭合不顺畅时易导致夹爪夹住的耳带偏短或者直接夹不住耳带。

1.2.7    夹耳特点

对比老款使用弹簧，新机改成了气缸驱动来控制夹紧和放松，通过伺服电机旋转角度来调整夹紧和松开耳带的位置。在触摸屏上可以很方便地设置伺服电机旋转的角度。

优点：旋转角度可控，气缸使用寿命远大于弹簧，减少了故障发生的频率。

1.2.8    封耳特点

对比老款口罩机，新机去掉了气缸推耳带和封耳带的动作，直接采用导向铁丝，口罩在移动的过程中自动把两边的耳带通过铁丝导向中间，加热后的压块再下压封耳。

优点：节约成本，一旦固定成型，后续几乎不需要改动，减少了因气缸漏气而增加的维修时间，而且如果更换了不同型号和质量的耳带，则不需要再调整。

缺点：铁丝较粗，人工手动弯曲费力，而且不容易成型，往往需要反复微调整，才能达到最佳的效果。

1.2.9    鼻梁条特点

老款口罩机没有自动检测鼻梁条的功能，只有靠后端人工检查才能知道口罩里有没有鼻梁条。如果不能及时发现口罩未加鼻梁条，将会产生大量的不合格品，造成浪費。新款口罩机在鼻梁条切断后，有两个传感器专门用来检测口罩是否包裹了鼻梁条，这样就无须人工随时注意，无论鼻梁条是卡住还是用完，只要有一个口罩没有鼻梁条，设备就会停机报警，完全杜绝了此类不良品流入市场。

2    两种口罩机核心部件对比

上述两种口罩机的核心区别在于电缸的引入，相比于传统的气缸推动烫耳压头，使用电缸大大提高了烫耳压合力的稳定性，能够稳定地生产耳带拉力合格的口罩。现对气缸和电缸的原理进行分析。

2.1    普通气缸

如图3所示，普通气缸包括缸筒、端盖、活塞、活塞杆、缓冲柱塞和缓冲节流阀。缸筒的内径大小决定了气缸输出力的大小，活塞在缸筒内做平稳的往复运动。当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的力推动活塞运动，使活塞杆伸出;当有杆腔进气、无杆腔排气时，活塞杆缩回;若有杆腔和无杆腔交替进气和排气，则活塞杆做往复直线运动。

2.2    电缸

如图4所示，作为高精度直线运动系列的全新革命性产品，伺服电缸是实现伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，其能将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最大的优点——精确转速控制、精确转数控制、精确扭矩控制转变成精确速度控制、精确位置控制、精确推力控制。

电缸的特点如下：（1）闭环伺服控制，控制精度达到0.01 mm;（2）增加压力传感器，实现精密推力控制，控制精度可达1%;（3）很容易与PLC等控制系统连接，实现高精度运动控制;（4）维护成本低，电缸在复杂环境下工作只需要定期注脂润滑，并无易损件需要维护更换，比液压系统和气压系统减少了大量的售后服务成本;（5）运动平稳，噪声低，节能，干净，刚性高，抗冲击性强，超长寿命，操作维护简单。电缸可以在恶劣环境下长期无故障运行，并实现高强度、高速度、高精度定位，防护等级可以达到IP66。所以，电缸可以广泛应用于造纸、化工、汽车、电子、机械自动化、焊接等行业。

2.3    对比分析

从上述分析可知，在生产过程中，相邻口罩机用气量变化，导致管路气压变化，会影响相关气缸的推杆力，从而有可能导致烫耳在单位时间内压力变化，造成耳带过熔或熔接不牢。如果使用电缸，在电网电压基本稳定的情况下，就不会出现烫耳压力的变化;而且在触摸屏上很容易通过精确设置数值来改变电缸下压的位置和时间，这样后端质检的结果就能快速反映到实际生产中，所以使用电缸的口罩机良品率大大高于使用普通气缸的口罩机。

从维修角度来说，烫耳气缸是直接固定在机架上的，当更换气缸后，烫耳压头的位置其实已经变动了，需要花大量的时间来重新调试，反复垫压不同厚度的铜片来改变下压的高度，从而确定最好的烫耳效果。而当电缸更换后，只需要在触摸屏上修改位置的数值，即可确定最合适的高度，达到最好的烫耳效果。

3    结语

综上所述，新款口罩机在保证口罩质量、提高生产效率、减少维修时间等方面相对于老款口罩机有很大的优势。未来口罩设备必然逐步向智能化方向发展，自动上料、自动调节、自动检测等功能的应用将极大地降低人工成本，提升生产效率，提高产品的良品率。

收稿日期：2021-11-23

作者简介：周友华（1981—），男，江西永新人，工程师，从事制药设备工程技改工作。

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