PROTOS M5卷接机组烟末喷吹装置的研制

PROTOS M5卷接机组烟末喷吹装置的研制

赵琪 张剑平

红塔烟草（集团）有限责任公司楚雄卷烟厂 卷包车间 云南 楚雄  675000

【摘要】PROTOS M5卷接机组在生产过程中， MAX部分烟支搓接时，因接装纸与烟组间夹末而导致的接装纸泡皱、漏气等质量缺陷的烟支剔除数量较多，不仅增加了卷烟原辅材料的损耗使生产成本增高，而且严重影响卷烟产品质量。针对这一现象，通过对问题原因的分析，结合设备结构特性，在接装机靠拢鼓轮处研制加装一套烟末喷吹装置，利用压缩空气通过两个吹气喷嘴将靠拢鼓轮处甩出的烟末沿鼓轮轴向吹出，减少因接装纸处夹末导致的接装纸泡皱、漏气的质量缺陷烟支剔除数量。

【关键词】靠拢鼓轮  烟末喷吹装置  接装纸夹末  接装纸泡皱  漏气

引言

PROTOS-M5卷接机组是具有当前国际先进水平的超高速滤嘴卷烟生产设备，最高生产速度可以达到14000支/分钟。在设备的生产过程中，MAX部分HID透气度、密封度检测废品烟支剔除多的问题较为突出，经过对HID检测后剔除的烟支进行取样统计分析，发现烟支搓接部分因接装纸与烟组间夹末而导致的接装纸泡皱、漏气的质量缺陷烟支占绝大多数。为此 ，需对此种质量缺陷烟支产生的原因进行分析和研究，提出解决方案，并实施相应的改造措施，使 MAX部分HID透气度、密封度检测废品剔除率降低，以节约生产成本。

1 存在的问题

1.1 工作原理简介

    PROTOS-M5卷接机组运行时，烟条段（或烟支）在MAX部分是依靠吸风吸附在高速旋转的各鼓轮外表面上进行交接和输送的，如图1所示，双倍长度烟条经MAX接收鼓轮传送到烟条切割鼓轮切割成两支单倍烟条，两支单倍烟条传送到烟条分离鼓轮分开一定距离后在输入鼓轮上与滤嘴棒组合并传送至靠拢鼓轮，随着靠拢鼓轮的旋转，烟条与滤嘴棒逐渐靠拢，靠拢后的烟组与接装纸鼓轮上的接装纸片粘接，随后传送到搓接鼓轮搓接成双倍滤嘴卷烟。

1.2 存在的问题

PROTOS-M5卷接机组在生产过程中，通过图文显示系统发现MAX部分HID透气度、密封度检测的废品剔除率偏高，即对HID检测剔除的全部缺陷烟支进行取样分析，由HID剔除的缺陷烟支统计结果看出，接装纸有夹末的泡皱、漏气烟支数量较多，两台机平均为57支/14万支，占HID总剔除数的87.35%，即接装纸与烟组间夹末而导致的接装纸泡皱、漏气烟支过多，造成了MAX部分HID透气度、密封度检测的废品剔除率高。因此，需对机组的MAX部分烟末产生的原因和接装纸与烟组间夹末的原因进行分析，从而提出解决方法，以减少此类缺陷烟支，最终降低HID透气度、密封度检测的废品剔除率。

2 原因分析

2.1 MAX部分产生烟末的原因

（1）根据烟支卷制的工艺流程，SE卷制成形部分生产的连续烟条需经过SE切割系统烟条切刀切割形成双倍长度烟条，再经过MAX烟条圆切刀分切成单倍烟条。因此，在每个单倍烟条两端会产生两个切口，此时，烟条内烟丝中含有的烟末就会有一部分处于切口端面。另一方面，由于切刀对烟条的切割使烟条内的烟丝造碎，也会在切口端面产生一定量的烟末。

（2）根据设备的工作原理，烟条从SE部分到MAX部分各鼓轮传送后，其运动由沿烟条轴线方向的直线运动变成沿鼓轮旋转方向的圆周运动。

（3）在设备运行过程中，MAX部分烟条（或烟支）依靠吸风吸附在高速旋转的鼓轮外表面做圆周运动，烟条（或烟支）切口端面的烟末会因鼓轮的高速旋转被甩出。另一方面，当烟条 （或烟支）从上一个鼓轮传递到下一个鼓轮时，下一鼓轮的吸风将上一鼓轮上的烟条 （或烟支）快速吸向下一鼓轮，此交接过程中，烟条 （或烟支）产的震动会使切口端面的烟丝松散，其间的部分烟末也会在后续的传送中陆续被甩出。这些烟末一部分掉落在机器内部堆积，一部分掉落在废烟输送皮带被送至收集箱。

从以上分析可以看出，设备运行时MAX部分烟末的产生是不可避免的。

2.2 接装纸与烟组间夹末的原因

生产中，经MAX部分烟条切割鼓轮切割后的两支单倍烟条在输入鼓轮上与滤嘴棒组合形成烟组，烟组从输入鼓轮传送到靠拢鼓轮和在靠拢鼓轮最大压缩点（烟条靠拢滤嘴棒）之前的传送过程中，由于两个烟条没有与滤嘴棒靠拢，靠近滤嘴端的切口上甩出的烟末在烟组轴线方向处于接装纸与烟组粘接区域，烟末随着鼓轮的旋转就会飞溅至涂胶后的接装纸片和烟支组之间（图1箭头所示）。

靠拢鼓轮上方有一根管，管上有一排小孔供给正压气流，沿靠拢鼓轮运转相反的方向清洁烟末，用来阻止烟末进入纸片和烟支组之间。但在生产中通过观察发现，由于甩出的烟末较多，速度较快，吹气管在此处不能完全把烟末吹净，未吹净的烟末会飞溅到接装纸片和烟支组之间。另外由于吹气管气流方向的原因，被气流沿鼓轮运转相反方向吹落的烟末掉下后，又被高速运转的鼓轮带起，并向鼓轮运转的方向弹出，最终烟末也会飞溅至涂胶后的接装纸片和烟支组之间。

此时，如果夹在接装纸片和烟支组之间的烟末体积较小，搓接后会产生接装纸夹末的质量缺陷烟支。如果烟末的体积较大，使接装纸与烟组不能平整贴合，搓接后会因此产生更为严重的接装纸泡皱和漏气的质量缺陷烟支。

通过分析认为，烟组在输入鼓轮和靠拢鼓轮上传送时，两个烟条靠近滤嘴端的切口上甩出的烟末不能被有效阻挡和排出，随着鼓轮的旋转飞溅至涂胶后的接装纸片和烟支组之间粘接，是接装纸与烟组间夹末的原因，同时也是因接装纸与烟组间夹末而导致接装纸泡皱、漏气质量缺陷烟支产生的原因。

3 解决措施

3.1提出解决方案

依据以上的原因分析，认为研制一种烟末喷吹装置，利用压缩空气通过吹气喷嘴作用在MAX部分的靠拢鼓轮处，使烟条切口端面甩出的烟末改变运动方向，沿靠拢鼓轮轴向从内向外被吹出，就可以阻止甩出的烟末飞溅至涂胶后的接装纸片和烟支组之间。

3.2 装置研制

3.2.1 装置设计思路

（1）由于靠拢鼓轮上方安装着切刀辊的防护罩，空间较狭小，喷嘴的外形尺寸设计时必须首先考虑安装空间。另外，此处烟末比较集中，速度较快，在设计喷嘴时有必要设置一排垂直于鼓轮表面的吹气孔，使其形成一个垂直于鼓轮表面的“气帘”来阻挡和排出烟末。

（2）选择喷嘴安装位置时，吹气喷嘴吹气孔的作用点在圆周方向应尽量接近靠拢鼓轮最大压缩点（烟条靠拢滤嘴棒的位置），以提高喷吹效果。在考虑安装的可行性的同时还要考虑尽可能利用设备原有的螺孔、螺钉位置，尽量不改变和破坏原机结构。

（3）用一段φ6mm的气管从总气源处将压缩空气引至喷嘴为喷嘴提供喷吹气流。

3.2.1 装置的研制过程

（1）在充分观察和对设备相应部位进行实际尺寸测量、分析的基础上，确定吹气喷嘴的安装位置，然后通过安装位置确定喷嘴体的外形为宽21mm、高21mm、厚13mm的方形喷嘴体。

（2）由于喷嘴体垂直于鼓轮表面方向的高度尺寸仅为21mm，因此，垂直分布在喷嘴体高度方向的吹气孔开孔数量选择为2～4个。

（3）根据选定的气管直径和初步选择的吹气孔数量，确定吹气孔的开孔直径和气孔数量。

按照气管流通截面积与吹气孔截面积相等的原则，计算气孔开孔直径：

气管直径为φ6mm，其内径为φ4mm，流通截面积S=πr2=3.14×22=12.56mm2

按开两孔计算直径：2×3.14×r2=12.56mm2 r=1.4mm  φ=2.8mm

按开三孔计算直径：3×3.14×r2=12.56mm2 r=1.15mm  φ=2.3mm

按开四孔计算直径：4×3.14×r2=12.56mm2 r=1.0mm  φ=2.0mm

通过计算和比较，确定在喷嘴体上设置三个φ=2.5mm的吹气孔。

（4）按照确定的喷嘴尺寸绘制零件草图。

（5）由于喷嘴在工作中不承受外力的作用，因此在材料选择方面没有特殊的要求，从便于加工制作和经济性考虑，喷嘴选用铝合金（6061）材料，安装座选用304不锈钢薄板制作。

（6）使用选定的材料按绘制的零件草图制作吹气喷嘴及安装座。

（7）按预先选定的位置，即将吹气喷嘴通过吹气管的紧固螺钉安装在吹气管座上。

（8）用气管从机器配气箱的清洁气枪气管接入气源，经MAX出烟口进入机器内部，沿废烟输送带、鼓轮后部到达喷嘴。

3.2.2 喷吹装置使用效果分析

上述喷吹装置在PROTOS-M5 1#机组安装运行一个月后跟踪观察其使用效果，发现还存在以下几方面的问题：

（1）安装喷吹装置后，接装纸泡皱质量缺陷的烟支虽大幅降低，但还没达到理想状况，原因在于靠拢鼓轮处的烟末量较大，大部分烟末虽能经喷吹装置吹出，但仍有一部分烟末会穿过“气帘”达到接装纸和烟组结合处，因此还有少量缺陷烟支产生。

（2）在设备运行中观察发现，输入鼓轮与靠拢鼓轮交接点处产生的烟末量较大，此处产生的烟末会沿着鼓轮运转方向甩向切刀罩，再经切刀罩弹向接装纸和烟组结合处，是导致靠拢鼓轮处烟末量大而不能喷吹干净的原因之一。

（3）气路布置方面，经由配气箱清洁气枪气管引入的气源为常通气，设备停机时气源不会截止，造成能耗的浪费，且工作气流过大，烟末被吹出后飞溅到MAX前玻璃护罩上，影响设备清洁。气管布局影响设备的整体外观，还会增加MAX废烟输送带维修保养的拆卸工作量。

由于装置存在以上问题，因此有必要对喷吹装置进行改进设计。

3.3 烟末喷吹装置的改进设计

3.3.1 改进设计思路

（1）在原喷嘴吹气孔的后面增加一块挡板形成“L”形喷嘴，挡板上部与切刀罩底部紧贴，从而阻断穿过“气帘”的烟末，被阻挡的烟末弹回后随吹气孔的气流排出。

（2）在输入鼓轮与靠拢鼓轮交接位置处，即靠拢鼓轮圆周方向3点钟位置，增加一组喷嘴，将此处甩出的烟末先吹出一部分，减少向后传递的烟末量。

（3）查阅相关技术资料，在MAX配气系统上寻找一个设备运行时工作，设备停机时截断的控制阀来控制气源，并在气路中增加流量控制阀，使其能将烟末吹出又不至吹到护罩上。

3.3.2改进设计方案

（1）根据喷嘴的改进设计思路，改进设计的喷嘴为“L”形，安装在原设计喷嘴安装位置处，即靠拢鼓轮上部沿圆周方向的约1点钟位置。

增加在3点钟位置的喷嘴经观察和分析后确定利用靠拢鼓轮靠拢盘调整座下方的螺孔进行安装，并通过对安装位置处喷吹空间的实际测量，最终确定喷嘴形状为长方形同时确定喷嘴的外形尺寸，为了避开滤嘴供给系统鼓轮防护罩壳的遮挡，长方形的喷嘴设置上下两个喷吹孔，两孔之间间距32mm。

（2）根据喷嘴气路的改进设计要求，喷嘴只有在设备运行时才供气喷吹烟末，停机时须截断气流，以节约设备能耗。在MAX配气阀岛上，电磁阀Y453的两个接口4和2处于截止备用状态。

设备停机时，电磁阀Y453在右位工作，气流从管1经电磁阀到达接口2，接口4处没有气流。设备运行时，电磁阀通电后进入左位工作，气流从管1经电磁阀到达接口4，此时接口2处没有气流。电磁阀Y453的接口4停机时截止，开机时接通，符合喷嘴气路的设计要求，可以用作气路的气源接口。

（3）确定气源接口后，绘制气路原理图。

3.4 烟末喷吹装置改进设计后的制作及安装调整

（1）绘制两个喷嘴及安装支架的零件图。

（2）按照零件图纸，加工两个喷嘴及安装喷嘴的安装座。

（3）将加工好的喷嘴零件上机进行安装调试。

（4）按照气路原理图，安装布置喷嘴的管路见图14。

（5）喷吹装置安装调整完毕后，在设备运行状态下，通过气路中的节流阀设定喷吹气流的大小。设定目的是在保证烟末喷吹效果的同时使气流量尽可能小。经多次实验并考虑设备供气系统压力波动因素后，将喷吹气流的压力设定为0.15MPa（1.5bar）。

4 烟末喷吹装置的使用效果

 通过PROTOS M5烟末喷吹装置的研制和使用，使烟支搓接部分因夹末引起的接装纸泡皱质量缺陷烟支剔除数量从平均57支/14万支降至平均0.86支\14万支，效果显著。

 5 结束语

（1）PROTOS M5烟末喷吹装置研制过程中，吹气喷嘴及管路在设计、安装时，对原机零部件未作任何改动，因此对设备工艺流程及设备精度不会造成有害的影响。

（2）装置中，引入气源的备用气阀Y453只有在机器运行时供给压缩空气，停机时截断气源，同时气路中的节流阀可控制喷嘴气流大小，装置的设计在保证烟末喷吹效果同时兼顾节约能源。

（3）此次PROTOS M5烟末喷吹装置的研制，以较少的投入取得较好的使用效果，有效降低了因接装纸与烟组间夹末而导致的接装纸泡皱、漏气的质量缺陷烟支剔除数量，节约了生产成本。同时，降低了由于产生过多质量缺陷烟支而流入下道工序的风险，排除了质量隐患。研制成果已在本厂ZJ116机型上进行推广，且在同类机型具有推广价值。

参考文献：

[1] HAUNI机械制造有限公司《PROTOT M5操作说明书》 HBD.3292.021.00  2013年3月

[2] HAUNI机械制造有限公司《PROTOT M5维修说明书》 HWR.3292.043.00  2013年3月

[3] HAUNI机械制造有限公司《MAX-M5-14K气路图册》 COP.XXX.0000.050.00

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