ZJ116超高速卷接机YF71辅料供给站拼接胶带压纸辊装置的研制

ZJ116超高速卷接机YF71辅料供给站拼接胶带压纸辊装置的研制

张剑平 赵琪

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：ZJ116卷烟机是中国烟草总公司从德国HAUNI公司引进PROTOS2-2技术，由常德烟机公司定点试制生产的超高速卷接机组。在实际生产过程中，YF71辅料供给站的卷烟纸拼接胶带不能在预定的位置进行粘贴，影响卷烟纸的正常拼接，从而增加了卷烟机的停机次数，降低了设备运行效率。本文主要针对拼接胶带在输送时打滑产生位置偏移，导致卷烟纸无法正常拼接的问题进行深入分析，并结合卷烟纸拼接胶带输送装置机械原理不断探索研究，最终研制出了一套YF71辅料供给站拼接胶带压纸辊装置。该装置能够解决拼接胶带纸卷输送时发生位置偏移的问题，使胶带纸在预定的位置进行粘贴，从而保证卷烟纸的正常拼接，降低拼接失败故障频次。

关键词：ZJ116超高速卷接机；YF71辅料供给站；拼接胶带；压纸辊

1项目背景

ZJ116型卷接机组是中国烟草总公司从德国HAUNI公司引进PROTOS2-2技术，由常德烟机公司定点试制生产的超高速卷接机组，卷烟速度达到16000支/分钟。其主要由VE供料成条机、SE卷制成型机、MAX接装机和YF71辅料供给站组成，YF71辅料供给站分为YF71卷烟盘纸、接装纸两种自动更换机。YF71辅料供给站的主要作用是为了给单枪和双枪设备全自动提供卷烟纸、接装纸、滤棒纸而设计制造的,最高供纸速度为800米/分钟，可以降低操作人员的劳动强度，提高设备自动化水平。在生产过程中，YF71辅料供给站在新旧辅料（卷烟纸、接装纸）拼接更换时，经常出现辅料拼接失败的现象，严重影响了设备的运行效率，YF71卷烟盘纸、接装纸自动更换机，两种设备的原理、结构基本相同，而YF71卷烟纸更换机更换频次更高，约每十分钟拼接更换一次卷烟纸，只要解决了YF71卷烟纸更换机在更换卷烟纸时的拼接失败现象，同理就能解决YF71接装纸自动更换机更换接装纸时的拼接失败现象。为此，对YF71卷烟纸更换机在更换卷烟纸时的拼接失败现象进行了分析研究，提出了解决方案，并实施了相应的改进措施，保证卷烟纸的正常拼接，降低拼接失败故障频次，在提升设备运行效率的同时，降低生产成本。

2存在问题及原因分析

2.1 存在的问题

在生产过程中，YF71卷烟纸更换机因卷烟纸胶带拼接失败造成的故障停机次数较多，且故障无机台差异性，拼接失败故障停机次数高，停机处理时间长，成为ZJ116 卷接机组设备运行效率提升的瓶颈。YF71辅料供给站拼接失败故障发生后，操作人员需要取出并清理断裂的卷烟纸，重新穿引卷烟纸；然后取出并清理撕裂的拼接胶带，然后重新穿引胶带纸；最后观察设备无异常后开启设备恢复生产。

图1  胶带拼接失败故障处理流程

对YF71卷烟纸更换机拼接失败故障停机情况的进行统计，停机频次较高，处理时间较长，影响了ZJ116卷接机组设备运行效率。从统计数据看出：

1、故障停机次数无机台差异性，故障停机次数平均值达到119.2次/月，以每月生产22天统计，平均停机次数5.42次/天，停机频次较高；

2、故障停机时间也无机台差异性，故障停机时间平均值达到1274.33 min/月，每次停机时间约10.69min/次，停机时间较长。

2.2 存在问题的原因分析

   YF71卷烟纸更换机运行时必须保证卷烟纸正常拼接，使上部卷烟纸和下部卷烟纸得以自动更换。要保证良好的拼接质量，拼接机构执行拼接动作时，胶带片末端应位于拼接轮3和拼接轮4的压线相切。在实际生产中，拼接胶带在进给轮的作用下，输送时容易产生打滑，导致胶带在输送时发生位置偏移，甚至常常将胶带上的定位方形孔撕裂，使胶带与刀片凸台的同步位置偏移，造成胶带在刀片上的位置过高，接纸失败；或直接造成刀架取不到胶带片。因此保证胶带的位置正确是卷烟纸能否正常拼接的关键。

对发生胶带拼接失败故障时胶带偏移量的数据进行统计分析，通过分析，YF71卷烟纸更换机拼接胶带在输送时打滑产生位置偏移（大于0.7mm），导致卷烟纸无法正常拼接，即胶带拼接失败故障发生。

3 解决措施

3.1 改进思路及解决方案

针对YF71卷烟纸更换机因拼接胶带打滑产生位移导致卷烟纸拼接失败的问题，经分析，只要对拼接胶带在输送时添加合适的压力，增大其摩擦力，保证拼接胶带位移小于0.7mm，就能解决拼接胶带位置偏移导致拼接失败的问题，提出了气压作用式压纸辊装置的整体改进思路。根据改进思路，制定了“以分合装置控制施力装置带动压纸辊”，设计研制一种拼接胶带压纸辊装置的解决方案，该压纸辊装主要由压纸辊、压纸辊支架、气缸及控制气路和安装支架组成，利用升降气缸对压纸辊施加压力，从而对拼接胶带进行压紧；在需要穿纸时，将换向阀打开控制气路的切换，压纸辊脱离拼接胶带，从而达到压纸辊分合状态切换的目的。

3.2 测量并计算最佳压力

在原有的拼接装置中，拼接胶带相对输送辊的位置是由输送辊两边缘的齿与拼接胶带两边的定位孔啮合来保证的，在胶带不发生打滑从而造成位置偏移的情况下，拼接胶带得以在正确位置拼接。根据这个原理，需要确定胶带正常输送的最佳压力，用弹簧测力计测量了拉力。根据实验数据，胶带正常输送时，所受最佳平均拉力为F拉=3.5N，最小拉力为3.36N，最大拉力为3.64N。如果通过增加拼接纸带与输送辊之间的压力，从而增大拼接纸带的摩擦力，由于摩擦力的方向与运动趋势相反，所以就降低了拼接纸带小孔所受到的拉力，保证拼接纸带与输送辊不发生相对滑动。由于拼接时，胶带受到三个力的作用，而胶带啮合受力和纸带受摩擦力的方向跟其余力的合力方向相反，当胶带啮合力与摩擦力相互时，计算得出胶带在不发生打滑时的最佳压力为：=50N，最佳压力的取值范围为48N52N。

3.3 气压作用式拼接胶带压纸辊装置的设计

3.3.1 压纸辊设计

其一，压纸辊材料。压纸辊应具有硬度适中、弹性好、耐摩擦的特点，查询《机械设计手册》，聚氨酯材料硬度为邵A10至邵D80， 耐磨性能为0.03～0.20mm3／m，可作为压纸辊的材料。

其二，压纸辊尺寸设计。根据压纸辊尺寸以及送纸辊接触面的确定，需使压纸辊厚度小于拼接胶带上下两排定位孔的距离，为了确定压紧效果最佳时的压纸辊内外圈直径及压纸辊厚度，分别选用了压纸辊的三个尺寸：①外部直径 ②内部直径 ③压纸辊厚度，并使用不同尺寸做了简易试验，经反复试验，选定压纸辊尺寸为外部直径φ32mm，内部直径φ20mm，厚度12mm。

3.3.2 压纸辊支架设计

其一，压纸辊支架材料。压纸辊支架具有耐用性强，经济实用，易加工特点，查询《机械设计手册》，40#钢硬度为HRC55-62，抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥355MPa，因此采用40#钢作为压纸辊支架的材料。

其二，结构尺寸设计。根据安装位置和空间，经测量，选用旋转式支架结构，旋转运动移动平稳,适合操作面板的安装空间,成本较低,可以实现压纸辊压紧和松开状态切换，且T型压纸辊使用后对拼接胶带的压紧效果良好，胶带偏移量最小，确定“T”形作为压纸辊支架形状；针对压纸辊主支架长度进行了现场试验，根据10次以上的现场实验数据，通过数据分析，确定压纸辊支架长度为64-65mm时可使拼接失败故障次数最少。

   通过简易试验，最终确定压纸辊支架长度为65mm。同时，通过测量拼接胶带上下两排定位孔的间距，确定宽度为12mm，厚度为10mm。

3.3.3 控制气路设计

其一，气缸的选型。根据拼接纸带不打滑时最佳的压力为Fn=50N，设备及周边环境适应最大气压P=0.6MPA，对气缸参数进行了计算，选用气缸ALC 32作为控制气缸。

其二，气路元件选择。根据压纸辊压紧时拼接纸带不打滑时最佳的压力为Fn=50N，压纸辊为双压纸辊，厚度为12×2=24mm，为进一步确定在最佳压力时压纸辊与送纸辊的接触面积，针对不同接触宽度做了如下试验。通过试验，对气路元件型号进行了选择。

1、调压阀，根据接管口径1/4″、调节精度≥0.01兆帕、耐压力≥1.5兆帕、调节压力范围0.1-0.7兆帕等参数，选用型号为AR2000作为调压阀。

2、手动换向阀，根据至少两个工作位置、动作时间小于0.2s及经济性等参数，选用SV-5-M5-B（0-8bar）作为手动换向阀。

3、节流阀，根据能实现气流量调节、最小流量调节小于0.1L/min、正常工作压差越小越好等参数，选用LSA-6作为流量控制阀。

4、根据工作和使用要求，对气管和接头进行了选择，选用φ6mm高压气管和直通型快接头，并根据不同的连接元件，分别选用不同类型的接头。

3.3.4 压纸辊装置底座设计

其一，压纸辊装置底座材料。压纸辊装置底座具有耐用性强，经济实用，易加工特点，查询《机械设计手册》，304不锈钢硬度为HRC55-62，抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥355MPa，因此选用304不锈钢作为压纸辊装置底座的材料。

其二，压纸辊装置底座结构尺寸设计。据测量气动控制组件至送纸辊的安装距离，以及测量了气缸的尺寸大小，为了方便安装控制气缸和换向阀，装置底座由一块U型板和一块平直板焊接而成，平直板位于U型板端部，宽度与U型板宽度相匹配，用于安装气动控制组件及压纸辊，并将装置固定在设备上，使压纸辊与送纸辊相对应。装置底座的尺寸分别为，平直板长度 92mm ，宽度为100mm， 厚度为 3mm ，通孔大小为φ7mm×4；U型板长度156mm ，宽度为100mm， 厚度为 3mm ，小通孔大小为φ7mm×2，大通孔大小为φ15mm。

3.3.5 按照确定的装置各零件尺寸绘制压纸辊装置零件图

图2  压纸辊装置各部件图纸

3.3.6加工压纸辊装置

其一、加工压纸辊。根据制作的压纸辊零件图，将聚氨酯材料经过切割打磨，加工成两个压纸辊，在两个聚氨酯成型轴承中心φ8mm的螺柱上截取了长度10mm的螺柱，用以连接压纸辊支架。

其二、加工压纸辊支架。根据压纸辊支架装配图，用40Cr钢加工出了一个T形压纸辊支架，压纸辊支架长度65mm，宽度为12mm，厚度为10mm，在压纸辊支架底部中心钻取一个M8螺纹通孔用以连接压纸辊上的螺栓。

其三、组装气压控制组件。根据以上选定的气路元件型号，将杠杆气缸、调压阀、手动换向阀、节流阀等气路元件，用高压气管从YF71辅料供给站压缩空气总气源外接一路常通气流利用原装工艺孔连接到压纸辊气路，将气动控制组件按气路图进行组装。

其四、加工压纸辊装置底座。根据零件图，用3mm厚的304不锈钢加工压纸辊装置底座；压纸辊装置底座长156mm，宽100mm，高32mm；压纸辊装置底座的顶部加工了四个杠杆气缸的安装孔，孔径为7mm；装置底座左侧加工了两个手动换向阀的安装孔，孔径为7mm；底座右侧加工了一个换向阀的旋钮孔，孔径为15mm。

其五、装配压纸辊装置。将杠杆气缸安装在底座顶部的四个M7安装孔上，将换向阀安装在底座左侧的两个M7安装孔上，同时将换向阀的旋钮从底座的右侧旋钮孔中伸出。压纸辊装置各部位零件配合精密,安装牢固，装配精度均符合要求。

3.3.7安装调试

在改造方案准备就绪的情况下，维修人员将加工好的压纸辊装置在YF71辅料供给站进行了安装试验，并对使用期间的数据进行了统计分析，达到了预期的效果。 

4压纸辊装置的使用效果

将改进后的方案在ZJ116卷烟机对YF71卷烟纸更换机上试用一周，监测安装压纸辊装置后YF71辅料供给站的运行情况和胶带拼接的情况，同时对试用效果进行了检验，测量了加装装置后的胶带偏移量和施加作用力。

从统计结果可看出，新增加的压纸辊装置满足预设的要求，施加作用力在50N，胶带偏移量保持在0.7mm以下，改进后ZJ116卷烟机胶带拼接失败故障频次明显降低，降低到0.4*22=8.8次/月，效果良好。

5 结束语

5.1.ZJ116卷接机组YF71辅料供给站拼接胶带压纸辊装置采用气动控制带动压纸辊对胶带纸进行压紧，有效解决了拼接胶带输送时偏移的问题；

5.2.通过双压纸辊作用共同压紧在胶带纸上，使胶带受力均衡，更好的避免胶带纸打滑跑偏；

5.3.在气缸的作用下，通过换向阀切换气路快速实现压纸辊与胶带纸的紧密贴合和有效分离；

5.4.压纸辊的连接为可拆卸连接，可根据不同设备设计符合尺寸的压纸辊，适用于行业内同类设备各类纸卷类辅料的压紧。

5.5. ZJ116卷接机组YF71辅料供给站拼接胶带压纸辊装置的研制，以较少的投入取得了较好的使用效果，有效降低了ZJ116卷烟机的拼接失败故障次数及停机的处理时间，进而促进了整台套设备运行效率的提升，同时减少了因拼接失败故障停机所造成的剔除废烟量，降低了卷烟生产成本。

参考文献：

[1]许昌烟草机械有限责任公司，《YF71型盘纸自动更换机使用说明书、机械电气图册》，2015年1月.

[2]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].机械工业出版社，2004，78-80.

[3]初嘉鹏,贺凤宝.机械设计基础[M].中国计量出版社,2002，86-87.

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