YJ212接装机搓接鼓轮清洁装置的设计

姜冬子，卞建胜，张玉臣，钊福柱，宋慧星

山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂，济南市高新区科航路2006号 251014

烟支搓接系统是YJ212 接装机的重要组成部分，主要由搓接鼓轮和搓板组成，其作用是依靠负压吸风将预先粘好接装纸片的双倍长组烟吸附在搓接鼓轮的承烟槽内，组烟随着搓接鼓轮转动至搓板处，搓板前端的起动规将组烟从搓接鼓轮的承烟槽中取出，组烟在搓接鼓轮与搓板之间滚动卷制成双倍长烟支［1-2］。生产中发现，烟支在搓接过程中容易在搓接鼓轮表面形成胶垢，并粘附烟末和纸屑等异物，若不及时清理则会影响烟支搓接质量和设备运行稳定性。为提高烟支质量，王己锋等［3］通过改进烟支最后切割装置，提高烟支滤嘴端切割质量，减少接装纸褶皱现象。姜冬子等［4］对烟支长度调节装置进行改进，并增加吹风清洁装置，提高了烟支质量，减少了烟支夹末现象。刘为刚等［5］在PROTOS2-2 卷接机组上加装搓接鼓轮清洁毛刷，将切纸轮清洁装置的动力传递给搓接鼓轮清洁毛刷。由于PROTOS2-2 与ZJ112机组的机械结构差异较大，无法利用切纸轮清洁装置动力，故该方式不适用于YJ212 接装机。为此，针对YJ212 接装机设计了一种搓接鼓轮清洁装置，以期提高烟支质量和设备运行效率。

1 问题分析

YJ212接装机运行一段时间后，搓接鼓轮表面会粘附胶垢，主要原因：①组烟被搓板前端起动规从承烟槽取出后在搓接鼓轮与搓板之间做滚卷运动，在滚卷过程中组烟被施加一定压力以保证搓接质量［6-7］。施加的压力使接装纸上喷涂的胶水从搭口与烟支的连接处溢出［8］，粘附在搓接鼓轮表面形成胶垢。②在烟条卷制过程中，如果卷烟纸搭口处胶水喷涂过多，会导致双倍长组烟搭口处胶水未干。在组烟滚卷过程中，搭口处未干的胶水也会粘附在搓接鼓轮表面形成胶垢，容易将烟末、纸屑和纸片等异物粘附在搓接鼓轮表面。胶垢和异物均会影响双倍长烟支的搓接质量，容易出现泡皱烟支、接装纸偏斜以及烟支漏气等质量缺陷［9］。此外，胶垢和异物还会影响搓接过程的稳定性，导致搓板堵塞故障率升高。为此，操作人员每隔1 h 就需要对搓接鼓轮表面的清洁度进行检查，必要时进行清洁，影响设备生产效率，增加维保工作量。

2 系统设计

YJ212 接装机搓接鼓轮清洁装置分为清洁和负压回收两部分，见图1。清洁装置用于对搓接鼓轮表面进行清洁，负压回收装置负责回收搓接鼓轮表面清除的胶垢和异物。

图1 搓接鼓轮清洁装置3D模型图Fig.1 3D model of device for cleaning rolling drum

2.1 清洁装置

2.1.1 结构组成

搓接鼓轮清洁装置由传动轴组件、毛刷轴组件、盖板、支架以及底板组成，见图2。其中，盖板、支架和底板对传动轴组件和毛刷轴组件起到支撑作用。

图2 搓接鼓轮清洁装置结构示意图Fig.2 Structure of device for cleaning rolling drum

如图3所示，传动轴上安装有内外两个齿形带轮，齿数分别为24 齿和25 齿，两个齿形带轮通过键连接跟随传动轴做回转运动。毛刷轴上也安装有内外两个齿形带轮，齿数均为24齿，内侧齿形带轮通过键连接跟随毛刷轴做回转运动，外侧齿形带轮与内侧凸轮通过螺钉连接在一起，构成差速轮组件，相对毛刷轴做回转运动，见图4。传动轴内外齿形带轮通过齿形带分别带动毛刷轴内外齿形带轮转动，进而分别带动毛刷轴和差速轮组件转动。

图3 传动轴组件与毛刷轴组件结构示意图Fig.3 Structure of drive shaft assembly and brush shaft assembly

图4 差速轮组件结构示意图Fig.4 Structure of differential gear assembly

如图5所示，毛刷轴内外侧凸轮间采用间隙配合。在毛刷外侧弹簧的作用下，毛刷内侧对称设置的凹槽与外侧凸轮外端的凸台紧密配合在一起。毛刷轴外侧凸轮上对称设置了一对腰圆孔，与固定在毛刷轴上的定位销间采用槽口配合，故毛刷轴外侧凸轮能够在定位销的带动下跟随毛刷轴做回转运动，进而带动毛刷做回转运动。

2.1.2 传动方式

搓接鼓轮清洁装置的动力输入来自于主传动，利用备用激光打孔装置传动轴安装孔，将清洁装置动力输入齿轮与主传动传动链中的齿轮相啮合。清洁装置的传动方式见图6。

2.1.3 毛刷运动方式

YJ212 接装机搓接鼓轮表面共有22个承烟槽，故每旋转一圈能够生产22支双倍长烟支，即44支单倍长烟支。YJ212接装机生产速度为10 000支/min，可得搓接鼓轮转速：

n搓=10 000/44=227.27 r/min

由图6可得清洁装置与搓接鼓轮的传动比：

i=（132/96）×（96/65）×（65/18）=132/18

故清洁装置传动轴输入转速：

n传=n搓×i=（10 000/44）×（132/18）

=1 666.67 r/min

已知清洁装置主传动轴与毛刷轴内外侧齿形带传动比分别为i内=24/24，i外=25/24，故毛刷轴与差速轮转速分别为：

n刷= i内×n传=（24/24）×1 666.67=1 666.67 r/min

n差= i外×n传=（25/24）×1 666.67=1 736.11 r/min

已知毛刷直径D刷=45 mm，搓烟鼓轮直径D搓=256.65 mm，可得毛刷与搓接鼓轮外圆线速度分别为：

V刷=πD刷×n刷/（1 000×60）

=3.14×45×1 666.67/（1 000×60）=3.93 m/s

V搓=πD搓×n搓/（1 000×60）

=3.14×256.65×222.27/（1 000×60）=3.05 m/s

对比V刷和V搓可以看出，毛刷与搓接鼓轮接触面上的线速度方向相同，但毛刷相比搓接鼓轮转速更快，故能够起到清洁搓接鼓轮表面的作用。已知外侧凸轮跟随毛刷轴做回转运动，内侧凸轮跟随差速轮做回转运动。对比n刷和n差可以看出，差速轮相对毛刷轴转速更快，故毛刷轴内侧凸轮与外侧凸轮间具有相对转动。在凸轮配合与毛刷外侧弹簧的共同作用下，外侧凸轮以及毛刷跟随毛刷轴转动的同时又能相对毛刷轴做轴向往复移动。由图7可见，毛刷的转动和轴向往复移动能够对搓接鼓轮表面的胶垢和异物进行清洁，提高烟支搓接质量。

图7 毛刷运动方式示意图Fig.7 Schematic diagram of motion mode of brush

2.1.4 凸轮配合面曲线

根据功能要求，内外侧凸轮间具有相对转动，凸轮配合传动需要将回转运动转变为轴向移动，因此采用了空间圆柱凸轮结构。在高速运动场合，为避免凸轮机构产生强烈冲击、噪声和磨损，需要控制加速度突变［10］。根据外侧从动凸轮连续往复做“升—降—升”的运动规律，凸轮配合面曲线采用了余弦曲线，仅在启动和停止两点存在柔性冲击，在连续运转过程中无柔性冲击，降低了凸轮机构的冲击、噪声和磨损［11-12］。

已知凸轮配合圆柱的中心圆柱横截面直径D为16.25 mm，可得横截面周长C = πD=3.14×16.25=51.03 mm。为保证相互配合的内外侧凸轮受力均衡，降低加工难度，将凸轮配合面曲线设计为双余弦曲线。为保证毛刷清洁效果，同时降低凸轮磨损，计算了毛刷轴向移动行程，即外侧凸轮进程（回程）距离为1.5 mm，由此得到凸轮配合面曲线展开图，见图8。

图8 凸轮配合面曲线展开图Fig.8 Expansion diagram of fitting curve of cam

2.2 负压回收装置

由于毛刷转速高于搓接鼓轮转速，且毛刷与鼓轮接触面的切线速度方向一致，故清除的胶垢和异物会沿着切线速度方向向鼓轮导板靠拢。为避免胶垢和异物对鼓轮表面造成二次污染，在靠拢鼓轮导板支座的铲刀上方增加负压回收装置，用于回收清除的胶垢和异物，并通过负压除尘管道排出［13］，见图9。

图9 负压回收装置结构示意图Fig.9 Structure of negative pressure reclaiming unit

3 应用效果

3.1 实验设计

材料：“泰山（红将军）”牌卷烟烟丝（山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂）；卷烟纸规格60 CU×26.5 g/m2×6 000 m（浙江华丰纸业科技有限公司）；接装纸规格66 mm×38 g/m2×2 500 m（将军烟草集团有限公司临清纸业分公司）。

设备：ZJ112 卷接机组（常德烟草机械有限责任公司）。

方法：ZJ112 机组运行速度为10 000 支/min，每个工作日运行6.5 h。①当搓接鼓轮表面明显粘附有胶垢或异物时，对搓接鼓轮进行清洁；当因搓接鼓轮表面污染导致烟支搓接质量不合格时，对搓接鼓轮进行清洁。分别统计改进前后搓接鼓轮清洁次数、搓板堵塞次数。②每0.5 h对烟支质量进行一次抽检，抽检数量100支/次，每班次抽检12次，根据《卷烟工艺规范》［14］对烟支外观质量进行检测，统计泡皱烟支数量并计算百分比。统计周期为30 d，取平均值。

3.2 数据分析

由表1可见，使用搓接鼓轮清洁装置后，搓接鼓轮清洁次数由改进前的6 次/d 降低到2 次/d，搓板堵塞次数由10次/d降低到3次/d；泡皱烟支数量占比由10.2%降低到2.6%，下降7.6 百分点，有效提高了烟支外观质量。

表1 搓接鼓轮清洁装置使用前后测试数据Tab.1 Test data of device for cleaning rolling drum before and after modification

4 结论

基于YJ212接装机组设计了一种搓接鼓轮清洁装置，能够连续对搓接鼓轮表面的胶垢和异物进行清洁，清除的胶垢和异物被负压回收装置回收，避免对搓接鼓轮表面产生二次污染。以济南卷烟厂生产的“泰山（红将军）”牌卷烟为对象对ZJ112 卷接机组进行测试，结果表明：使用搓接鼓轮清洁装置后，搓接鼓轮清洁次数减少4次/d，搓板堵塞次数减少7次/d，泡皱烟支数量占比降低7.6百分点，保证了烟支外观质量，提高了设备运行稳定性。由于ZJ112 与ZJ118卷接机组机械结构基本相同，该装置可在ZJ118机组推广应用。