易文超，喻樹洪，項(xiàng) 穎，吳永新，雷國(guó)星，房 華

（湖南中煙工業(yè)責(zé)任有限公司長(zhǎng)沙卷煙廠，湖南長(zhǎng)沙 410034）

0 引言

國(guó)產(chǎn)ZB48 高速包裝機(jī)是中國(guó)煙草總公司引進(jìn)德國(guó)FOCKE 公司技術(shù)，由中煙機(jī)械技術(shù)中心有限責(zé)任公司和上海煙草機(jī)械制造有限責(zé)任公司制造的高速雙軌包裝機(jī)組。ZB48 機(jī)型設(shè)計(jì)生產(chǎn)速度為800 包/min[1]。目前國(guó)產(chǎn)ZB48 高速包裝機(jī)普遍存在運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，減少國(guó)產(chǎn)設(shè)備停機(jī)次數(shù)已成為行業(yè)內(nèi)亟待解決的問題[2]。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，長(zhǎng)沙卷煙廠發(fā)現(xiàn)ZB48 機(jī)組YB618 入口部位卡煙是國(guó)產(chǎn)超高速的常見故障[3]，這在很大程度上影響著設(shè)備的運(yùn)行效率并存在一定質(zhì)量隱患，有必要運(yùn)用設(shè)備維修技巧[4]正確認(rèn)識(shí)并處理好該部位各部件間的配合關(guān)系，以提高設(shè)備運(yùn)行效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 存在的問題

目前ZB48 機(jī)組YB618 條盒包裝機(jī)入口部位制動(dòng)機(jī)構(gòu)采用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)雙氣囊制動(dòng)煙包，改善制動(dòng)機(jī)構(gòu)的反應(yīng)速度和制動(dòng)效果，但也存在影響設(shè)備運(yùn)行及產(chǎn)品質(zhì)量隱患的問題。

（1）入口輸送上皮帶頻繁脫落產(chǎn)生質(zhì)量缺陷產(chǎn)品。在運(yùn)行過(guò)程中，入口輸送上皮帶頻繁出現(xiàn)滑出皮帶輪從而脫離的現(xiàn)象，發(fā)生該故障后煙包背部均有磨損痕跡，甚至有不合格煙包進(jìn)入條包。統(tǒng)計(jì)顯示，每次有1～2 件煙包存在不同程度的質(zhì)量缺陷。

（2）入口剎車部位制動(dòng)機(jī)構(gòu)造成煙盒皺褶。設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中如果制動(dòng)氣囊對(duì)煙包的夾持力度不足，煙包在剎車氣囊夾持停頓時(shí)將向前躥動(dòng)，導(dǎo)致入口頻繁卡煙并有擠壞的爛包煙進(jìn)入條包。為防止YB618 入口通道處煙組的最前端兩包煙制動(dòng)時(shí)向前躥動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備條件只能調(diào)大制動(dòng)氣囊氣壓，但氣囊對(duì)煙包夾持力度（氣壓）過(guò)大會(huì)造成煙包有擠壓痕跡、形成煙盒皺褶（表1）。

表1 缺陷煙包風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表

由表1 和表2 可以看出，該ZB48 機(jī)組的YB618 入口卡煙較頻繁直接影響著設(shè)備的運(yùn)行效率，同時(shí)存在較大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。因此，急需對(duì)該部位進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)改進(jìn)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量合格率及設(shè)備有效作業(yè)率。

表2 2020 年某一時(shí)期YB618 部位平均日運(yùn)行情況

2 原因分析

2.1 剎車氣囊壓力對(duì)設(shè)備運(yùn)行及質(zhì)量影響

當(dāng)YB618 入口剎車部位出現(xiàn)煙包夾持不住造成卡煙時(shí)，為保證YB618 入口剎車能有足夠的制動(dòng)力，通常會(huì)調(diào)大剎車氣囊充氣使用的壓縮空氣壓力，加大剎車制動(dòng)力度。但因兩個(gè)氣囊作用到煙包上的接觸面較小，容易造成煙包出現(xiàn)被擠壓痕跡質(zhì)量缺陷，而且氣壓不穩(wěn)定或氣囊磨損后易造成剎車不住而煙包出現(xiàn)卡堵、爛包現(xiàn)象（圖1）。

圖1 剎車氣囊對(duì)煙包壓力示意

2.2 輸送上皮帶擺動(dòng)過(guò)大皮帶易脫落

YB618 入口處剎車氣囊充氣制動(dòng)時(shí)會(huì)推動(dòng)煙包橫向移動(dòng)，同時(shí)會(huì)帶動(dòng)上皮帶向一側(cè)偏移，從而在運(yùn)行中會(huì)造成輸送皮帶的頻繁擺動(dòng)，導(dǎo)致皮帶自動(dòng)運(yùn)行不穩(wěn)定，在下輸送輥處皮帶擺動(dòng)過(guò)大時(shí)容易脫出導(dǎo)輥，造成煙包輸送故障（圖2）。

圖2 YB618 入口上皮帶受煙包摩擦力方向示意

3 設(shè)計(jì)思路與方案選擇及實(shí)施

ZB48 機(jī)組YB618 入口部位由于設(shè)備設(shè)計(jì)問題存在著較多的設(shè)備及質(zhì)量隱患。為此，通過(guò)對(duì)該部位的改進(jìn)解決煙包停不住和皮帶脫落的設(shè)備問題，以及煙包制動(dòng)時(shí)有煙包擠壓痕跡的質(zhì)量隱患，提高設(shè)備運(yùn)行效率，減少?gòu)U煙廢包。

3.1 改進(jìn)剎車板結(jié)構(gòu)及氣囊材料

3.1.1 煙包輸送及剎車過(guò)程中的受力分析

（1）煙包在通道中與輸送皮帶同步運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到上下皮帶的靜摩擦力F1（0＜F1≤F1max）。其中，F(xiàn)max為最大靜摩擦力，與輸送皮帶對(duì)煙包組的正壓力Fn1有關(guān)，F(xiàn)1max≈μ1×Fn1；μ1為輸送皮帶與煙包包裝薄膜之間的摩擦因數(shù)。

（2）煙包組運(yùn)動(dòng)到剎車氣囊位置，氣囊工作（壓力Fn2=pS），產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力F2=μ2×Fn2，當(dāng)其大于輸送皮帶給煙包組的靜摩擦力F1，煙包減速直到靜止；μ2為氣囊與煙包包裝薄膜之間的摩擦因數(shù)。

3.1.2 可改進(jìn)因素分析

3.1.2.1 減小輸送上皮帶對(duì)煙包組的壓力

由于煙包組自身重力固定，通過(guò)減小輸送上皮帶對(duì)煙包組的壓力來(lái)輸送皮帶對(duì)煙包組的正壓力Fn1，從而減小上下皮帶對(duì)煙包組的最大靜摩擦力Fmax，但會(huì)引起煙包組上下兩層煙包之間摩擦力偏小、后續(xù)煙包碰撞剎車位置靜止?fàn)顟B(tài)的煙包組后回彈，導(dǎo)致煙包跌落或傾斜，造成卡煙。

3.1.2.2 減小輸送皮帶與煙包包裝薄膜之間的摩擦因數(shù)

由于輸送皮帶表面有特殊材料的植絨處理，以保證能同時(shí)輸送帶動(dòng)煙包通道中的多組煙包，因此不宜過(guò)多降低輸送皮帶表面的摩擦因數(shù)μ1，且皮帶表面材料重新選擇、制作工藝較為復(fù)雜，難以掌握。

3.1.2.3 增大剎車氣囊面積

通過(guò)增大剎車氣囊面積S 來(lái)增大氣囊對(duì)運(yùn)動(dòng)煙包組施加的壓力Fn2，從而增大氣囊對(duì)煙包組的滑動(dòng)摩擦力F2。

原剎車板為雙孔設(shè)計(jì)，氣囊充氣后為兩個(gè)作用面，當(dāng)原剎車裝置工作時(shí)紅色剎車氣囊作用到煙包后使得雙層煙包的上下煙包同時(shí)受力（圖3）。但主要受力區(qū)域在上下兩包煙的邊緣位置，邊緣位置硬度較大，且剎車氣囊面積偏小，需要較大的氣壓，這造成煙包邊緣位置受力較大，煙包頂部或底部邊緣容易變形皺褶。由于煙包的形變不同直接影響另一包煙的受力情況，從而造成制動(dòng)效果不穩(wěn)定。

圖3 改進(jìn)前后的剎車板及煙包制動(dòng)效果

將原雙孔設(shè)計(jì)剎車板改進(jìn)成四孔剎車板后，由原來(lái)的每個(gè)孔制動(dòng)兩包煙改進(jìn)成每個(gè)孔制動(dòng)一包煙（圖4）。氣囊充氣作用到4 包煙包的壓力都很均衡穩(wěn)定，制動(dòng)力作用到煙包正中部位，煙包邊緣不會(huì)因受力而變形皺褶，且制動(dòng)時(shí)煙包的有效制動(dòng)受力面變大，煙包的制動(dòng)效果穩(wěn)定性更好（圖5）。

圖4 改進(jìn)前后的剎車板及煙包制動(dòng)效果

圖5 改進(jìn)前后的剎車板結(jié)構(gòu)對(duì)比

輸送皮帶對(duì)煙包組最大靜摩擦力F1=F1max≈μ1×Fn1，以20 包煙為例：其中正壓力Fn1約為（20 包煙的重力+皮帶對(duì)煙包壓力）20×30×10+20×1.5=36 N；μ1約為0.8，計(jì)算可得F1為28.8 N。當(dāng)包煙數(shù)為30、40、50 時(shí)（通道中后續(xù)煙包堆積），F(xiàn)1分別約為43.2 N、57.6 N 和72 N。

改進(jìn)前剎車面積約1672 mm2，改進(jìn)后約2595 mm2。雙向拉伸聚酯薄膜（BOPET）的摩擦因數(shù)μ2約為0.2，如果氣壓設(shè)置為1.5 bar（150 kPa），則剎車力Fn2約389.4 N（改進(jìn)前約250.8 N）。則剎車力F2由改進(jìn)前約50.16 N，變?yōu)楦倪M(jìn)后的77.88 N 左右?？梢钥闯?，改進(jìn)前剎車面積偏小，氣囊對(duì)煙包組的滑動(dòng)摩擦力F2偏小，在YB618 入口煙包較少時(shí)可以有效制動(dòng)，當(dāng)通道中煙包堆積時(shí)，不足以完全制動(dòng)煙包組，改進(jìn)后則F2明顯大于F1，可以有效減速制動(dòng)煙包。

3.1.2.4 增大氣囊壓強(qiáng)p

根據(jù)上述公式可以反向計(jì)算出要達(dá)到與剎車氣囊面積S 同樣的效果，氣囊的壓縮空氣壓強(qiáng)需要達(dá)到2.1 bar（210 kPa）以上。在實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，增大氣壓雖然能改善剎車剎不住的問題，但是會(huì)帶來(lái)煙支皺、氣囊使用壽命短等一系列問題。

3.1.2.5 更換新的剎車氣囊材料，增大氣囊與煙包摩擦因數(shù)

不同的剎車氣囊材料，其摩擦因數(shù)μ2不同：PU（合成革）為0.3，鋼為0.12～0.18，PVC 約0.4，且耐摩擦橡膠約0.32、尼龍0.15～0.25。

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，使用PVC 材料[5]的氣囊皮更耐磨、耐用，使用時(shí)間較長(zhǎng)，在四孔充氣充分的狀態(tài)下可以保證有足夠的制動(dòng)力、降低維修頻次。因此本項(xiàng)目選用PVC 材料制作剎車氣囊進(jìn)行試驗(yàn)。

3.2 增加皮帶齒輪擋圈

針對(duì)煙包輸送上皮帶經(jīng)常跑偏脫落皮帶輪的問題，將原無(wú)擋圈皮帶齒輪兩側(cè)各安裝一個(gè)擋圈，保障皮帶始終在皮帶輪內(nèi)傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，有效避免皮帶脫落造成的皮帶磨損（圖6～圖7）。

圖6 改進(jìn)后的下輸送輥

圖7 改進(jìn)后下輸送輥的擋圈零件

4 應(yīng)用效果

皮帶輪擋圈于2020 年1 月份確定零件圖紙并加工完成后上機(jī)使用，而剎車板于2020 年1月份設(shè)計(jì)圖紙，4 月份零件制作，5 月份完成零件加工改進(jìn)并試用，6 月份完全投入上機(jī)使用。該ZB48 機(jī)組2020 年5—8 月份YB618 部位平均每天的運(yùn)行情況見表3，改進(jìn)前后機(jī)臺(tái)生產(chǎn)效率對(duì)比見圖8。

圖8 改進(jìn)前后的生產(chǎn)效率對(duì)比

表3 2020 年5—8 月份YB618 部位每天的運(yùn)行情況

（1）改進(jìn)后生產(chǎn)效率保證在11 箱/h 左右，7 月份的生產(chǎn)效率更是達(dá)到了11.51 箱/h。不僅解決了YB618 入口卡煙問題，同時(shí)也杜絕了皺褶煙包以及爛包煙的產(chǎn)生，消除了該部位皺紋煙支的質(zhì)量隱患。

（2）改進(jìn)后該部位產(chǎn)生的卡煙停機(jī)故障率降低80%以上，制動(dòng)機(jī)構(gòu)工作時(shí)缺陷煙包產(chǎn)生率為0。

（3）設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到了預(yù)期效果。

5 結(jié)論

ZB48 機(jī)組YB618 入口剎車部位制動(dòng)機(jī)構(gòu)的成功改進(jìn)，能夠解決國(guó)產(chǎn)超高速包裝機(jī)的該部位產(chǎn)生煙包皺褶和制動(dòng)效果不佳而造成卡煙的通病，使得國(guó)產(chǎn)超高速包裝設(shè)備在保質(zhì)提速的工作中邁出了重要一步，為后續(xù)國(guó)產(chǎn)超高速設(shè)備的性能提升指明了方向，給進(jìn)口超高速包裝機(jī)改進(jìn)提供明確的方向。