研制煙用皮帶裁割器

侯開耀，車海彧，李 華，于子威，馬寶和

（寶雞卷煙廠，陜西寶雞 721000）

0 引言

精益化管理是煙草系統近年來的工作重點，在保障產量和質量的同時，安全生產也是決不能忽視的重點問題。本著陜西中煙健康是本，安全是天，平安依章，章隨時進，員企盡責，員康企安的方針，科研人員深入了解修理工工作中的難處，對其安全生產、安全修理維護，做出有效保護選擇。

結合煙廠車間的生產維護需要，有針對性地對修理工的日常工作進行了追蹤分析，發現修理工在其日常修理維護中不乏有很多繁瑣危險的工作，如更換鏈條，裁割皮帶，拆卸排鏈等。主要了解到修理工目前比較需要的是對其裁割皮帶的工作方式方法進行改進，提高其工作效率。為此，從實際出發，了解修理工進行皮帶裁割的狀態，進行總結。

1 存在的問題

在煙廠車間修理維護中，修理工更換一條皮帶是非常繁瑣和困難的，往往需要多人配合進行作業，有時還會有備件不配套的問題，其作業時間長、耗費人力物力大、勞動強度高等。據調查，煙廠車間每年更換的皮帶約有20 條左右，裁割皮帶1800 m以上，均使用非專業刀具進行裁割。非專業刀具，既不安全也不方便，費時費力，工作量大，時效性低。首先現階段修理工所使用的非專業刀具都無法做到精準定位，因為需要人工畫線，隨后是肉眼對刀，加之這些刀具裁割力度不足，裁割較厚皮帶時，需要進行多次裁割，容易跑偏，所以其準確性和直線性難以保證。其次車間修理工經常使用鋼制刀具，在作業者裁割皮帶的同時，還需要有配合人員牢牢壓住刀具前方軌跡的皮帶，這種刀具的刀頭沒有保護措施，手握處也僅僅是使用膠帶做了防滑處理，對于作業者和配合人員來說都存在很大的安全隱患。最后讓兩位修理工選擇了自己認為合適的刀具進行裁割作業實驗，結果兩人都需要有人配合畫線輔助定位此次實驗所用皮帶較短，無需額外人員輔助壓皮帶，正常工作中所需配合人員更多，時間也更久。

2 研制煙用皮帶裁割器

對煙廠車間修理工的皮帶裁割作業中時效性進行了理論驗證（時效性是指信息僅在一定時間段內對決策具有價值的屬性，速率對于裁割皮帶來說是一個重要數據指標，速率為矢量），由車間3 名修理工分別裁割40 m，38 m，32 m 的皮帶，用時分別為60.60 min，70.37 min，53.33 min 來進行統計。根據速率公式v=S/t，其中，v 為速率，S 為皮帶長度，t 為所用時間。可得目前修理工在使用非專業刀具裁割皮帶時的平均速率v平=（v1+v2+v3）/3=（0.011+0.1+0.009）/3=0.01 m/s。基于煙廠車間修理工實際工作需要，科研人員決定用新的工具來解決這一問題，實現安全、方便、快捷、高時效性的目的。

根據以往科研經驗，正確的刀具裁割速度應是人為可控，而非是受到刀具本身制約，應在保證刀具裁割穩定性和刀片鋒利程度的前提下，速度有很大提升。對目前修理工所用非專用刀具的分析來看，速度被制約的很大因素就在于此。而裁割皮帶時所需要的定位也是必須的，通過實驗發現在使用丁字尺，角尺等輔助工具都能夠在皮帶上實現準確定位，從而保證裁割的直線度。安全風險對于毫無防護的非專用刀具來講有很多的方法可以降低，諸如伸縮刀頭，刀頭保護罩等可以借鑒引用。最終總結后決定將現有的皮帶裁割速率提升至0.022 m/s。而且希望能將裁割皮帶時的直線度偏差控制在±0.5 mm 以內，因為只有具有較高的直線度才能保證皮帶在電機帶動啟動瞬間時不輕易跑偏移位，從而有效減少皮帶邊緣磨損情況，避免了發生皮帶磨損產生的殘屑掉入煙絲、煙梗里的質量事故。同時也要提高創新后的刀具在使用過程中的安全性，健康是本，安全是天，做好每一個細節，不放過任何一個問題，力爭將刀具的安全風險系數降為0，保護好員工和企業。

任務開始，便著手開始在刀具的外形設計上下功夫，參考木工平時做木活時所使用的刨子，同樣采用了手推刀具的方式進行皮帶裁割作業。刀具頂部則是參考了日常使用的電腦鼠標外型，設計出1 個圓弧形狀，這樣更符合人體工學，車間修理工長時間作業后也不會因為刀具的不稱手而輕易地感到麻木疲倦。在刀具的內部采用了3 片裁刀一字排開的設計，裁刀伸出刀具的長度分別比上一片刀多出1 mm，依次遞增，采取了分步裁割的方式，目的是第一片刀不完全切斷緊接著由第二片刀進行裁割，以此類推，這樣就保證了每一片刀都不會因為切入皮帶太深阻力過大而導致裁割不順，并且刀片隨時可取，方便組合更換。

因為目前在修理工實際作業中所采用的皮帶裁割定位方法首先是用尺子多點測量所需皮帶尺寸畫點定位，其次是在皮帶上連接畫線，最后的裁割定位純粹靠肉眼看刀與線的偏差，所以為了保證刀具所裁皮帶的偏差小、直線度高，就需要在刀具本身上設計出一個可以在皮帶裁割過程中輔助定位的裝置。

由此借鑒在機械制圖中經常用到的定位及測量工具——丁字尺，參考了其在畫板邊緣或是紙張邊緣固定，從而對作業面線條進行準確定位，也正是由于皮帶出廠時進行過裁割，邊緣無限接近于直線，所以此種定位方法才適用。

在刀具所用刀片的選擇上，因為皮帶本身質地較為綿軟，不需要硬度特別高的材料，所以可選擇的范圍較廣。對于刀具中刀片的消耗問題，良好的經濟性對于企業來講也是至關重要的，刀片的選擇要盡可能的遵從互換性原則。

刀具所用刀片的選擇，經過綜合考量，決定使用生產車間中較為常見的裁紙刀作為刀具，因為裁紙刀為鋼制刀片，十分鋒利，并且具有很好的互換性，更換方便，且有固定標準，這無形中就產生了一定的經濟效益，因此成為設計刀具所選用刀片。

最后的加工，本著突出創新精神，將新技術引入到生產企業為目標，選擇3D FDM（Fused Deposition Modeling，熔融層積成型技術）打印技術來完成制造。需要先將所設計刀具的具體參數用機械制圖表現出來，繪制成AutoCAD 文件，然后根據各項參數，用Pro/Engineer 軟件進行3D 建模，建模完成以后使用Cura 及3Dmax 等軟件進行切片處理，設置打印構架、支撐、精度等一系列參數，最后再根據所使用FDM 打印機的結構來設置打印機參數。這種制造技術的優點在于能快速的進行小批量生產，并且極其適合制造非標件，物件一體成型度很高，十分符合裁割器的制造要求。在完成了全部3D 建模以及建模切片以后，便對刀具的FDM 打印，選擇打印材料PLA。PLA 是一種生物降解材料，也稱聚乳酸，其環保無污染，具有一定的機械加工性能，能夠勝任大部分合成塑料的用途，并且較高的經濟性讓它成為首選材料。

3 效果

在經過實驗，理論論證，專業設計，加工制造等一系列工作之后，將制造出來的成品帶回煙廠車間，讓修理工對刀具的具體使用情況進行現場效果驗證。在初步了解使用方法后，修理工便對皮帶裁割器進行操作，使用后發現新的工具定位方便、簡單，可以站著進行裁割，不需要多名人員配合，即使單人操作也完全勝任。而且再沒有以前那種拿著非專業刀具裁割時讓前方人員躲開的情況，安全性有了很大提升，通過對一條現有皮帶進行裁割數據統計得出，現有的新工具裁割速度可以達到0.05 m/s，提升巨大。

裁割器定位方便，裁割后皮帶邊緣整齊沒有毛邊，裁割皮帶寬窄自由，直線度非常高，二皮帶邊緣的直線度，影響著機器運轉時是否會發生皮帶邊緣磨損的情況，皮帶邊緣的磨損所產生的殘屑會掉入煙絲中，從而造成工藝質量事故。裁割皮帶工具所導致的直線度從此次課題改進后得到了大幅提升。

當企業團隊有突破創新想法時，或遇到設備零件突然損壞且備件不足的緊急情況時，應通過新技術去解決。目前，3D FDM、3D SLA、3D SLS 和DPL 技術在航空、電氣、醫療、建筑等領域大舉應用、大舉推廣創新的趨勢下，也應創新永無止境，在創新實物的同時也應著眼于創新技術。

文中煙用皮帶裁割器專利號：ZL201820281463.3。