ZJ116 高速卷煙機MAX 二次分切圓刀清潔裝置的設計和應用

劉亞男，金彩洪

（紅塔煙草（集團）有限責任公司楚雄卷煙廠，云南 楚雄 675000）

在實際生產過程中，ZJ116 型卷煙機組MAX 二次分切圓刀在切割一段時間后堆積膠垢，使得刀口變鈍，不能保持鋒利而有效地對濾嘴煙支進行切割，導致濾嘴毛邊缺陷煙支多，影響卷煙產品質量；修理工需停機進行反復調整，影響設備運行效率；同時二次分切后的廢煙多，使得原輔料消耗增加，影響成本考核。

1 MAX 二次分切機構工作原理分析

MAX 二次分切機構是ZJ116 型卷煙機組的關鍵功能部件，其作用是在二次分切鼓輪上將雙倍長煙支切割成兩個等長的煙支。在搓接鼓輪與搓板的作用下，水松紙搓接到煙條和濾嘴上形成雙倍長濾嘴煙支。二次分切圓刀在二次分切鼓輪上將雙倍長煙支切被成兩個等長的煙支，經二次分離輪分離一定距離后，符合工藝標準的濾嘴煙支匯合后輸入下一道工序。

圖1 ZJ116 卷接機組MAX 二次分切機構示意圖

2 存在問題及原因分析

MAX 二次分切圓刀在切割煙支濾嘴端時，濾嘴變軟，切割阻力增大; 在切割煙支濾嘴端后，產生膠絲粘在圓刀上，產生粉塵飛撒在空中?，F使用的濾嘴棒為水溶性濾嘴棒，形成粉塵和膠絲的原因是，濾嘴棒材質物理性能——水溶性濾嘴棒的軟化點比較低，因此在圓刀經切割運動自然升溫發熱，達到50℃時，就會軟化繼而熔化水溶性濾嘴棒中所含的粘膠劑。它們在飛速運轉的圓刀作用下，粘膠劑形成膠絲粘附并積累在圓刀和砂輪上；砂輪在刃磨圓刀過程中，逐漸粘結和增厚膠垢，使刃磨效果迅速降低，影響雙倍長度煙支正常切割，濾嘴切口端面不光滑平整，是造成二次分切圓刀在分切濾嘴煙支一定時間后會發生煙支濾嘴端切割質量不良主要原因。

3 MAX 二次分切圓刀清潔裝置的設計思路

砂輪刃磨圓刀的同時磨削圓刀上積累的膠垢和粉塵，磨削下來的粉塵和膠絲沿砂輪切線方向四處飛濺，對此設計了“刮刀+吹風”清理方式，在清潔裝置底座上固定刮刀，緊貼圓刀進行清潔，同時加裝吹氣裝置對刮刀與圓刀接觸部位進行清潔。同時將壓縮空氣對準圓刀片的刃口，對圓刀表面進行冷卻降溫。

圖2 刮吹式清潔裝置示意圖

4 MAX 二次分切圓刀清潔裝置的設計方法

4.1 刮刀裝置設計

4.1.1 刮刀設計

（1）材料選擇。刮刀應具有強度高、耐高溫、耐摩擦特點，查詢《機械手冊》，鎳鉻合金硬度為HRC60-65、抗拉強度≥650MPa、屈服強度≥300MPa、具有高強度和抗腐蝕性，且耐高溫和耐磨性較好，選用鎳鉻合金作為刮刀材料。

（2）刮刀形狀選擇。由于三角柱體穩定性強，能緊貼圓刀，刮膠效果明顯；且可同時利用三個面，更換時間短，因此選擇三角柱體作為刮刀的形狀。

（3）刮刀尺寸設計。為了確定清潔效果最佳，濾嘴毛邊煙支數最少時的上下表面邊長及刮刀厚度，分別選用了刮刀的3 個尺寸：①上表面邊長；②下表面邊長；③刮刀厚度，利用了DOE 試驗進行了尺寸的優選。最佳尺寸為：上表面邊長19mm，下表面邊長12mm，厚度5mm。

（4）刮刀連接方式選擇。由于螺栓連接對通孔的加工要求低，結構簡單，裝拆方便，部件旋轉靈活，因此選定螺栓連接方式作為刮刀與刮刀座的連接方式。

4.1.2 刮刀座設計

（1）材料選擇。刮刀座具有耐用性強，經濟實用，易加工特點，經查詢《機械手冊》，45#鋼硬度為HRC55-62、抗拉強度≥600MPa、屈服強度≥355MPa，經適當的熱處理以后可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性，因此選擇45#鋼作為刮刀底座材料。

（2）刮刀座形狀選擇?！癓”形刮刀能夠緊貼圓刀進行清潔，清潔效果良好，濾嘴毛邊煙支缺陷率低，膠垢堆積量少，因此選擇“L”形作為刮刀底座形狀。

（3）刮刀座尺寸選擇。對刮刀臂上彈簧最佳拉力及刮刀臂最佳角度測量，刮刀臂長度應在33～49mm 之間為最佳，通過優選試驗，當刮刀臂長度為43mm 時濾嘴毛邊煙支缺陷率最低，圓刀膠垢堆積量最低，且裝置運行穩定，確定43mm 為刮刀臂的長度。

4.2 吹氣裝置設計

4.2.1 噴吹頭設計

（1）材料選擇。由于銅管易彎曲，易扭轉，不易裂縫，不易折斷，重量較輕，導熱性好，低溫強度高，因此選定銅管作為噴吹頭的材料。

（2）噴吹頭形狀選擇。由于扁平型噴吹頭能在吹氣過程中能形成氣簾，對刮刀及圓刀表面全面清潔，因此選定扁平型作為噴吹頭的形狀。

（3）噴吹參數設計。影響噴吹清潔效果的3 個因素，分別為：①噴嘴高度；②噴嘴與垂直面夾角；③氣壓大小。通過正交試驗優選出吹氣裝置噴吹參數的最佳參數組合為噴嘴高度16mm、噴嘴與垂直面夾角40°、氣壓大小10Pa。

5 改進方法

繪制圓刀清潔裝置零件圖。

加工圓刀清潔裝置：

（1）加工刮刀。加工了上表面邊長為19mm，下表面邊長為12mm，厚度為5mm，傾角為45°的兩片鎳鉻合金刮刀片，并在兩片刮刀片中心各鉆取一個M4 螺紋孔用以連接刮刀座。

（2）加工刮刀座。用45#鋼加工出了2 個“L 型”刮刀底座，四棱柱長為19mm，寬為19mm，高為20mm，刮刀臂長為43mm，并在兩片刮刀座底部中心各鉆取一個M6螺紋孔用以連接在清潔裝置底座上。

（3）加工吹氣裝置。用標準高壓空氣管接頭，外徑為φ6mm。在上端的氣管接頭安裝1 個用φ6mm 的銅管制作的銅管彎頭，使彎頭的出口正對合金刮刀和圓刀，銅管彎頭的出口制作呈扁孔，下端的氣管接頭接上一根高壓空氣管，以便與機器上的氣源連接。

（4）加工清潔裝置底座。用45#鋼加工出了清潔裝置底座，長：45、寬：8、厚度：5（mm），底座的兩端加工有2 個用于固定刮刀座的M6 螺紋孔，中部加工有一個用于固定高壓空氣管接頭的M6 螺紋孔，在清潔裝置底座的底端加工有兩個M8 螺紋孔，用于固定在ZJ116 卷煙機二次分切鼓輪軸承座上。

（5）組裝清潔裝置。將兩個刮刀座安裝在底座兩端的兩個M6 螺紋孔上，將清潔裝置的高壓空氣管接頭安裝在底座中部的M6 螺紋孔上，同時用彈簧將刮刀座遠離刮刀的一邊連接在清潔裝置底座的擋柱上，從而拉緊刮刀。

圖3 圓刀清潔裝置CAD 圖

圖4 加工好的圓刀清潔裝置

6 改進效果

在改造方案準備就緒的情況下，維修人員將加工好的清潔裝置在3# ZJ116 卷煙機上進行了安裝試驗，用M8螺栓將清潔裝置底座的底端固定在ZJ116 卷煙機二次分切鼓輪軸承座上，按照氣路布置圖將氣源氣路與圓刀清潔冷卻裝置上的氣路相連。

將改進后的方案在3# ZJ116 卷煙機上試用一周，對試用效果進行了檢驗，測量了MAX 二次分切圓刀的膠垢堆積量，抽檢并計算出了濾嘴毛邊煙支缺陷率，同時監測改進后的MAX 二次分切圓刀表面是否有刮痕。

圖5 安裝清潔裝置

表1 改進后3# ZJ116 卷煙機組效果檢驗情況調查表

從以上統計表可看出，改進后3# ZJ116 卷煙機MAX二次分切圓刀的膠垢堆積量均明顯降低，同時濾嘴毛邊煙支缺陷率均明顯降低，新增加的圓刀清潔裝置沒有影響二次分切圓刀的正常運行，圓刀表面沒有產生刮痕。

7 結語

本文所論述的ZJ116 卷煙機MAX 二次分切圓刀清潔裝置在ZJ116 卷接機組尚屬首創，首次采用“刮除式”和“吹除式”相結合的方式清潔圓刀膠垢，清潔效果更加良好；三角刮刀片的使用，通過刮刀360°手動旋轉，可快速變換刀刃，且連接螺釘方便拆卸，更換刮刀過程省時省力；拉簧的作用下，通過L 型刮刀臂的轉動快速實現刮刀與圓刀的緊密貼合和有效分離，結構簡單，調整方便；吹氣裝置利用設備自身的壓縮空氣吹除膠垢，同時可以起到圓刀降溫的作用，減少膠垢的產生；適用于行業內超高速或中速設備各類切割圓刀的清潔，推廣性強。此套方案可以推廣到全國煙草行業的HAUNI 公司和常德煙機公司的系列超高速或中速設備（ZJ116、ZJ17 等機型卷煙機組），對行業落實降本增效工作方案及提高產品質量起到了很好的促進作用。