ZJ17D 卷接機組空頭率偏高原因分析及解決措施

谷春亮，金 鳳，梁勇剛

（吉林煙草工業有限責任公司延吉卷煙廠，吉林 延吉 133002）

0 引言

近年來，卷煙企業在細支卷煙產品的開發及生產環節進行了積極探索。由于細支卷煙作為一種全新的卷煙產品，行業內還沒有相關工藝制造標準。由于細支卷煙生產設備是在常規生產設備基礎上進行規格改造后用于細支煙生產的，因此，在生產過程中存在煙支空頭率較常規煙支明顯偏高，煙絲損耗量大等問題。在卷煙生產制造過程中，在線廢品剔除率是影響制造成本和卷煙質量的重要指標，廢品率高會嚴重損害消費者的利益，增加單箱制造成本。

細支卷煙與常規卷煙相比較，煙支的卷制、搓接成型原理相同，但由于細支卷煙煙支直徑減小，因此，成型精度需要提高，對來料煙絲的填充性有較高要求。而我廠細支卷煙長白山（777）生產過程中還是采用常規卷煙的切絲工藝和設備，所以煙絲結構和卷接機組的煙絲成型結構不匹配，造成了生產長白山（777）卷煙過程中在線率高等問題。本研究從影響卷接機組的平整盤結構尺寸及彈絲轆轉速兩個方面入手，解決煙絲結構與設備的煙絲成型部件匹配性問題，達到降低在線空頭率的目的。

1 供絲流程分析

1.1 彈絲轆部件

彈絲轆裝置位于ZJ17 卷接機組VE 供料成條機針輥下方、送絲皮帶上方，工藝任務是定量從針輥中取出煙絲，在煙絲自重和輸送慣性共同作用下將煙絲均勻松散的掉落在送絲皮帶上。其工藝布置如圖1 所示，其中1 是針輥、2 是彈絲轆、3 是送絲帶。

圖1 VE 供絲結構工藝布置簡圖

彈絲轆和送絲帶由同一臺電動機通過齒形帶驅動，從主傳動系統中獨立出來，通過設備PLC 控制運行速度，從而保證與機組速度匹配。彈絲轆主要是將針輥梳取的煙絲均勻彈落下來，在彈落過程中，彈絲轆帶動煙絲，使之松散并加速的同時對煙絲進行撞擊，使煙絲長度更加均勻，有利于對煙支空頭的控制精度，提高卷煙內在質量[1]。

1.2 劈刀裝置的組成及作用

劈刀裝置是卷接機組重量控制系統的執行元件，在煙絲束成型過程中，卷接機組的風室裝置通過負壓吸風作用將供絲系統輸送的煙絲吸取在吸絲帶上并輸送給卷制部分的煙條成型裝置。由于風室吸絲成型通道中輸出的煙絲束不是理想的矩形截面，同時也不滿足設計的目標重量，需要通過劈刀裝置對煙絲束的進行修削，使煙絲束的密度符合卷煙設計的重量值。

卷煙機劈刀裝置由前后對稱布置的劈刀圓盤和位于圓盤下方的刷絲硬輪組成，由主傳動系統通過同步齒形帶傳動，兩個劈刀圓盤以同速反向的方式對煙絲束進行修整，以滿足煙支密度控制要求。劈刀盤上可以設置不同規格的凹槽，以實現對煙支端部的填充進行控制。常見的控制方式有無緊頭控制、單緊頭、雙緊頭。劈刀盤工作時主要是利用圓周表面不同深度配合刷絲輪的修剪對煙支各部分煙絲量的多少進行控制，通過機組重量控制系統微波檢測源對煙支密度進行檢測后，實時調節劈刀裝置的修削量，進而達到控制卷煙重量的目的[2]。

圖2 劈刀裝置結構及重量控制原理

2 彈絲轆轉速對ZJ17D 卷接機組空頭率的影響

2.1 方法

本次試驗材料對象是延吉卷煙廠卷包車間正常生產的長白山（777）卷煙的煙成品。選擇一臺ZJ17D卷接機組進行試驗，將設備運行速度設定為6000 cpm，通過更換不同齒數的彈絲轆傳動同步帶輪，調整其轉速。彈絲轆傳動的同步帶輪，該同步帶輪的結構參數為：同步帶輪規格44L075，其中44 表示帶輪齒數，L075 是指按照國家標準所使用的同步帶規格（同步帶為標準件），因為同步帶傳動中同步帶為標準件，根據國家標準選用即可，只要設計符合同步帶規格的同步帶輪。既然要改變傳動比，相應的要改變同步帶輪的齒數，同時綜合考慮國標推薦帶輪齒數，試驗采用的同步帶輪規格見表1。

表1 試驗用同步帶輪規格表

2.2 數據分析與結果討論

試驗分三階段運行，一階段為期8H（單班），彈絲轆分別運行正常轉速、1.375 倍正常轉速和2.75 倍正常轉速，每一階段的開始，先取樣檢測煙支各項物理指標數值，單班結束后讀取設備在線空頭剔除情況（試驗期間不改變空頭檢測相對及絕對門檻設置值），試驗結果見表2。

（1）彈絲轆不同轉速下，煙槍出口煙絲的結構、填充值變化情況

表2 中相關數據為試驗時一個批次的取樣檢測平均值，煙絲結構和填充值是影響卷接質量的重要指標。依據表2 分析，隨著彈絲轆轉速的提高，煙絲整絲率呈現下降趨勢，碎絲率呈現上升趨勢，填充值增加，可見彈絲轆轉速的提高有利于減少整絲和碎絲比例，改善煙絲結構[3]。

（2）彈絲轆不同轉速下，空頭剔除率情況

從表3 可以看出，隨著彈絲轆轉速的提高，在線空頭剔除率有明顯改善，2.75 倍的正常轉速要優于其他兩種轉速。

表3 不同彈絲轆轉速下的在線空頭剔除率

3 劈刀結構對ZJ17D 卷接機組空頭率的影響

3.1 方法

劈刀是卷接機組控制煙支松緊頭的核心部件，為了滿足生產過程中煙支填充的飽滿程度及改善空頭煙支產生概率，可通過優化劈刀盤規格尺寸來實現，以滿足不同卷煙品牌煙絲結構變化與設備的匹配性。經劈刀盤修削后的煙絲束截面形狀和與切煙刀的相對位置是決定煙支松緊頭控制的關鍵因素。

通過實驗發現，對產成品測量值與控制需求相差很大，預想結果下煙支緊頭區域煙絲分布狀態應該是近似矩形截面，并且凹槽寬度等于單支無嘴煙的長度（雙緊頭劈刀盤），矩形中部煙絲分布較薄處對應煙支非緊頭部分。現場觀察的實際情況為：煙支緊頭部分的煙絲分布形狀發生變化為不規則的V 形截面，而且兩個V 形的波谷距中心的距離也不一樣。這就造成了煙絲束輸送至卷制成型部分后，被切煙刀分切的兩支單倍長煙支緊頭參數不一致，進而產生煙支空頭或者單支重量不穩定的情況。

通過分析得出產生上述問題的兩方面原因，劈刀凹槽形狀與煙絲結構不匹配和緊頭部分煙絲輸送時受負壓風波動作用發生滑動。劈刀凹槽結構如圖3 所示，劈刀盤外廓線為圓弧，內廓線為切線，導致經劈刀盤修削后的煙絲是紡錘形。上述過程煙絲束在吸絲帶上輸送時由于截面尺寸發生變化，風室導軌的陶瓷輪與煙絲之間的作用力發生波動，造成了煙支緊頭位置滑動。為了解決上述問題需要對劈刀盤的凹槽廓線進行幾何修形。幾何修形過程要求保證緊頭煙絲量不發生變化，將劈刀盤凹槽內廓線由圓弧切線修改為外廓線同心弧線（圖4）；劈刀盤的成型方式由沖壓改為銑削加工，提高成型精度，以達到經修形劈刀盤可控制緊頭部分煙絲截面形狀為矩形的目的[4]。

圖3 改進前劈刀槽形及緊頭煙絲形狀

圖4 改進后劈刀槽形及緊頭煙絲形狀

選擇一臺ZJ17D 卷接機組進行試驗，在物理指標滿足工藝標準的條件下，根據前期研究結果和相關研究結論，并結合實際應用條件，以深槽深度、淺槽深度、卷煙機卷制速度為研究對象，開展3 因素3 水平的L9（34）正交試驗，確定最優組合，試驗設計見表4。

表4 劈刀結構尺寸三因素三水平正交表頭設計

根據L9（34）正交試驗表，加工所需要的劈刀盤在生產狀況不變的前提下，一個生產班組內在1 臺ZJ17D 卷接機組上按試驗設計要求更換各種規格的劈刀盤，各規格的劈刀盤在設備運行平穩滿足生產制造條件后生產20 min，記錄目標時間內的煙支空頭剔除率。確定劈刀盤深淺槽和運行速度最優組合后，進行不同速度下煙支空頭剔除率和煙支物理指標穩定的綜合驗證，設備運行速度分別取5000 cpm、5500 cpm 和6000 cpm。設定速度后設備穩定運行后10 min開始抽樣，統一實驗條件取樣3 次，取樣周期5 min，每次200 支。取樣時，記錄生產期間的煙支空頭剔除率均值，用綜合測試臺測定樣品煙支的物理指標變化情況。

3.2 試驗結果

從正交試驗結果（表5）看出[5]，選取的3 個試驗因素中槽深對煙支空頭率的影響最大，其次為槽寬和設備運行速度。隨著深槽深度的增加，點燃端煙支緊頭煙絲密度增大，煙支空頭率下降最為明顯，但是當槽深增加到3 mm 時，空頭剔除率反而增大。結合生產需求，選取的最優組合為A2B2C3。

表5 平整器不同結構參數下的煙支空頭率正交試驗結果

4 結語

彈絲轆轉速變化后能改善煙絲整絲、碎絲率，減少供絲成型過程中的煙絲結團現象。改善卷煙牌號變化后設備成型能力和煙絲結構匹配性問題。實現對煙支卷制過程中空頭率的控制精度要求。劈刀的結構尺寸中槽深對空頭的影響最為顯著，同時有一定的控制范圍，以利于細支煙煙絲結構相匹配。本研究未進行彈絲轆轉速和劈刀結構尺寸的交互性試驗，主要是考慮隨著實驗數量的增加，由于部分試驗的影響需要對成品單獨隔離，人員、原輔材料浪費大等原因。從解決生產中存在的實際問題出發，結合研究的結果，目前車間生產長白山（777）細支卷煙時，設備運行速度為6000 cpm，彈絲轆同步帶輪選用的為16 齒，平整盤結構尺寸為槽深2.0 mm，槽寬20 mm。