“视窗烟支”接装纸分离和控制装置的设计

0引言

“视窗烟支”是近年来国内新兴的一种特殊外观卷烟,其开创性地在卷烟滤嘴处开出“视窗”,并辅以三元空腔滤棒的使用,给消费者在品吸及视觉感官上带来区别于普通卷烟的感受,满足高端卷烟消费者追求个性、新颖的需求。将整张接装纸分切成符合要求的三段接装纸段,并经相关接装纸分离装置分开一定距离后在三元空腔滤棒上搓接,便形成了烟支上的“视窗”。

研究发现,生产“视窗烟支”时,接装纸分离后的调整过程复杂,生产不同规格的“视窗烟支”所需要的调整更换步骤多,调整耗时较长。同时,生产的“视窗烟支”中出现较多接装纸外观缺陷现象,接装纸外观合格率平均仅为90.07%。

查阅相关文献后发现,“视窗烟支”的研究主要集中在烟支的外观设计^[1—2]、“视窗”露白检测方法^[3]、隐形视窗接装纸的设计和制备^[4]等方面,对于“视窗烟支”的接装纸在分切后的分离和控制方面的研究则未见有报道。

为了进一步做精产品,提升“视窗烟支”的接装纸外观质量,本研究对接装纸分切后的关键节点进行探索和研究,结合ZJ118型卷接机组接装纸供给系统的特点,基于模块化设计思路,研发设计了一种新的接装纸分离和控制装置,以提高“视窗烟支”的外观质量稳定性和生产效率。

1问题分析

1.1ZJ118卷接机组接装纸供给系统工作原理

如图1所示,ZJ118型卷接机组接装纸供给系统由纸盘、刮纸器、供纸辊、上胶辊、加热器、切纸轮、刀辊及靠拢鼓轮等组成^[5]。由纸盘提供的连续不断的接装纸在ZJ118型卷接机组上先是经过刮纸器卷曲,以便能够良好地粘贴到烟支和双倍长的滤嘴上,再经供纸辊及其压辊的作用,将接装纸从纸盘中拉出输送至后续工序,随后接装纸经过上胶辊被涂上一层薄胶水,在加热器作用下敷涂了胶水的接装纸粘贴性能提高,再经切纸轮和刀辊共同作用被切割成接装纸片,已切好的接装纸片经切纸轮的转动再粘贴到靠拢鼓轮上的烟支和双倍长的滤嘴上^[6]。

1.2“视窗烟支”外观特点及接装纸外观缺陷类型

如图2所示,“视窗烟支”是指接装纸被分切、分离后,粘贴在使用透明PU材料成型的三元空腔滤棒上,再经卷接机组搓接成型后,在烟支滤嘴段形成一个可供观察的“视窗”的烟支。相较于普通烟支,“视 窗烟支”由两段较短的接装纸搓接成型,接装纸段在输送过程中需使用相关的分离装置将其分离出“视窗”的距离,该距离由具体的工艺技术要求决定。

在生产“视窗烟支”时,主要出现的“视窗烟支”接装纸外观质量缺陷有:接装纸错牙、接装纸翘边、接装纸长短不一和“视窗”大小不一等,具体缺陷如图3所示。

“视窗烟支”接装纸外观合格率评判方式为:在包装机处每50条烟条随机抽取5条(1 000支),将烟条中的烟支全部拆出,通过专用检测盘对所取样的烟支进行每10支烟支一组的接装纸外观检测,通过计算得出“视窗烟支”接装纸外观合格率,以3次抽样的数据算出最终的“视窗烟支”接装纸外观平均合格率。检测盘上有相应接装纸、“视窗”等刻度线,用于 检验“视窗烟支”的“视窗”大小和接装纸长短是否符合工艺标准,并观察接装纸是否出现“错牙”现象。在检测过程中,对接装纸外观不合格烟支数量进行统计,从而计算出“视窗烟支”接装纸外观合格率。

计算方式:

接装纸外观合格率=(1 000—不合格烟支数)÷

1000×100%

1.3 现有技术分析

如图4所示,现有接装纸分离装置由底座和分离块两部分组成,底座安装在接装纸加热器上,分离块通过螺丝安装在底座上,分离块的长圆孔可以对接装纸进行整体调整,分离块上的导条将三段接装纸分离后送入切纸轮。分离导条前段的一侧带有一定斜度,用来将内、外侧的接装纸进行分离,后段是宽度为“视窗”大小的矩形条,用来稳定和控制三段接装纸的输送。接装纸段进入分离块后,在导条的作用下内、外侧接装纸段逐渐远离中间的接装纸段,直至分离的距离达到“视窗”的大小,随后在矩形导条的作用下,接装纸被送入切纸轮中完成下一道工序。

1.4 存在问题

经研究分析,现有接装纸分离装置主要存在以下几个问题:一是现有分离装置只设计了一级分离,设置在整个接装纸供给路线中较为靠后的位置,分离装置的出口位置距离切纸轮很近,接装纸段经分离装置后就送入切纸轮,接装纸段要在较短距离内分离出“视窗”的距离,导致接装纸段在分离装置上受力较大,运行不稳定;二是现有分离装置采用导条的设计,且无任何防胶设计和处理,在生产过程中容易在导条处积胶,会导致接装纸的分离效果变差,造成外观质量不稳定;三是现有分离装置无相关导向调节的设计,在调整过程中出现角度的偏移难以测量和把控,导致设备调整时间长;四是现有分离装置在生产不同规格“视窗”的烟支时,需更换整套装置并重新调整,且在生产4 mm以上“视窗”的烟支时,分离效果较差,产品质量不稳定。

2技术方案设计

2.1 方案内容

为了解决现有接装纸分离装置存在的问题,本研究在接装纸的输送路线上设置三级分离控制装置。如图5所示,三级分离控制装置分别包括设置在接装纸分切后进入供纸辊前的接装纸初步分离装置,原接装纸调整块处的接装纸分离定位控制装置和接装纸加热器与切纸轮中间的接装纸最终定位输送装置。设置三级分离控制装置能够使分切后的接装纸段在整个输送路线上均匀地受力分开,保障接装纸段输送的稳定。

接装纸初步分离装置的研制:接装纸的分切是将接装纸盘输送过来的连续、整张的接装纸带在宽度上根据相应的工艺要求分切成三份,为使分切后的接装纸能够更好地分离和定位控制,在其分切后、进入接装纸供纸辊前,设计一初步分离装置。通过研制出一种更加柔性、调整更加高效的初步分离装置,使接装纸分切后的分离、定位、输送能够更加稳定。该初步分离装置也能够使接装纸在烟支轴向上进行初步对齐。

接装纸分离定位控制装置的研制:研制出一种简单、方便且能够在线对分切后的接装纸进行调整的装置。该装置不仅能够实现对分切后的接装纸整体进行调整定位,还可分别单独对内、中、外段的接装纸进行调整定位。

接装纸最终定位输送装置的研制:分切后的接装纸在进入切纸轮被负压吸风吸附前,由于受到设备内部多种条件的影响,容易出现位移,从而导致“视窗烟支”的接装纸外观缺陷。因此,设计一种接装纸最终定位输送装置,安装在接装纸进入切纸轮前,使接装纸能够稳定地输送至切纸轮,从而保障“视窗烟支”的接装纸长短和“视窗”大小的稳定。

2.2相关技术实现方法

分切后的接装纸由原来的整张变为三段接装纸段,导致分切后的接装纸段有调整定位困难、调整时间长的问题。因此,本研究通过借鉴相关机械机构和原理,在各级分离控制装置中均设计相关的调整机构,使接装纸段能够快速方便地调整,从而缩短调整时间。

对于不同规格大小的“视窗”,本研究决定对接装纸初步分离装置、接装纸分离定位控制装置和接装纸最终定位输送装置的相关部件进行模块化设计,可根据需求直接进行调整或更换相应的规格件,来实现不同“视窗”大小烟支的生产,也使得更换规格变得更加高效快捷。

3技术方案实施

3.1接装纸初步分离装置的设计

本研究根据接装纸初步分离装置安装空间,设计了初步分离装置的导块^[7]。该导块可根据不同的工艺技术要求定制不同的尺寸,是一个能够快速进行更换的模块。在完成初步分离装置导块的设计后,本研究借鉴螺纹传动、压簧和销轴导向的原理,设计了接装纸初步分离装置的调节装置,可对导块进行前后方向的微调。同时,利用原设备上的接装纸导纸辊轴为安装位置,设计了接装纸初步分离装置的安装底座,该底座不仅能够在前后方向上进行初步定位,还能调节导块的偏转角度,使导块能与接装纸更加贴合。所设计的具体部件和装配图如图6、图7所示。

3.2接装纸分离定位控制装置的设计

本研究在原接装纸调节块的基础上,新设计了一种接装纸分离定位控制装置,通过螺纹、压簧、导向销等作用,不仅能够实现分切后的接装纸段的整体调节,还能单独对内、外接装纸段进行调节,使得分切后的接装纸调整更加方便、高效^[8]。同时,通过对三块调节块进行模块化设计,使其能够根据不同的工艺技术要求快速进行更换。所设计的具体部件和装配图如图8、图9所示。

3.3接装纸最终定位输送装置的设计

接装纸最终定位输送装置安装在接装纸加热器到切纸轮这一段上,是分切后的接装纸进入切纸轮前的最后一个定位调节装置,也是决定各接装纸段在双倍长度烟支上如何分布的最重要的部件。本研究根据导向键及螺纹传动的原理,设计了接装纸最终定位输送装置的调节机构^[7]。最终定位输送装置的导块采用模块化设计,可根据不同的工艺技术要求定制不同的尺寸,在更改规格时快速进行更换。同时,通过在导块设计两道凹槽以及设计在导块出入口的定位销,可以避免上胶后的接装纸段在生产过程中在最终定位输送装置中积胶,进而保证接装纸段输送的稳定。所设计的具体部件和装配图如图10、图11所示。

3.4供纸系统相关部件改造

由于本研究所设计装置在整个接装纸供给系统中设置了三级分离装置,接装纸在经过上胶装置涂抹胶水时已经相互分开“视窗”的距离,因此原有的控胶辊胶区会导致上胶后的接装纸段溢胶严重,容易在接装纸最终定位输送装置、切纸轮、搓烟轮及搓板等位置造成积胶严重。为此,本研究根据所设计的接装纸分离和控制装置,设计了相应的控胶辊。同时,为了避免胶水在接装纸导纸辊处积胶导致接装纸段运行不稳定及难以调整,也对供胶装置上部的接装纸导纸辊进行了重新设计。

具体如图12~14所示。

4应用效果

4.1 试验设计

材料:A牌号和B牌号中支卷烟相关材料(广东中烟工业有限责任公司梅州卷烟厂提供)。

设备:ZJ118型卷接机组(常德烟草机械有限责任公司)。

方法:生产环境温度20~30℃ ,相对湿度50%~65%,将接装纸分离和控制装置应用于ZJ118型卷接机组,机组运行速度3 000支/min。分别进行4 mm“视窗”和6 mm“视窗”的烟支的相关生产工作,用以验证本研究的效果。

通过图15和图16可以看出,生产6 mm“视窗”的 烟支接装纸外观质量稳定,对比原分离装置,烟支质量更稳定,与4 mm“视窗”的烟支在外观质量上无明显差异。

4.2 数据分析

依据“视窗烟支”接装纸外观合格率评判方式I统计记录出现的接装纸外观质量缺陷的“视窗烟支”数量以及每次试验生产时所需要的设备调整时间I并制作相关表格I具体如表1~3所示。

在使用本研究设计的“视窗烟支”接装纸分离和控制装置后I“视窗烟支”的接装纸外观合格率平均值达到98.97%I较之前的90.07%I提高了8.9个百分点I保证了“视窗烟支”的外观质量。同时I本研究对各分离控制装置所设计的调节机构I使分切后的接装纸能够实现在线快速调整I且调整简单、有效、方便I经生产现场测得调整时间平均为23.33 min。

5 结论

本研究设计的“视窗烟支”接装纸分离和控制装置I在各级装置均设计有调节机构I能够实现接装纸的快速调整I有效提高了接装纸分离和控制装置的调整效率和稳定性I提升了“视窗烟支”接装纸外观合格率I并通过模块化设计I能够根据不同的工艺技术要求进行快速调整和更换。

以广东中烟梅州卷烟厂ZJ118中支卷接机组为对象进行上机应用I结果表明I采用接装纸三级分离和控制装置后I设备调整时间缩短至23.33minI接装纸外观合格率提高至98.97%。

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《机电信息》2025年第12期第8篇