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1、 57. 接装机搓板形状结构不同与搓接质量关系的研究接装机搓板形状结构不同与搓接质量关系的研究 唐根利 （上海烟草（集团）公司上海卷烟厂 上海市长阳路 733 号 邮编：200082） 摘要：摘要： 现代卷接设备发展飞快，各种高新设备层出不穷，随着生产速度不断大幅提高，原来的搓板已较难保证超高速卷接机的烟支搓接质量。 本文通过对德国 HAUNI 公司生产,目前最先进的 PROTOS2-2 超高速卷接设备和即将面市最新研制的超高速及更高速的 PROTOSM5、PROTOSM8 卷接机组搓板与现有中、高速卷接设备搓板结构进行比较，分析不同点，研究其结构特点，从一个方面介绍最新卷接机组技术装备的特点
2、，并为现有设备搓板的改进提供技术保证。 关键词：关键词：搓板 形状结构 组烟 搓接质量 研究 搓接装置由搓接鼓轮（或水松纸鼓轮）和搓板组成，其作用是将涂好胶的水松纸片包裹好“组烟”从而形成双倍长的滤嘴卷烟。自 1959 年英国 MOLINS 公司第一个运用搓板机构，生产出速度达到 1600支/分卷接机组 MK8， 到目前世界烟厂普遍使用的 PROTOS70、 PROTOS100、 PASSIM7K、 PASSIM8、 GD121/AF12等生产速度在 7000 支/分到 12000 支/分的卷接机组，其搓板的形状结构与最早运用搓接式的 MK8 机组基本一致。随着当代卷接设备高速度、高度自动化、
3、高可靠、高质量的发展，特别是生产速度达到 16000支/分， 20000 支/分甚至更高时， 烟支的搓接质量， 搓板的使用寿命就不能得到有效保证,为此德国 HAUNI公司对最新超高速卷接机组搓板结构形状进行了改进，我们分别通过对目前使用的卷接机组和 HAUNI 公司最新卷接机组搓板进行分析与比较，并在此基础上，从理论上研究适应现有设备新的搓板结构形状。 1、目前在用中、高速卷接机组滤嘴卷烟搓接成形原理 1、目前在用中、高速卷接机组滤嘴卷烟搓接成形原理 1.1、 搓接工序 搓接工序是接装机的核心工序， 它是由搓接鼓轮 （或水松纸鼓轮）和搓板组成，其中搓板在搓接工序中起着主要作用，它的好坏及尺寸调
4、整的是否得当，直接关系到滤嘴卷烟的搓接质量。 目前在用的接装机滤嘴烟的搓接方法基本上分为英国MOLINS公司的利用水松纸鼓轮和搓板搓接的方法和以德国HAUNI公司为代表的由搓接鼓轮和搓板搓接的方法。 1.2、 MOLINS 公司 PASSIM 系列搓接成形原理 见图 2、图 3：从双靠拢鼓轮输送来的“组烟” （中间是滤嘴，两端是烟条的组合）与涂好胶的水松纸片通过搓板进口小平面进入搓板。 搓板是一个整体， 搓板工作面上分布有三段圆弧锯齿面和进口小平面及出口圆弧面， 锯齿作用是增加摩擦力，滤嘴烟支的搓接在圆弧锯齿面上完成。切纸轮不仅仅起到切割水松纸片的作用，还与搓板一起完成滤嘴烟支的搓接任务。工作
5、时，搓板固1.切纸鼓轮；2.组烟；3.搓板 图 1 运动原理图 定不动，由理论力学可知，切纸轮将带动“组烟”在搓板上滚动，如图 1 所示， “组烟”绕 D 点转动，此时“组烟”中心的移动速度 V1=V2/2（V2为搓接鼓轮外径的线速度） 。在搓板的搓接区域，切纸轮上的吸风孔负压切断，以保证“组烟”滚动时，涂好胶的水松纸片顺利地包裹在“组烟”上。搓板的有效工作弧长90mm，一般烟支圆周24.5mm， 搓板能保证“组烟”滚动约 3 周半，最终形成双倍长度的滤嘴卷烟，由取出鼓轮取出。切纸轮和搓板加热器使水松纸片上的胶水即时烫干。 图 2 搓接机构简图 图 3 PASSIM 系列搓板 1.3、德国 H
6、AUNI 公司 PROTOS 系列和意大利 G.D 公司 GD121 搓接成形原理 见图 4、 图 5： 搓接鼓轮从双靠拢鼓轮处接受粘有水松纸片的 “组烟” ， 搓接鼓轮烟槽中的吸风使 “组烟”吸附在搓接鼓轮上，同时搓接鼓轮外圆上吸风孔的吸风将水松纸片平铺在有直纹的搓接鼓轮外表面上，随着搓接鼓轮的旋转， “组烟”进入搓板。搓板是一个组合体，由第一、 （第二）根筋和搓板体组成。搓板的工作表面由两段（或一段）同一圆弧的锯齿面和一段出口小平面组成，锯齿作用是增加摩擦力。“组烟”进入搓板第一根筋工作区域，第一根筋将“组烟”从搓接鼓轮烟槽中取出，并使“组烟”在搓接鼓轮与搓板圆弧面之间滚动，第二根筋将回到
7、烟槽中的“组烟”重新取出（无第二根筋利用惯性通过烟槽）继续搓接。同时在搓接区域，搓接鼓轮上的负压被切断，从而使涂好胶的水松纸片顺利地包裹在“组烟”上，搓板的有效工作弧长 65mm 左右，常规烟支圆周 24.5mm，搓板能保证“组烟”滚动约 2 周多，形成双倍长度的滤嘴卷烟，在搓板出口小平面和归位鼓轮辅助下，双倍长度的滤嘴卷烟再次进入搓接鼓轮烟槽而被输送到下一鼓轮。搓板加热器使水松纸片上的胶水即时烫干。 同样在烟支搓接过程中，由于搓接鼓轮旋转而搓板固定不动，由理论力学可知， “组烟”支是由搓接鼓轮带动在搓板上滚动，组合烟中心的移动速度 V1=V2/2 与 PASSIM 系列相同。 图 4 搓接机
8、构示意图图 图 5 PROTOS70、100 系列搓板 2、目前在用中、高速接装机不同搓板结构特点和搓接质量关系 21、PASSIM 系列搓板 见图三： 搓板工作表面是一个圆弧面， 其上加工有三段宽度不同的锯齿面， 锯齿方向与圆弧面垂直，锯齿面增加了滤嘴烟支搓接时摩擦力。由于切纸鼓轮与搓板之间的间隙烟支直径0.5mm，所以搓板对烟支有 0.5mm 的压缩量。从而在搓板和切纸鼓轮之间形成足够压力，保证切纸鼓轮能搓动“组烟” ，在搓接时，第一段五个指状从靠拢鼓轮中拾取“组烟”并使 “组烟”较平稳地进入搓板，在“凸起处”压紧力增加利于水松纸片定位在“组烟”上的质量。第一、第二段锯齿面在整个工作面上对
9、“组烟”进行搓接，基本上完成了滤嘴烟的搓接，第三段锯齿面仅对水松纸部位进行搓接，保证了高质量搓接。 此种搓接形式“组烟”进入搓板平稳无冲击，搓板工作圆弧面长（ “组烟”滚动三周半） ，易于水松纸粘贴牢固，搓接质量较高。 搓板是由 45钢淬火后表面氮化处理，硬度约在 HRC60 左右，每天需搓接几百万次。由于滤嘴硬度较烟条高许多，滤嘴段处的锯齿面较易磨损，所以使用一段时间后会产生中间滤嘴段的锯齿面低于两边锯齿面现象，引起搓接压力降低搓接质量下降。另外搓接时“组烟”的运动方向垂直于锯齿面，锯齿面中极易堆积油墨、乳胶等异物，如不及时清洁，就会产生水松纸包裹不良的质量问题。 2.2、PROTOS70、
10、PROTOS100、GD121 系列搓板 见图 5、图 6：搓板工作表面也是一个圆弧面，其上加工一段宽度相同的锯齿面，锯齿方向与圆弧面垂直, 即与“组烟”滚动方向垂直，目的增加搓接时的摩擦力。搓接鼓轮圆弧表面也加工有锯齿面且搓板锯齿面与搓接鼓轮锯齿面之间的间隙烟支直径0.4mm 或（0.5mm） ，也使搓板对烟支有 0.4 或（0.5mm）的压缩量。从而在搓板和搓接鼓轮之间形成足够压力，保证了“组烟”在搓板与搓接鼓轮之间纯滚动。 ，在搓板的进口端上装有第一根筋，由于第一根筋与搓接鼓轮烟槽间隙烟支直径0.7mm，即高出搓板圆弧面 0.9mm(或 1.1mm)，所以搓接鼓轮烟槽中的“组烟”被取出而
11、进入搓板搓接。三种设备搓接鼓轮直径和烟槽数一样，分别为 D264mm、烟槽数22。 搓接鼓轮转速=半车速/烟槽数。 分别为：PROTOS70：3500/22=159 转/分； PROTOS100、GD121：5000/22=227 转/分； 搓接鼓轮表面的线速度:D*转速。 分别为：PROTOS70：3.14*0.264*159=131.95m/min； PROTOS100、GD121：3.14*0.264*227=188.50m/min； “组烟”吸附于搓接鼓轮烟槽中随搓接鼓轮一起旋转，所以“组烟”的线速度与搓接鼓轮表面的线速度相同。由上面计算可知， “组烟”的线速度较大， “组烟”进入搓板
12、时与第一根筋产生较强烈的冲击，见图 9 可知第一根筋与“组烟”接触是线接触，材料的硬度在 HRC45 左右，一天约与“组烟”撞击近 500万次，所以较易磨损，当磨损到一定程度就会影响到“组烟”进入搓板的稳定性和搓接质量。不仅“组烟”进入搓板受到较大冲击，另外第一根筋高出搓板圆弧面 0.9mm（或 1.1mm） ，由于“组烟”的线速度较大，惯性大，当进入搓板时，在搓板进口处约有 7.5-8mm 长的工作面不与“组烟”接触，造成搓板有效工作弧长减少。使“组烟”滚动圈数减少，不利于水松纸牢固搓接。同样滤嘴段处的锯齿面易磨损，（见图 6、图 7）锯齿面中易堆积油墨、乳胶等异物， （见图 5 搓板表面）
13、都会引起搓接质量降低。 图 6 磨损的 GD121 搓板 图 7 磨损的 PROTOS70 搓板 图 8 搓板第一根筋 3、最新在用卷接设备和研制中卷接设备搓板结构特点 31、PROTOS2-2 搓板结构特点 见图 9 搓板的外形及工作面尺寸与 PROTOS70、PROTOS100 基本一致，在搓板的圆弧工作面上内、外两侧加工有 42mm 宽的锯齿面，锯齿方向与圆弧面平行，与以往搓板方向相反即与“组烟”滚动方向一致，中间是一段宽 54mm 圆弧平面，两侧开有 3mm 的槽烟支规是 84mm（2064mm） 目的是防止由于水松纸偏移乳胶堆积在搓板上。此种结构搓接时的摩擦力较小，为此在搓板工作面和
14、搓板第一根筋上利用现代先进喷涂技术喷涂上一定目数、粗糙度的超硬超耐磨材料涂层人造金刚石，使搓板中间工作表面的中间磨损处 摩擦力与 PASSIM、PROTOS、GD121 的搓板摩擦力相等，而两边锯齿面摩擦力相对较小，在实际搓接过程中，搓板的主要工作面是中间水松纸部位的搓接，而两端仅仅是保证搓接时“组烟”定位质量即无滑动。这样不但保证了搓接质量，还减少了烟支端部落丝。 人造金刚石的特点是与铁系有亲和力，导热性优越，硬度极高可达莫氏 78，比硬质合金（硬度在 8693HRA）高几十倍。所以 金刚石涂层牢度高，有极高的耐磨性。图 6 是 GD121 机组在 10000 支/分车速下使用一年半换下的搓
15、板磨损情况，经测量中间已严重磨损了0.25mm，而搓板第一根筋一般使用半年左右就因磨损而需更换。图 9 是我厂第一组 PROTOS22 65机组在 16000支/分车速下使用三年多的喷涂金刚石的搓板，基本上没有磨损，且搓板工作面上较清洁，保证了烟支搓接质量。 图 9 PROTOS22 搓板 另外为了降低搓接鼓轮转速， PROTOS22 搓接鼓轮烟槽数从 22 排增加到 28 排， 相应的直径也增大到 336mm。降低了搓板第一根筋受到的冲击力，避免了搓板第一根筋影响“组烟”进入搓板搓接的质量。 32、PROTOS M5 搓板结构特点 PROTOS M5 卷接机组是即将面世的高速卷接机组，生产速
16、度为 12600 支/分左右， 该机组在搓接装置上进行了创新性的革新即利用平皮带进行搓接。见图 10 下面一根宽平皮带起到搓板的作用，并慢速逆时针方向运动。上面 5 根窄平皮带起到搓接鼓轮作用，其中中间三根平皮带起到搓接作用，将水松纸片包裹在“组烟”上，其运动方向与宽平皮一致，内、外两根平皮带保证搓接时烟条无滑动。窄平皮运动速度较快与右侧鼓轮线速度相同，即 63000.0377237.5 m/min，由于上、下平皮带之间的速度差，形成“组烟”逆时针方向转动，从而实现了水松纸搓接。 该种搓接方法“组烟”进入平皮带间进行搓接时是柔性的，平稳无冲击，烟支无受伤隐患，搓接距离长（约 200mm） ，
17、“组烟”滚动四周多，水松纸搓接质量高。但该装置对平皮带质量的要求较高，平皮带的平整度好坏直接影响到搓接质量，同时平皮带较易磨损。 33、PROTOS M8 搓板结构特点 PROTOS M8 卷接机组是研制中的更加高速的卷接机组，生产速度达到 20000 支/分，为了保证超高速机组搓接质量，该机组在搓接装置上进行了创新性的思路。即“组烟”在进入搓板之前利用折叠轮使水松纸片先在“组烟”上包裹 1/3 圈，这样可以降低搓接鼓轮的直径和转速保证更高速生产“组烟”的搓接质量。 见图 11 为了解决搓接鼓轮烟槽中的“组烟”进入搓板时与搓板第一根筋发生撞击现象，设计中，取消了搓板第一根筋，而在搓板进口端设计
18、有一拨烟鼓轮， 图 10 PROTOS M5 搓接形式 烟鼓轮逆时针旋转而搓接鼓轮顺时针旋转，因拨烟鼓轮线速度比搓接鼓轮线速度稍慢，所以拨烟鼓轮能很轻柔地将“组烟”从搓接鼓轮烟槽中取出进入搓板，搓板的工作面与 PROTOS22 一致。此种结构形式彻底解决了搓接鼓轮上“组烟”与搓板筋撞击现象，使“组烟”进入搓板轻柔、平稳。避免了烟支受伤，提高搓接质量，且搓板不易积异物，降低搓接堵塞现象发生，使用寿命长，可以保证更高速度的搓接质量。 图 11 PROTOS M8 搓板 4、现有 PROTOS70、PROTOS100、GD21 搓板结构改进的理论探索 经过以上研究分析，PROTOS70、PROTOS
19、100、GD121 搓板主要存在以下一些缺陷。 1） 、搓板第一根筋、搓板工作面较易磨损，使用寿命较短。 以 PROTOS70 搓板调换为例。见表 1： 表 1: 2005 年 5 月至 2006 年 5 月 PROTOS70 、ROTOS22 搓板调换情况比较 机组 零件名称 更换数量 价值（元） 生产速度 PROTOS70 搓板 29（24 台机组） 16507 7000 支/分 ROTOS22 搓板 0（4 台机组） 34503 16000 支/分 2） 、搓板锯齿面中易堆积油墨、乳胶等异物。 3） 、搓板起始端有 8mm 长的工作面不起作用，此处“组烟”无搓接鼓轮与搓板夹紧定位。 4）
20、 、 “组烟”进入搓板时与搓板第一根筋有撞击现象。 考虑到现有设备生产速度较 PROTOS22 慢，而加装拨烟鼓轮较复杂，需要增加鼓轮的传动，为了保持同步只有在墙板齿轮箱内增加齿轮与传动轴。由于墙板齿轮箱已定型，空间有限，难度与工程量很大所以参照 PROTOS22 搓板为基础进行改进。 改进方案： 1） 、在搓板第一根筋上喷涂金刚石大幅提高其使用寿命。 2） 、搓板工作圆弧面从单一271.4mm 圆弧，改为搓板起始端 8mm 长的工作面圆弧120mm，圆弧的起点低于搓板第一根筋 0.4mm，和271.4mm 两段圆弧平滑连接。见图 12“组烟”在搓接鼓轮和搓板之间搓接时受压变为椭圆形，经试验这
21、样可增加 5mm 左右起始端工作面，且不影响“组烟”顺利进入搓板搓接。 3)、参照 PROTOS22 搓板工作面形式，在内、外两侧加工约 42mm 宽锯齿方向与圆弧面平行锯齿面，中间是一段宽 54mm 圆弧平面，两侧开 3mm 的槽，并喷涂一定目数、粗糙度的超硬超耐磨材料涂层人造金刚石，可以基本确保搓板工作面不磨损。 改造前 改造后 图 12 改造前搓板弧度与改造后搓板弧度示意图 表 2：2006 年 15 月两种不同搓板质量数据比较（B1 区与 D 区） 搓板类型 检测项目 缺陷数 检测批次 缺陷数/检测批次 得分 车速 普通 水松纸头部泡皱 12 712 0.017 49 7000 支/分
22、表面喷涂 金刚石 水松纸头部泡皱 21 1806 0.012 52 16000 支/分 搓板类型 检测项目 缺陷数 检测批次 缺陷数/检测批次 得分 车速 普通 水松纸漏气落头 1 712 0.001 49 7000 支/分表面喷涂 水松纸漏气1 1806 0.0005 56 16000 支/分 金刚石 落头 从表 1、表 2 可见： 表面喷涂金刚石搓板的使用周期大幅提高，搓接质量得到提高。 通过以上分析，我们对超高速卷接机组搓板结构特点及作用有了比较深的了解，为以后对现有设备的改进拓宽了思路。同时我们要加快消化掌握最新的 PROTOS22 卷接机组，熟悉各种新结构、新装置的性能与特点，从而使我们对新设备的驾驭能力得到不断加强。 参考文献 参考文献： MAX70、MAX100 操作维修手册 ， 德国 HAUNI 公司 AF12 操作维修手册 ， 意大利 G.D 公司 YJ19/YJ29 卷接机组培训教材 ， 许昌烟草工业机械厂 金属材料及加工工艺 ， 机械工业出版社 2006 年 4 月
