C600 小包透明紙拉線卷芯鎖定機構改造分析

何成建 戴奇霖 王 俊 成經輝 張雙俊

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司，昆明 650231）

云南省昆明卷煙廠生產三部現有5 套GDX2000-C600 包裝機組[1]。2012 年以來，隨著云煙（紫）牌號香煙產能需求的進一步增加，良好的穩定性、較高的設備效率使得GDX2000-C600 機型成為昆明卷煙廠云煙（紫）香煙生產的主力機型。隨著設備效率、產品質量要求的不斷提高，原有小包拉線鎖緊裝置存在的不足逐漸顯現，已經不能滿足生產需求。操作人員反映，更換小包拉線過程費時、操作煩瑣，而且產品存在質量風險。

針對C600 包裝機，我國的專家學者進行了一系列研究。李華文等利用圖像在線分析技術，設計了一套煙包在線圖像檢測裝置[2]。陳天麗等設計了一種基于位移式傳感器技術的C600 包裝機位移式拉線檢測裝置[3]。苗健對C600 型盒外透明紙包裝機軟盒煙包輸入轉向裝置進行了深入研究[4]。蔡革英設計了一種C600 小包透明紙包裝機煙包定位裝置[5]。汪魁等設計了一種C600 小透明包裝機位移式拉帶檢測裝置[6]。張智鑫提出了降低YB55 盒外透明紙包裝機成型輪故障率的方案[7]。張進武對小包整容器的運用進行了深入研究[8]。楊猛等設計了一種運用在GD-C600 包裝機CW 條包機部分的條包透明紙啟封帶馬蹄刀切割裝置[9]。雖然對于包裝機的研究眾多，但是目前尚未涉及拉線卷芯鎖定機構。

1 C600 拉線卷芯鎖定機構存在的問題

1.1 工作原理

C600 小包拉線組件如圖1 所示。拉線Na 通過拉線卷筒預松卷電機1（3M679），根據拉線的消耗直接在卷筒Ro 上進行預松卷。線性感應器2（3S226）向電機1 發出預松卷指令，然后通過讀取固定在張緊臂4 上的凸輪3 檢查卷筒儲存量，并發出耗盡信號。當拉線斷裂時，張緊臂4 的輥柱缺乏張力，使得張緊臂旋轉，凸輪3 發出異常信號給激勵感應器5（3S227），設備報拉線耗盡故障，并立即制停機器。

圖1 C600 小包拉線組件示意

線性感應器2 根據張緊裝置擺臂的擺動幅度來調節電機的速度，使拉線在松卷過程中始終保持一定的張緊度，實現拉線的同步輸送，從而使得拉線能夠平穩、準確地進入U 形刀切割位置，再由透明紙切刀將拉線紙切割成定長的透明紙。

1.2 小包拉線卷芯鎖定裝置問題

改造前的拉線卷芯鎖定機構兩端被兩個擋片擋住，外端的螺母向內側擰緊形成的壓力鎖定拉線卷芯。在拉線卷芯松卷的過程中，兩端的擋片能夠保證拉線卷不因卷芯本身出現細小的形狀變化而影響其穩定旋轉。

但是，這樣的設計存在一定的不足。拉線卷芯鎖定后，兩邊的擋片對拉線卷芯有向內的壓緊力。拉線卷芯受到外力后，會產生向外的推力。換卷時，手動旋緊螺母的力矩不易控制，當力矩低于規定要求時，拉線松卷過程中出現的振動會迫使擋片有向兩端松動的趨勢，螺母逐漸向外滑動。這樣一來，拉線卷芯將不能保持在原有的軸向位置。螺母輕微滑動時，容易使拉線輕微向外錯位，形成拉線錯牙煙包?；瑒语@著時，容易將拉線包裹在煙包的腰部，從而形成拉線錯位煙包，造成產品質量事故。

1.3 拉線換卷問題

將一卷已用盡的拉線卷芯從鎖定機構上取下，需要先把拉線卷芯外端的螺母向外擰松并取下，然后將新的拉線卷放在拉線軸上，再向內擰緊。在擰緊螺母后，將拉線繞過各輥輪，最終粘接在透明紙上，更換過程耗時較長。

綜上所述，拉線卷芯鎖定機構存在機構復雜、運行不穩、操作煩瑣等問題，頻繁的故障率與逐漸增加的產量需求、逐步提升的質量要求之間形成很大的矛盾。因此，急需尋找一種徹底解決以上問題的方法。

2 改造方案

2.1 鎖定方式選擇

經過分析，改造后的拉線卷芯鎖定機構必須滿足易更換、不松脫的需求，可供選擇的兩種方式為氣缸鎖定和彈片鎖定。氣缸鎖定方式過于復雜，需要加裝較多裝置，因此不予考慮。彈片鎖定方式必須滿足套入拉線卷后不打滑、不松脫的要求，其優點是拆裝卷芯方便，能夠實現快拔和快插，而且維護保養方便，不易損壞。用于鎖定的彈片組件必須中間高、兩邊低，這樣在插入卷芯后，中間凸出部分能夠起到很好的鎖定作用，有效避免拉線卷芯滑動。同時，彈片張緊鎖定卷芯后，能夠有效避免拔插困難和容易滑脫的問題。結合鎖定的穩定性，決定采用沿卷芯軸圓周方向等間距的彈片鎖定方式。

2.2 理論驗證

經測量，正常工作時拉線所需最小拉力為3.8 N。對比相關設備，測量拉線卷芯取出時需要的最小拉力為11.2 N，該力可以看作是拉線卷芯鎖定裝置在正常工作時受到的最大摩擦力。將原有鎖定裝置改變為彈片鎖定裝置，需要計算彈片在鎖緊與自由兩個狀態下的變形量，還要驗證設備改造后，卷芯在正常工作時所受到的軸向或徑向外力都不能超過最大摩擦力。

彈片鎖緊裝置工作時受到的正壓力為

式中：f為設備拉線卷芯鎖定裝置正常工作時受到的最大摩擦力，取11.2 N；μ為尼龍與65Mn 鋼之間的摩擦系數，一般為0.23～0.48，此處取0.45。

經測量，拉線卷芯內徑Φ1=30.0 mm，安裝彈簧片后拉線卷芯軸Φ2=36.5 mm。通過測量不同廠家、不同批次的拉線卷芯內徑，并統計測量結果后得出內徑變化范圍為29.8 mm±0.2 mm。此處取其上偏差+0.2 mm，則內徑為30 mm。

安裝拉線后，彈簧片的壓縮量為

代入數據后得到，?=3.25 mm。將彎片彈簧簡化為直片彈簧進行計算，受力變形如圖2 所示。

圖2 直片彈簧受力變形

根據《彈簧手冊》，彈簧接觸拉線卷芯內壁所形成的變形為

式中：l為片彈簧的長度，取80 mm；l1為片彈簧靠近支點的第1 個受力點與支點的距離，取25 mm；l2為片彈簧靠近支點的第2 個受力點與支點的距離，取60 mm；E為片彈簧的彈性模量，經查表得E=200 GPa；I為固定端截面的慣性矩。當b/h＜10 時，I=bh3/12；當b/h≥10 時，I=bh3/12(1-ν2)，其中ν為泊松比，h為片彈簧高度，b為片彈簧寬度，取b=8 mm，h=1 mm。

經過計算得到，N=26.839 N。由此可以得出其所受的最大摩擦力f=12.078 N。在軸向上，12.078 N ＞11.200 N，可以認為松卷過程中卷芯不會產生軸向滑動。在徑向上，12.078 N ＞3.800 N，可以認為松卷過程中卷芯不會產生徑向打滑。

通過以上計算可以驗證，拉線卷在隨軸轉動的松卷過程中，無論在軸向還是徑向上，所設計的拉線卷芯鎖定裝置都能夠滿足設備生產要求，不會出現滑動現象。

3 改造效果

加工一根卷芯固定軸，除拉線卷芯固定部分外，其余部分按原軸尺寸及形狀加工。芯軸外端部需進行30°倒角，便于卷芯插入。取消原螺紋定位部分，將穿過卷芯部分的軸加工成直徑為28.5 mm 的新軸。經熱處理后，在軸上沿周向等分加工3個方槽，如圖3所示。加工彈簧片（見圖4），將其安裝在槽內，并用沉頭螺栓單點固定。最后，將新的卷芯固定軸安裝到拉線組件上。

圖3 拉線卷芯軸改造效果（單位：mm）

圖4 彈簧片（單位：mm）

由于彈簧片向外伸展的弧形部分略大于拉線卷芯直徑，在拉線安裝完成后，彈簧片被壓縮，卷芯受到彈簧片徑向的壓力。在松卷時，卷芯圓周運動方向會產生較大摩擦力，阻止其在軸向和徑向發生滑動，從而避免出現因滑動導致的拉線松卷抖動、供料不及時、直流電機頻繁調速等現象。同時，由于弓形彈片本身的彈性阻止卷芯出現軸向滑動，有效避免因滑動產生的拉線錯牙、拉線錯位等煙包產品的質量缺陷。換卷時，能夠實現快速拔插，有效縮短了換卷時間，簡化了操作方式，提高了設備效率。

在實際生產中，對該機構在1 個月內使用不同廠家、不同批次拉線卷芯的生產運行情況進行跟蹤觀察。在使用過程中，并未出現卷芯打滑、軸向移動等情況，證明該機構可以保證規定尺寸偏差范圍內拉線卷芯的正常使用。

考慮到設備實際運行狀況，先對GDX2000-C600的9#機組進行改造實驗，再應用于其他4 臺機組。改造后，更換拉線的用時明顯減少，一定程度上縮短了設備停機時間，增加了設備的正常生產時間，提高了設備的生產效率。

4 結語

采用彈片式卷芯鎖定機構有效解決了C600 小包透明紙包裝機拉線換卷時存在的諸多問題，有效降低了機組人員的工作量，簡化了操作步驟，縮短了更換拉線的時間，降低了產品的質量風險，提高了設備效率。該方案適用于采用此種類型拉線卷芯的機型。方案最先在9#機組實驗，取得了良好的效果，最終在另外4臺機組上使用，具有較高的推廣應用價值。