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包裝機屬于包裝機組，為國家十二五重大專項技術(shù)引進機型，在實際生產(chǎn)過程中，因煙庫堵煙、煙支下落不暢等因素導致的停機故障率一直居高不下。之前，何平等E在下煙通道的改進上提出對煙支圓周和煙絲端的接觸面進行改進的思路，俞成倉等在包裝機煙庫的攪動輾的調(diào)速控制上提出了變頻可調(diào)的理念，這些都對減少停機故障率起到了一定作用。但據(jù)用戶統(tǒng)計，整個包裝機組仍有一半的停機故障發(fā)生在包裝機的煙庫下煙通道上，大大影響了整個機組的運行穩(wěn)定性和有效運行率。為此，筆者通過試驗認為包裝機在煙組成型部分因3排煙支同時推出，造成下煙通道中的煙支1次下落落差過大，質(zhì)心不穩(wěn)，使濾嘴端部翹起而導致了停機。因此擬對包裝機煙庫下煙通道裝置進行三個方面的改 進，要求將停機故障次數(shù)降低50%以上，以提高整個機組的有效運行率間。

1問題分析

1. 停機故障點的排査

據(jù)觀察，煙庫下煙通道發(fā)生停機故障率除上游卷接機或卸盤機傳送的煙支出現(xiàn)橫煙堵塞現(xiàn)象外， 大多發(fā)生在兩個方面：①煙支攪動根處 的黏滯堵塞和空頭發(fā)生現(xiàn)象；②下煙通道處的濾嘴端 部翹起以及擠壓堵塞現(xiàn)象。

2. 煙支攪動輾處現(xiàn)象分析

煙支攪動根通過與煙支接觸的棱柱面施加作用力，將煙支導入下煙通道。煙支在重力和作用力的共同作用下，將呈現(xiàn)多樣化的運動狀態(tài)，根據(jù)流體力學原理，若通道斷面面積一定，濕周最小時，流量最大⑴。

煙支攪動根的棱柱面作用長度為月=54 mm_o

根據(jù)卷煙系列標準s'濾嘴煙支長度標準為(84±0.5) mm。而卷煙的濾嘴長度通常從20~30 mm。以一支普通的0.9 g煙支為例，場為 濾嘴端質(zhì)心位置，歸2為煙絲端質(zhì)心位置，M為煙支質(zhì) 心位置，根據(jù)杠桿原理：

"1="2 (1)

可推算出濾嘴端部長度為20-30 mm的濾嘴，實 際質(zhì)心位置距濾嘴端部為：

£=£>+(20-30)/2=45.8-48.6 mm (2)

根據(jù)機器包裝原理，煙支的濾嘴端部在攪動根的左側(cè)，而攪動根的最長作用距離為54 mm,加上前段8 mm,共計62 mm,超出質(zhì)心 位置62-（45.8?48.6）=16.2?13.4 mm,導致煙支的煙絲 端部和棱柱面有較大接觸距離，加劇了煙支中的煙絲因相互擠壓、跳動而產(chǎn)生的松散和落絲現(xiàn)象。進而增加了空頭現(xiàn)象的發(fā)生。因此，在保證煙支質(zhì)心在攪動輾的有效作用面的前提下，適當降低煙支攪動根的有效接觸距離，能夠減小該處空頭現(xiàn)象的發(fā)生。

3. 下煙通道處故障分析

煙支在下煙通道過程中經(jīng)常發(fā)生因濾嘴端部翹起而產(chǎn)生的堵塞停機現(xiàn)象，經(jīng)分析，初步認為這與煙支質(zhì) 心不在中點而更靠近煙絲端部有關。根據(jù)包裝機的煙組成型原理，煙支在下煙通道底部，由煙支推手將3排煙支同時推走，當煙支被推走及煙支推手復位后，上面的煙支繼續(xù)下落，完成下一個推煙動作。

通過計算得出，煙支下落的加速度為:

a= （ F-f）/jn=g-f/m=g—k V/m=g—k/p （3 ）

式中：F為煙支的重力;/為空氣阻力；zn為煙支質(zhì)量；g 為重力加速度；U為煙支的體積仇為空氣阻力對體積 的依賴比例滬為密度。

從式（3）可得出，煙支下落加速度的大小主要與k 和q有關，A:受時間的影響很大，在此不作為主要考慮因素，可知?決定了煙支下落的加速度，而單位體積內(nèi)有：

丹（煙絲）沖］（濾嘴） （4）

根據(jù)式（3）和式（4）得出：

%（煙絲）＞4（濾嘴） （5）

因此，當3排煙支同時推走后，頂部的煙支下落距離過大，煙支質(zhì)心又偏向于煙絲端部，可故導致了煙支濾嘴端部翹起現(xiàn)象的發(fā)生。但由王立華皿的分析指出，不同物體的下落過程在小于1 S的時間內(nèi)，空氣阻力可忽略不計。而包裝機的包裝速度為800包/min,即1 min要包16000支香煙。通過計算，可得到下煙通道（共28個下煙 通道）每秒鐘消耗的煙支數(shù)為：16 000/28/60 = 9.5 支 （6）

包裝機在推煙過程中3排煙支同時推出，即每個下煙通道同時有3支香煙推出，根據(jù)式（6）可知， 每秒鐘煙支推手至少完成了3組推煙動作。因此，每支香煙在推走后的下落時間約為1/3 s,遠小于1 s,故空氣阻力可忽略不計。因此，煙支因質(zhì)心導致的濾嘴端部翹起影響有限，與煙支推手在返程過程中先離開煙絲端部導致煙絲端部先行下落有一定關系。

此外，通過對單支香煙從煙庫滑落實驗發(fā)現(xiàn)，當煙支著地時，濾嘴端部的反彈現(xiàn)象非常明顯，因為濾嘴端部的彈性模量遠遠大于煙絲端部，導致煙支在落地時， 濾嘴端部受反向彈力向上翹起。因此，可認為由于濾嘴端部的彈性模量較大導致了煙支在下煙通道滑落中產(chǎn)生翹起現(xiàn)象。

2改進方法

通過對煙支攪動根處停機故障的兩方面分析發(fā)現(xiàn)，煙支攪動根處的黏滯堵塞和空頭發(fā)生現(xiàn)象皆與煙支攪動根上的棱柱作用面有關。過長的棱柱作用面不僅沒有更加利于煙支的順利下落，反而增加了煙支的黏滯以及空頭現(xiàn)象的產(chǎn)生。通過式（2）,已得出在通常情況下，煙支的質(zhì)心距離濾嘴端部為45.8~48.6 mm,攪拌根的有效作用長度距濾嘴端已達8+54=62 mm,故將棱柱面距離縮短10 mm，讓攪動根作用于硬度較大、彈性較好的過濾嘴端，避免煙絲端部受力過大而導致的落絲空頭現(xiàn)象。同時有效降低了濕周，減少了黏滯現(xiàn)象。
通過對下煙通道處的故障分析，可知下煙通道處的故障是由濾嘴端部彈性模量較大、煙支質(zhì)心不均、煙支推手的先后順序等因素疊加形成。因此，必須設計一種輔助裝置，借助外力幫助煙支在下煙通道中盡可能均勻、平衡地下落。為此，設計了一種下煙道吹風裝置，在有機玻璃面板上設計了 2個氣室，并在有機玻璃面板上開了28列孔徑為1.5 mm的導氣管， 以與垂直方向呈15。的夾角對下煙通道中的28列煙支施加風壓。氣室和導氣管的排列根據(jù)圖1中下煙通道的分布來確定，以確保中每一個導氣管都能與中下煙通道中的每一列煙支相對應。氣室的材質(zhì)為有機玻璃板，表面光滑，與有機玻璃面板之間通過沉頭螺釘連接，以保證氣密性。

該裝置通過電磁閥進行氣路的啟停控制，調(diào)壓閥進行氣壓的大小控制，最終實現(xiàn)機器在不同的啟停階段對下煙槽中的煙支進行平衡性控制，同時進一步消 除了有機玻璃面板與煙支之間產(chǎn)生的靜電，保證了煙支在下煙通道中的順利下落。

3應用效果

通過對煙支攪動輾的改進和新設計的下煙道吹風 裝置,煙庫的停機故障率大大降低，且新設計的下煙道吹風裝置借助純凈的風壓對煙支濾嘴端部施加作用力，避免了對煙支造成二次污染的可能。為檢驗實施效果，筆者在鄭州卷煙廠對3臺機器進行了跟蹤對比，具體數(shù)據(jù)見表1。據(jù)統(tǒng)計，改進前的包裝機在煙庫下煙通道處的停機故障次數(shù)每班次大多在百次左 右。改進后的停機故障次數(shù)降到了每班次20次以內(nèi)， 平均故障降低了78.7%,大大提高了整個包裝機的有效運行率。

表1改進前后每班故障次數(shù)對比

機器編號	改進前	改進后	故障降低/%
機器1	90	21	76.6
機器2	86	18	79
機器3	93	17	81.7

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