GD121A型卷接机组质量控制系统的改进

厉德俊，陈小润，潘恒乐

1.江苏中烟工业有限责任公司南京卷烟厂，南京市建邺区梦都路30号 210019 2.常德烟草机械有限责任公司，湖南省常德市武陵区长庚路999号 415000

GD121A型卷接机组是意大利GD公司生产的一种双烟道高速卷接设备［1-2］。该机型可以生产常规和细支卷烟，常规卷烟的额定运行速度为12 000支/min，细支卷烟的额定运行速度为11 000支/min。与常规卷烟相比，细支卷烟在生产过程中的质量稳定性较差［3］，容易出现过重或过轻卷烟。卷烟质量是指单支卷烟质量或某单位数量的卷烟质量，是卷烟生产过程中的一个重要技术参数，直接影响卷烟的感官品质［4-5］，同时也是考察卷烟企业装备水平、产品技术含量以及工艺管理水平的关键指标。近年来，对卷烟质量控制已有较多研究报道，赵汉文等［6］分析了不同类型平准器对卷烟质量稳定性的影响；占百胜［7］利用嵌入式PC控制器对ZJ17型卷接机组的质量控制系统进行了改造；余翔［8］设计了一种基于嵌入式倍福IPC技术的卷烟质量控制系统；李昭［9］通过PROTOS70型卷接机组验证了除尘风负压、小风机正压以及回丝量对卷烟质量的影响；陆玉浩等［10］通过对比试验分析了密端位置对卷烟质量的影响。上述研究大多数是基于PROTOS或PASSIM系列机型进行改进或设计，针对GD121A机组的卷烟质量控制研究则鲜见报道。为此，通过分析GD121A机组的卷烟质量控制原理，对其质量控制系统进行了改进，以期提高卷烟质量合格率，提升卷烟产品工艺品质水平。

1 问题分析

GD121A机组卷烟质量控制系统主要由前道平准器、后道平准器、前道吸丝带以及后道吸丝带等部分组成，见图1。在生产中前后道吸丝带位置保持固定不变，通过控制前后道平准器的上下移动来调整吸丝带上烟丝束的修剪量，实现卷烟质量控制。在设备运行过程中，负压风将烟丝吸附在前后道吸丝带的下方，质量传感器检测到烟条密度后将信号反馈给IPC控制系统，进而调整前后道平准器的位置。当检测到前道或后道的烟丝密度过高时，控制系统将对应的平准器上移，增大烟丝束的修剪量，减少烟丝束的质量；当检测到的烟丝密度过低时，则平准器下移，减少烟丝束的修剪量，增大烟丝束的质量，由此实现烟条质量的在线控制。

图1 卷烟质量控制系统结构图Fig.1 Structure of control system for cigarette weight

在GD121A机组的卷烟质量控制系统中，平准器的位移范围是0～3.2 mm。实际生产中发现该机组的平准器位置参数长期为0，即平准器处于上限位置，说明烟丝束的修剪量已达到最大，无法再降低烟丝束质量。若此时修剪后的烟丝束质量仍未达到要求，则生产的卷烟会出现质量超重问题，由此导致卷烟质量合格率降低。理论上，通过改变供丝量以及吸丝室的负压等设备参数，可以降低烟丝束密度使其单位体积内的质量减小，进而减少烟丝束的修剪量，避免出现卷烟超重现象。但改变设备参数势必会对成品卷烟质量及设备稳定性造成影响，尤其对卷烟空头率及烟丝输送稳定性影响显著［11-12］。此外，通过降低粗刺辊转速可以减少供丝量，避免平准器处于极限位置，但减少供丝量会造成烟丝束填充度下降，增大卷烟空头剔除率，造成原辅材料浪费。而降低吸丝室的负压，也可避免平准器处于极限位置，但降低负压会使烟丝束在吸丝带上的吸附力下降，容易出现堵丝现象，同时也会影响烟丝束的紧密度，增大卷烟空头剔除率。

2 改进方法

2.1 压丝块装置

在不改变烟丝束密度的情况下，设计了一种可调节压丝块装置。该装置分为前道压丝块和后道压丝块，分别安装于前后道平准器修剪区域的吸丝带上方，见图2。在机组运行中，当平准器达到上限位置时，通过压丝块将吸丝带下压，吸附于吸丝带上的烟丝束也随之下移，由此增加烟丝束修剪量。控制系统根据卷烟目标质量，控制平准器向下移动，使平准器位置始终处于合理范围内，从而对卷烟质量实现有效控制。

图2 压丝块安装位置Fig.2 Installation location of pressing blocks

前后道的压丝块结构基本一致，主要由压块、调节杆、偏心套和螺钉组成，见图3。调节杆2插入偏心套3中，通过两个螺钉4紧固在一起；偏心套3再插入压块1中，由螺钉5将其紧固在一起。压块1底部将吸丝带向下压，当需要调节吸丝带的下压量时，松开螺钉5，再转动调节杆2，带动偏心套3转动，使压块1随之上下移动，通过改变吸丝带的下压量，辅助平准器改变烟丝束的修剪量。

图3 压丝块装置结构图Fig.3 Structure of pressing blocks

2.2 偏心套设计

根据现场测量，当平准器处于上限位置时，平准器与吸丝带距离为4 mm，考虑到烟丝束厚度，将吸丝带下移调整范围控制在0～2.5 mm。由于受吸丝室空间位置限制，偏心套直径设计为ϕ12 mm，偏心孔直径为ϕ6 mm，偏心距为2.5 mm。为解决压丝块下移距离无参考量值的问题，在偏心套上标注了5个刻度，每个刻度之间的角度为22.5°，见图4。当刻度E处于正下方时，压丝块在最高点，下压距离为0；当刻度A处于正下方时，压丝块在最低点，下移达到最大位移，下压距离为2.5 mm。

图4 偏心套刻度示意图Fig.4 Schematic diagram of scales on eccentric sleeve

如图5所示，根据正弦定理：

式中：e—偏心距，mm；X—偏心套圆心O1与圆心O2在竖直方向上的间距，mm。

当刻度A处于正下方时，θ=90°，则XA≈2.5 mm；当刻度B处于正下方时，θ=67.5°，则XB≈2.31 mm；当刻度C处于正下方时，θ=45°，则XC≈1.77 mm；当刻度D处于正下方时，θ=22.5°，则XD≈0.96 mm；当刻度E处于正下方时，θ=0°，则XE≈0 mm。说明刻度B处于正下方时，压丝块下压距离为2.3 mm；刻度C处于正下方时，压丝块下压距离为1.77 mm；刻度D处于最下方时，压丝块下压距离为0.96 mm。

图5 偏心套位移简图Fig.5 Displacement diagram of eccentric sleeve

3 应用效果

3.1 试验设计

材料：“南京（金陵十二钗烤烟型）”细支卷烟（江苏中烟工业有限责任公司南京卷烟厂提供）。

设备：GD121A型卷接机组（意大利GD公司），共7台；OM-VA型烟支/滤棒在线取样综合检测台（北京欧美利华科技有限公司）。

方法：设定GD121A机组运行速度为11 000支/min，吸丝室负压为12 000 Pa，粗刺辊转速为30 r/min，待机组稳定运行1 h后，利用综合检测台对卷烟进行取样检测，每次取20支卷烟，每个工作日取样20次，依据南京卷烟厂生产工艺要求［单支卷烟质量设计值为（530±10）mg，卷烟质量均值与设计值偏差合格率不能低于90%］，分别统计改进前后各5个工作日的卷烟质量均值合格率，记录改进前后机组运行状况（包括平准器位置、卷烟空头剔除率以及堵丝次数等）。

3.2 数据分析

由表1可见，改进后GD121A机组卷烟质量均值的合格次数由改进前的76次增加到97次，卷烟质量均值合格率由76%提高到97%，能够满足南京卷烟厂生产工艺要求。

由表2可见，改进前GD121A机组的平准器位置始终为0，处于上限位置；改进后前道平准器位置在0.18～0.25 mm之间，后道平准器位置在0.12～0.17 mm之间，不再处于上限状态，说明改进后机组能够有效控制卷烟质量。改进前平均空头剔除率为0.51%，改进后为0.50%，改进前后均无堵丝现象，说明改进后机组运行状况及重要技术指标均未受到影响。

对南京卷烟厂7台GD121A机组全部进行现场改造，从生产制造执行系统（MES）中采集改进前后的卷烟质量抽检数据，结果见表3。改进后7台机组的卷烟质量整体合格率由改进前的74.7%提高到92.7%，卷烟质量均值由535.1 mg/支降低到531.8 mg/支。改进后5个月7台机组共生产卷烟786 245.79万支，累计节约烟丝786 245.79×10 000×（535.1-531.8）mg≈25.9 t，平均每月节约烟丝5.18 t，有效降低了烟丝消耗。

表1 改进前后卷烟质量合格率Tab.1 Qualified rate of cigarette weight before and after modification

表2 改进前后机组运行状况Tab.2 Statistics of operation status of cigarette maker before and after modification

表3 改进前后抽检卷烟质量数据①Tab.3 Statistics of weights of sampled cigarettes before and after modification

4 结论

对GD121A机组卷烟质量控制系统进行了改进，通过设计一种可调节压丝块装置，改变了吸丝带与平准器的上限位置间距，从而有效解决了生产中存在的卷烟质量超重问题。以南京卷烟生产的“南京（金陵十二钗烤烟型）”细支卷烟为对象对改进前后GD121A机组进行测试，结果表明：①改进后机组卷烟质量均值合格率达到97%，能够满足南京卷烟厂生产工艺要求；②改进后机组对设备运行状况及其他重要技术参数无显著影响，卷烟质量整体合格率提高18百分点，节约烟丝5.18 t/月，有效降低了原辅材料消耗。