包装机属于包装机组，为国家十二五重大专项技术引进机型，在实际生产过程中，因烟库堵烟、烟支下落不畅等因素导致的停机故障率一直居高不下。之前，何平等E在下烟通道的改进上提出对烟支圆周和烟丝端的接触面进行改进的思路，俞成仓等在包装机烟库的搅动辗的调速控制上提出了变频可调的理念，这些都对减少停机故障率起到了一定作用。但据用户统计，整个包装机组仍有一半的停机故障发生在包装机的烟库下烟通道上，大大影响了整个机组的运行稳定性和有效运行率。为此，笔者通过试验认为包装机在烟组成型部分因3排烟支同时推出，造成下烟通道中的烟支1次下落落差过大，质心不稳，使滤嘴端部翘起而导致了停机。因此拟对包装机烟库下烟通道装置进行三个方面的改 进，要求将停机故障次数降低50%以上，以提高整个机组的有效运行率间。

1问题分析

1. 停机故障点的排査

据观察，烟库下烟通道发生停机故障率除上游卷接机或卸盘机传送的烟支出现横烟堵塞现象外， 大多发生在两个方面：①烟支搅动根处 的黏滞堵塞和空头发生现象；②下烟通道处的滤嘴端 部翘起以及挤压堵塞现象。

2. 烟支搅动辗处现象分析

烟支搅动根通过与烟支接触的棱柱面施加作用力，将烟支导入下烟通道。烟支在重力和作用力的共同作用下，将呈现多样化的运动状态，根据流体力学原理，若通道断面面积一定，湿周最小时，流量最大⑴。

烟支搅动根的棱柱面作用长度为月=54 mm_o

根据卷烟系列标准s'滤嘴烟支长度标准为(84±0.5) mm。而卷烟的滤嘴长度通常从20~30 mm。以一支普通的0.9 g烟支为例，场为 滤嘴端质心位置，归2为烟丝端质心位置，M为烟支质 心位置，根据杠杆原理：

"1="2 (1)

可推算出滤嘴端部长度为20-30 mm的滤嘴，实 际质心位置距滤嘴端部为：

£=£>+(20-30)/2=45.8-48.6 mm (2)

根据机器包装原理，烟支的滤嘴端部在搅动根的左侧，而搅动根的最长作用距离为54 mm,加上前段8 mm,共计62 mm,超出质心 位置62-（45.8〜48.6）=16.2〜13.4 mm,导致烟支的烟丝 端部和棱柱面有较大接触距离，加剧了烟支中的烟丝因相互挤压、跳动而产生的松散和落丝现象。进而增加了空头现象的发生。因此，在保证烟支质心在搅动辗的有效作用面的前提下，适当降低烟支搅动根的有效接触距离，能够减小该处空头现象的发生。

3. 下烟通道处故障分析

烟支在下烟通道过程中经常发生因滤嘴端部翘起而产生的堵塞停机现象，经分析，初步认为这与烟支质 心不在中点而更靠近烟丝端部有关。根据包装机的烟组成型原理，烟支在下烟通道底部，由烟支推手将3排烟支同时推走，当烟支被推走及烟支推手复位后，上面的烟支继续下落，完成下一个推烟动作。

通过计算得出，烟支下落的加速度为:

a= （ F-f）/jn=g-f/m=g—k V/m=g—k/p （3 ）

式中：F为烟支的重力;/为空气阻力；zn为烟支质量；g 为重力加速度；U为烟支的体积仇为空气阻力对体积 的依赖比例沪为密度。

从式（3）可得出，烟支下落加速度的大小主要与k 和q有关，A:受时间的影响很大，在此不作为主要考虑因素，可知?决定了烟支下落的加速度，而单位体积内有：

丹（烟丝）冲］（滤嘴） （4）

根据式（3）和式（4）得出：

%（烟丝）＞4（滤嘴） （5）

因此，当3排烟支同时推走后，頂部的烟支下落距离过大，烟支质心又偏向于烟丝端部，可故导致了烟支滤嘴端部翘起现象的发生。但由王立华皿的分析指出，不同物体的下落过程在小于1 S的时间内，空气阻力可忽略不计。而包装机的包装速度为800包/min,即1 min要包16000支香烟。通过计算，可得到下烟通道（共28个下烟 通道）每秒钟消耗的烟支数为：16 000/28/60 = 9.5 支 （6）

包装机在推烟过程中3排烟支同时推出，即每个下烟通道同时有3支香烟推出，根据式（6）可知， 每秒钟烟支推手至少完成了3组推烟动作。因此，每支香烟在推走后的下落时间约为1/3 s,远小于1 s,故空气阻力可忽略不计。因此，烟支因质心导致的滤嘴端部翘起影响有限，与烟支推手在返程过程中先离开烟丝端部导致烟丝端部先行下落有一定关系。

此外，通过对单支香烟从烟库滑落实验发现，当烟支着地时，滤嘴端部的反弹现象非常明显，因为滤嘴端部的弹性模量远远大于烟丝端部，导致烟支在落地时， 滤嘴端部受反向弹力向上翘起。因此，可认为由于滤嘴端部的弹性模量较大导致了烟支在下烟通道滑落中产生翘起现象。

2改进方法

通过对烟支搅动根处停机故障的两方面分析发现，烟支搅动根处的黏滞堵塞和空头发生现象皆与烟支搅动根上的棱柱作用面有关。过长的棱柱作用面不仅没有更加利于烟支的顺利下落，反而增加了烟支的黏滞以及空头现象的产生。通过式（2）,已得出在通常情况下，烟支的质心距离滤嘴端部为45.8~48.6 mm,搅拌根的有效作用长度距滤嘴端已达8+54=62 mm,故将棱柱面距离缩短10 mm，让搅动根作用于硬度较大、弹性较好的过滤嘴端，避免烟丝端部受力过大而导致的落丝空头现象。同时有效降低了湿周，减少了黏滞现象。
通过对下烟通道处的故障分析，可知下烟通道处的故障是由滤嘴端部弹性模量较大、烟支质心不均、烟支推手的先后顺序等因素叠加形成。因此，必须设计一种辅助装置，借助外力帮助烟支在下烟通道中尽可能均匀、平衡地下落。为此，设计了一种下烟道吹风装置，在有机玻璃面板上设计了 2个气室，并在有机玻璃面板上开了28列孔径为1.5 mm的导气管， 以与垂直方向呈15。的夹角对下烟通道中的28列烟支施加风压。气室和导气管的排列根据图1中下烟通道的分布来确定，以确保中每一个导气管都能与中下烟通道中的每一列烟支相对应。气室的材质为有机玻璃板，表面光滑，与有机玻璃面板之间通过沉头螺钉连接，以保证气密性。

该装置通过电磁阀进行气路的启停控制，调压阀进行气压的大小控制，最终实现机器在不同的启停阶段对下烟槽中的烟支进行平衡性控制，同时进一步消 除了有机玻璃面板与烟支之间产生的静电，保证了烟支在下烟通道中的顺利下落。

3应用效果

通过对烟支搅动辗的改进和新设计的下烟道吹风 装置,烟库的停机故障率大大降低，且新设计的下烟道吹风装置借助纯净的风压对烟支滤嘴端部施加作用力，避免了对烟支造成二次污染的可能。为检验实施效果，笔者在郑州卷烟厂对3台机器进行了跟踪对比，具体数据见表1。据统计，改进前的包装机在烟库下烟通道处的停机故障次数每班次大多在百次左 右。改进后的停机故障次数降到了每班次20次以内， 平均故障降低了78.7%,大大提高了整个包装机的有效运行率。

表1改进前后每班故障次数对比

机器编号	改进前	改进后	故障降低/%
机器1	90	21	76.6
机器2	86	18	79
机器3	93	17	81.7

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