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摘 要：YB45型硬盒包装机在生产过程中，安装在料斗入口位置的23根烟支搅棒，在电机带动齿条的作用下来回不停地搅动，其作用是让烟库中的烟支在相互碰撞中分离，进而顺利落入料斗导烟槽。然而由于烟支在被搅动下落的过程中，前后两端受力不均匀，下落速度降低，跳动大，造成烟支空头剔除率较高，同时降低了成品率。针对上述问题，本文通过将搅棒棱边位置整体前移，改变搅棒对烟支作用在硬度较大，弹性较好的过滤嘴段，有效解决了烟支前后受力不均匀的问题。应用结果表明，改进后的烟支搅棒，让烟支能够更加稳定、快速地进入料斗，显著提高了产品成品率和设备有效作业率[1]。
关键词：YB45包装机；烟库；烟支搅棒；重心；烟支跳动
引言
目前梅州卷烟厂YB45型硬盒包装机在实际运行过程中，烟库内的烟支由于受搅棒搅动的作用力不均匀，搅棒对烟支的搅动容易造成烟支端部落丝，从而引起空头等质量问题，而且当设备处于高速运行时，设备的停机次数也增加，制约着设备有效作业率的提高并且增加材料的消耗，不利于企业发展和品牌建设[2-5]。为解决以上问题，通过分析烟支搅棒结构、烟支受力情况等因素对烟支下落速度造成的影响[6]，将烟库搅棒棱边重新设计，使搅棒对烟支的作用力面由卷烟条段上迁移至圆度、硬度指标等各项技术指标性能更好的过滤嘴段，以更均匀的受力分布和更直接的受力反馈，从而达到平稳烟支跳动和转动状态。
1 烟支输送并下落至料斗的工艺流程
1.1 烟支下落、输送工作原理
如图1所示，烟支经输送通道送入烟库内，自上而下地落向烟库下方的三个烟支料斗。在下落过程中，通过搅拌器的摆动使得烟支顺利地进入烟支7-6-7通道中。
1：烟库、2：菱形块、3：下烟通道、4：推烟板、5：模盒传送带
图1 烟支下落、输送过程示意图
每个下烟料斗导烟板的上部有一根左右往返转动、前部与后部为圆柱体、中部为长方体的搅棒，三个料斗上部共有23根烟支搅棒。烟支搅棒转动动力由交流电机提供，其主要作用是通过搅动促使烟支快速进入相邻两块导烟板之间形成的下烟槽。搅棒长度为154mm，实际作用于烟支的长度为80mm。
1：搅拌棒、2：机座、3：齿轮、4：齿条、5：偏心轴、6：导轮
图2 烟支搅棒示意图
2“空头烟支剔除率”较高故障分析
2.1 烟支标准
根据GB5606-2005《卷烟》标准[8]，滤嘴烟支长度标准为（84±0.5）mm，由过滤嘴段与卷烟条段组成。
2.2受力分析
设过滤嘴长度为X，当X=20mm时：
图4 烟支受力示意图
如图4所示，当过滤嘴长度X为20mm的烟支，结合考虑烟库防护门与烟库挡板存在2mm的间距可能导致烟支位置出现偏移情况，其受力区域均在烟支卷烟条段；当过滤嘴长度X为30mm的烟支，结合考虑烟库防护门与烟库挡板存在2mm的间距可能导致烟支位置出现偏移情况，其受力区域也均在烟支卷烟条段。
经过观察，搅棒与烟支接触的部位为中部长方体部分，由其棱边和四面直接对烟支施加作用力，并未接触到搅棒前、后部圆柱体部分，所以搅棒对烟支作用部位固定不变，即为搅棒中部长方体部分，而烟支的受力区域范围也固定不变，等于长方体棱边长度。经测量，棱边长度为30mm。
经过分析，滤棒长度为20mm和30mm的烟支，其受力区域均在烟支卷烟条部分，接触最小时，与搅棒棱边接触；接触最大时，与搅棒侧面接触。
2.3存在问题及故障分析
2.3.1烟支跳动和转动不稳定，烟支下落不顺畅
2.3.1.1过滤嘴长度为20mm的烟支重心分析
图5烟支各部分重心、力矩示意图
假设过滤嘴端以及卷烟条段各自密度均匀，烟支质量M=0.90g，所标示位置为卷烟条段重心；过滤嘴段质量M1=0.13g，所标示位置为过滤嘴段重心；卷烟条段质量M2=0.77g，所标示位置为卷烟条段重心；烟支长度84mm。（以上数据均为平均值，取两位小数）
利用杠杆原理可知：
M1L1=M2L2
C=L1+L2=■
则当X=20mm时，经计算：
L1= ■=■=35.8mm
L2= ■=■=6.2mm
可以计算出，烟支重心M位置实际位于由过滤嘴端部算起45.8mm（10mm+35.8mm）位置。
2.3.1.2过滤嘴长度为30mm的烟支重心分析
假设过滤嘴端以及卷烟条段各自密度均匀，烟支质量M=0.90g，所标示位置为卷烟条段重心；过滤嘴段质量M1=0.18g，所标示位置为过滤嘴段重心；卷烟条段质量M2=0.72g，所标示位置为卷烟条段重心；烟支长度84mm。（以上数据均为平均值，取两位小数）
则当X=30mm时，经计算：
L1= ■=■=33.6mm
L2= ■=■=8.4mm
可以计算出，烟支重心M位置实际位于由过滤嘴端部算起48.6mm（15mm+33.6mm）位置。
综合分析以上两种情况可以得出，烟支重心偏离搅棒对烟支作用区域中心位置，容易导致烟支跳动时产生前后摆动情况，烟支跳动和转动不稳定，下落速度降低，容易出现横烟、乱烟现象。
2.3.2烟支端部落丝量较大
根据GB5606-2005《卷烟》标准，滤嘴卷烟端部落丝量标准为≤8.0mg/支，而通过对2013年4月到6月8号机生产的各牌号卷烟端部落丝量记录进行统计后发现：
表1：2013年4月至6月8号机各牌号卷烟端部落丝量
统计分析表（单位：mg/支） 统计数据显示，8号机生产烟支端部落丝量3个月平均值为5.4 mg/支（20mm滤嘴卷烟）和6.1mg/支（30mm滤嘴卷烟），烟支端部落丝量较大。
经分析，因搅棒作用，以下两种情况会导致烟支端部落丝量明显增加：
1、烟支重心位置偏离搅棒对烟支的作用区域中心，烟支产生前后摆动情况，相邻烟支的过滤嘴端部或相邻的卷烟条端部会发生相互碰撞，导致烟支端部落丝量明显增加；
2、卷烟条内的烟丝因相互挤压、相互作用，导致同时卷烟条内烟丝逐渐松散、紧实程度降低，特别是卷烟条端部的紧实部分，加上烟支的震动，烟支端部容易产生大量落丝现象。
图6卷烟条段受力示意图
2.3.3烟支空头剔除率较高
当滤嘴卷烟空陷深度>1mm，且空陷截面比>2/3时，判定卷烟存在空头现象。因搅棒作用，以上两种情况会导致烟支端部落丝量明显增加、极易出现空头。
3改进思路及分析
通过改进搅棒棱边作用于烟支的长度，让搅棒对烟支的作用区域由卷烟条段移动至过滤嘴段，以更均匀的受力分布和更直接的受力反馈，达到平稳烟支跳动和转动状态、提高烟支转动、下落速度的效果，同时进一步降低棱边对烟丝的挤压、松散。
4方案设计
4.1提出方案
通过对以上方案的论证和分析，提出设计烟支搅棒棱边的改进方案：
表2：方案说明表
4.2方案选择
对三种方案进行对比，其中方案一方案三虽然均能够增大搅棒对烟支的作用力，提高烟支转动速度，但由于搅棒对烟支的作用面并没有本质改变，仍然容易导致烟支跳动和转动处于不平稳状态，因此这两种方案不予采纳。而方案二“棱边前移”，搅棒对烟支的作用面由卷烟条段移至过滤嘴段，不会对挤压、松散烟丝，烟支受力更均匀，稳定烟支的运动状态，综上所述，改进方案将选择方案二“棱边前移”。
4.3方案细化
确定方案后，通过分析有以下三种前移棱边的方式：
表3：棱边前移方式对比表
通过对比，保持棱边长度再前移，在不改变原机搅棒对烟支的作用局域前提下，最大程度减少对烟支的挤压影响，能够起到提高烟支转动、下落速度，保证烟支跳动和转动状态的平稳。
5改进实施
5.1确定棱边前移量
5.1.1 理论移动前移量范围
经过实际测量，搅棒长度为154mm，实际使用的长度为80mm，而直接对烟支作用的棱边位于搅棒中部，长度为30mm，由此可知，实际可以对棱边前移的范围值=（80-30）mm/2=25mm。
5.1.2 实际测量
结果显示：结合考虑烟库防护门与烟库挡板存在2mm的间距烟支存在的偏移情况下，棱边至少需要前移16mm才能接触到过滤嘴段，即棱边的可移动区域为[16mm，25mm]。
综合考虑：为了保证改进后的搅棒搅动时不会对烟支造成损伤，前移棱边后的搅棒必须要预留足够的位置处理棱边与两端间的圆弧面。
经测算，结合烟支存在的2mm偏移量，将棱边前移20mm，剩下5mm进行倒角打磨处理为最佳选择，既能保证搅棒与过滤嘴段的接触面积，也能保证烟支不会造成损伤。
图12 搅棒棱边改进尺寸图
5.2烟支搅棒参数设计
图13 改进前尺寸图
图14 改进后尺寸图
6效果验证
安装改进后烟支搅棒的烟库运行良好。改进后烟支下落状态和跳动频率也变得较为稳定，同时下落速度明显加快，烟库烟支端面更加平整。
为了验证效果，对改进后的8号包装机的运行情况进行测试，结果如下表所示：
表4：2013年10月至12月8号机各牌号卷烟端部落丝量
统计分析表（单位：mg/支）
统计数据显示， 20mm滤嘴卷烟端部落丝量由5.4mg/支降低至4.2mg/支，降幅为22.2%；30mm滤嘴卷烟端部落丝量由6.1mg/支降低至5.3mg/支，降幅为13.1%。对比结果表明，改进后确实能够减少烟支端部落丝量和空头剔除情况。
7结束语
针对烟支在下落至料斗过程中出现的烟支下落速度较低以及空头烟支剔除率较高现象，通过改进烟支搅棒，不但改善了烟支下落过程中的烟支稳定性，提高了设备的有效作业率，而且降低了搅棒对烟支高速搅动造成端部落丝的影响，效果明显。
参考文献
[1]柯林. 烟支空头检测单支剔除装置原理及经济效益分析[J]. 甘肃科技， 2013， 16： 55- 56.
[2]刘京广. 精益生产方式在长沙卷烟厂的应用方案设计[D].湖南大学，2008.
[3]张淑贤. 烟草企业精益生产应用分析[J]. 商场现代化，2012，26：31.
[4]谢林. 精益生产方式在郴州卷烟厂的应用研究[D].中南大学，2008.
[5]陈代和. 从精益制造走向精益企业[J]. 中国科技信息，2014，18：144-145.
[6]贺志华. G.DX6包装机烟支缺陷的原因分析[J]. 硅谷，2014，03：132-133.
关键词：YB45包装机；烟库；烟支搅棒；重心；烟支跳动
引言
目前梅州卷烟厂YB45型硬盒包装机在实际运行过程中，烟库内的烟支由于受搅棒搅动的作用力不均匀，搅棒对烟支的搅动容易造成烟支端部落丝，从而引起空头等质量问题，而且当设备处于高速运行时，设备的停机次数也增加，制约着设备有效作业率的提高并且增加材料的消耗，不利于企业发展和品牌建设[2-5]。为解决以上问题，通过分析烟支搅棒结构、烟支受力情况等因素对烟支下落速度造成的影响[6]，将烟库搅棒棱边重新设计，使搅棒对烟支的作用力面由卷烟条段上迁移至圆度、硬度指标等各项技术指标性能更好的过滤嘴段，以更均匀的受力分布和更直接的受力反馈，从而达到平稳烟支跳动和转动状态。
1 烟支输送并下落至料斗的工艺流程
1.1 烟支下落、输送工作原理
如图1所示，烟支经输送通道送入烟库内，自上而下地落向烟库下方的三个烟支料斗。在下落过程中，通过搅拌器的摆动使得烟支顺利地进入烟支7-6-7通道中。
1：烟库、2：菱形块、3：下烟通道、4：推烟板、5：模盒传送带
图1 烟支下落、输送过程示意图
每个下烟料斗导烟板的上部有一根左右往返转动、前部与后部为圆柱体、中部为长方体的搅棒，三个料斗上部共有23根烟支搅棒。烟支搅棒转动动力由交流电机提供，其主要作用是通过搅动促使烟支快速进入相邻两块导烟板之间形成的下烟槽。搅棒长度为154mm，实际作用于烟支的长度为80mm。
1：搅拌棒、2：机座、3：齿轮、4：齿条、5：偏心轴、6：导轮
图2 烟支搅棒示意图
2“空头烟支剔除率”较高故障分析
2.1 烟支标准
根据GB5606-2005《卷烟》标准[8]，滤嘴烟支长度标准为（84±0.5）mm，由过滤嘴段与卷烟条段组成。
2.2受力分析
设过滤嘴长度为X，当X=20mm时：
图4 烟支受力示意图
如图4所示，当过滤嘴长度X为20mm的烟支，结合考虑烟库防护门与烟库挡板存在2mm的间距可能导致烟支位置出现偏移情况，其受力区域均在烟支卷烟条段；当过滤嘴长度X为30mm的烟支，结合考虑烟库防护门与烟库挡板存在2mm的间距可能导致烟支位置出现偏移情况，其受力区域也均在烟支卷烟条段。
经过观察，搅棒与烟支接触的部位为中部长方体部分，由其棱边和四面直接对烟支施加作用力，并未接触到搅棒前、后部圆柱体部分，所以搅棒对烟支作用部位固定不变，即为搅棒中部长方体部分，而烟支的受力区域范围也固定不变，等于长方体棱边长度。经测量，棱边长度为30mm。
经过分析，滤棒长度为20mm和30mm的烟支，其受力区域均在烟支卷烟条部分，接触最小时，与搅棒棱边接触；接触最大时，与搅棒侧面接触。
2.3存在问题及故障分析
2.3.1烟支跳动和转动不稳定，烟支下落不顺畅
2.3.1.1过滤嘴长度为20mm的烟支重心分析
图5烟支各部分重心、力矩示意图
假设过滤嘴端以及卷烟条段各自密度均匀，烟支质量M=0.90g，所标示位置为卷烟条段重心；过滤嘴段质量M1=0.13g，所标示位置为过滤嘴段重心；卷烟条段质量M2=0.77g，所标示位置为卷烟条段重心；烟支长度84mm。（以上数据均为平均值，取两位小数）
利用杠杆原理可知：
M1L1=M2L2
C=L1+L2=■
则当X=20mm时，经计算：
L1= ■=■=35.8mm
L2= ■=■=6.2mm
可以计算出，烟支重心M位置实际位于由过滤嘴端部算起45.8mm（10mm+35.8mm）位置。
2.3.1.2过滤嘴长度为30mm的烟支重心分析
假设过滤嘴端以及卷烟条段各自密度均匀，烟支质量M=0.90g，所标示位置为卷烟条段重心；过滤嘴段质量M1=0.18g，所标示位置为过滤嘴段重心；卷烟条段质量M2=0.72g，所标示位置为卷烟条段重心；烟支长度84mm。（以上数据均为平均值，取两位小数）
则当X=30mm时，经计算：
L1= ■=■=33.6mm
L2= ■=■=8.4mm
可以计算出，烟支重心M位置实际位于由过滤嘴端部算起48.6mm（15mm+33.6mm）位置。
综合分析以上两种情况可以得出，烟支重心偏离搅棒对烟支作用区域中心位置，容易导致烟支跳动时产生前后摆动情况，烟支跳动和转动不稳定，下落速度降低，容易出现横烟、乱烟现象。
2.3.2烟支端部落丝量较大
根据GB5606-2005《卷烟》标准，滤嘴卷烟端部落丝量标准为≤8.0mg/支，而通过对2013年4月到6月8号机生产的各牌号卷烟端部落丝量记录进行统计后发现：
表1：2013年4月至6月8号机各牌号卷烟端部落丝量
统计分析表（单位：mg/支） 统计数据显示，8号机生产烟支端部落丝量3个月平均值为5.4 mg/支（20mm滤嘴卷烟）和6.1mg/支（30mm滤嘴卷烟），烟支端部落丝量较大。
经分析，因搅棒作用，以下两种情况会导致烟支端部落丝量明显增加：
1、烟支重心位置偏离搅棒对烟支的作用区域中心，烟支产生前后摆动情况，相邻烟支的过滤嘴端部或相邻的卷烟条端部会发生相互碰撞，导致烟支端部落丝量明显增加；
2、卷烟条内的烟丝因相互挤压、相互作用，导致同时卷烟条内烟丝逐渐松散、紧实程度降低，特别是卷烟条端部的紧实部分，加上烟支的震动，烟支端部容易产生大量落丝现象。
图6卷烟条段受力示意图
2.3.3烟支空头剔除率较高
当滤嘴卷烟空陷深度>1mm，且空陷截面比>2/3时，判定卷烟存在空头现象。因搅棒作用，以上两种情况会导致烟支端部落丝量明显增加、极易出现空头。
3改进思路及分析
通过改进搅棒棱边作用于烟支的长度，让搅棒对烟支的作用区域由卷烟条段移动至过滤嘴段，以更均匀的受力分布和更直接的受力反馈，达到平稳烟支跳动和转动状态、提高烟支转动、下落速度的效果，同时进一步降低棱边对烟丝的挤压、松散。
4方案设计
4.1提出方案
通过对以上方案的论证和分析，提出设计烟支搅棒棱边的改进方案：
表2：方案说明表
4.2方案选择
对三种方案进行对比，其中方案一方案三虽然均能够增大搅棒对烟支的作用力，提高烟支转动速度，但由于搅棒对烟支的作用面并没有本质改变，仍然容易导致烟支跳动和转动处于不平稳状态，因此这两种方案不予采纳。而方案二“棱边前移”，搅棒对烟支的作用面由卷烟条段移至过滤嘴段，不会对挤压、松散烟丝，烟支受力更均匀，稳定烟支的运动状态，综上所述，改进方案将选择方案二“棱边前移”。
4.3方案细化
确定方案后，通过分析有以下三种前移棱边的方式：
表3：棱边前移方式对比表
通过对比，保持棱边长度再前移，在不改变原机搅棒对烟支的作用局域前提下，最大程度减少对烟支的挤压影响，能够起到提高烟支转动、下落速度，保证烟支跳动和转动状态的平稳。
5改进实施
5.1确定棱边前移量
5.1.1 理论移动前移量范围
经过实际测量，搅棒长度为154mm，实际使用的长度为80mm，而直接对烟支作用的棱边位于搅棒中部，长度为30mm，由此可知，实际可以对棱边前移的范围值=（80-30）mm/2=25mm。
5.1.2 实际测量
结果显示：结合考虑烟库防护门与烟库挡板存在2mm的间距烟支存在的偏移情况下，棱边至少需要前移16mm才能接触到过滤嘴段，即棱边的可移动区域为[16mm，25mm]。
综合考虑：为了保证改进后的搅棒搅动时不会对烟支造成损伤，前移棱边后的搅棒必须要预留足够的位置处理棱边与两端间的圆弧面。
经测算，结合烟支存在的2mm偏移量，将棱边前移20mm，剩下5mm进行倒角打磨处理为最佳选择，既能保证搅棒与过滤嘴段的接触面积，也能保证烟支不会造成损伤。
图12 搅棒棱边改进尺寸图
5.2烟支搅棒参数设计
图13 改进前尺寸图
图14 改进后尺寸图
6效果验证
安装改进后烟支搅棒的烟库运行良好。改进后烟支下落状态和跳动频率也变得较为稳定，同时下落速度明显加快，烟库烟支端面更加平整。
为了验证效果，对改进后的8号包装机的运行情况进行测试，结果如下表所示：
表4：2013年10月至12月8号机各牌号卷烟端部落丝量
统计分析表（单位：mg/支）
统计数据显示， 20mm滤嘴卷烟端部落丝量由5.4mg/支降低至4.2mg/支，降幅为22.2%；30mm滤嘴卷烟端部落丝量由6.1mg/支降低至5.3mg/支，降幅为13.1%。对比结果表明，改进后确实能够减少烟支端部落丝量和空头剔除情况。
7结束语
针对烟支在下落至料斗过程中出现的烟支下落速度较低以及空头烟支剔除率较高现象，通过改进烟支搅棒，不但改善了烟支下落过程中的烟支稳定性，提高了设备的有效作业率，而且降低了搅棒对烟支高速搅动造成端部落丝的影响，效果明显。
参考文献
[1]柯林. 烟支空头检测单支剔除装置原理及经济效益分析[J]. 甘肃科技， 2013， 16： 55- 56.
[2]刘京广. 精益生产方式在长沙卷烟厂的应用方案设计[D].湖南大学，2008.
[3]张淑贤. 烟草企业精益生产应用分析[J]. 商场现代化，2012，26：31.
[4]谢林. 精益生产方式在郴州卷烟厂的应用研究[D].中南大学，2008.
[5]陈代和. 从精益制造走向精益企业[J]. 中国科技信息，2014，18：144-145.
[6]贺志华. G.DX6包装机烟支缺陷的原因分析[J]. 硅谷，2014，03：132-133.