1. 引言
PROTOS 2C卷烟机是德国HAUNI虹霓公司生产的高速滤嘴烟支生产设备，生产速度最高可达12,000支/分钟，是目前我厂生产常规烟支产品的主要机型之一。水松纸切刀作为卷烟机包装的重要清洁部位，一般采用人工刀片和毛巾对水松纸切刀进行擦拭，清洁效果差，清洁效率低，操作工手部易被划伤，必要清洁时间长，造成设备效率下降。传统保养模式会一直制约着设备使用单位对该设备技术水平的提高，不适合企业发展的需求[1]，因此水松纸切刀清洁保养问题亟待解决。
2. 存在问题
水松纸切刀刀刃在切割水松纸的过程中粘附有少量胶垢，被毛刷刷下并随切刀转动的惯性向前抛送，落在水松纸鼓轮上胶后未被切割的水松纸上[2]，细小的烟末胶末一旦粘到涂过胶的水松纸片上，将很难脱落，导致产生水松纸夹末[3]。在实际生产中，水松纸切刀需进行班前、班中的清洁保养，从而避免烟末胶末导致的水松纸皱纹、漏气、掉嘴等质量缺陷[4]。水松纸切刀清洁一般由操作工使用刀片和毛巾对水松纸切刀进行擦拭，不仅费时费工，清洁效果差，而且容易导致操作工手部划伤等问题。为此我们研发了一种手持式水松纸切刀清洁装置，结构简单、操作方便，能够提高水松纸切刀清洁效率，降低清洁难度，降低人工操作难度，减少水松纸切刀必要时间。
3. 方案设计
3.1. 手持式水松纸切刀清洁装置的组成
该手持式水松纸切刀清洁装置，结构简单，操作方便，主要包括壳体1、施力组件2、弹簧3、移动组件4及清洁刀片组件5，如图1所示。
3.1.1. 壳体
如图1、图2所示，壳体1为前部和后部开口的中空壳体结构，包括上滑槽11、下滑槽12、辅助滑槽13。
3.1.2. 施力组件
如图2所示，施力组件2由施力杆21和腰型件22构成，两者一体成型，或者通过焊接的方式连接固定。腰型件22为镂空的腰型环件结构，施力杆21固定于腰型件22的一端外壁上。腰型件22的该端内壁焊接于转动销轴23上，转动销轴23竖直设置，其两端可转动地固定于壳体1的顶板和底板上。腰型件22位于壳体1的内部，施力杆21由壳体1的内部伸出。在另一种实施方式中，转动销轴23的两端固定于壳体1的顶板和底板上，转动销轴23与腰型件22的内壁之间可相对转动，只要保证施力组件2能够转动即可。
Figure 1. Composition of handheld cleaning apparatus for tipping paper cutters
图1. 手持式水松纸切刀清洁装置组成
Figure 2. Shell
图2. 壳体
3.1.3. 移动组件
如图1~3所示，移动组件4由长滑杆41、短滑杆42及摩擦底板43构成，长滑杆41和短滑杆42均竖直设置，且垂直于摩擦底板43，三者一体成型。长滑杆41的顶部设有凸台44，长滑杆41同时穿过上滑槽11、腰型件22及下滑槽12，长滑杆41的顶部通过凸台44与壳体1卡合，其底部套设有垫圈45，垫圈45与壳体1的底部接触。短滑杆42穿过辅助滑槽13，且能够沿辅助滑槽13滑动。摩擦底板43位于壳体1的下方，水平设置。
Figure 3. Composition of mobile component
图3. 移动组件组成
3.1.4. 切刀组件
如图4所示，清洁刀片5位于壳体1的上方，通过刀片支座51和刀片压板52固定于壳体1的右侧壁上。刀片支座51为块体结构，其横截面为直角梯形。清洁刀片5安装于刀片支座51的斜面上，使得清洁刀片5的底面(与刀片支座的接触面)与摩擦底板43之间形成夹角A。刀片压板52将清洁刀片5压紧并通过螺钉53将清洁刀片5固定于刀片支座51上，刀片支座51通过螺钉固定于壳体1上。在本优选的实施方式中，清洁刀片5的刀刃与摩擦底板43的移动方向倾斜设置，两者之间形成夹角B。上述夹角A和夹角B均利于提高清洁效果。
Figure 4. Composition of cutter assembly
图4. 切刀组件组成
3.2. 手持式水松纸切刀清洁装置的使用方法
手持式水松纸切刀清洁装置对水松纸切刀进行清洁时，将水松纸切刀放置于摩擦底板43和清洁刀片5之间。人工手持该装置，拇指扣住着力杆6，食指按压施力杆21，其他三指握住壳体1。施力杆21受力，施力组件2整体逆时针转动，在此过程中，弹簧3被拉伸。腰型件22逆时针转动使得移动组件4向右移动，即长滑杆41沿上滑槽11和下滑槽12向右移动，同时短滑杆42沿辅助滑槽13向右移动，摩擦底板43向右移动，这样清洁刀片5开始对水松纸切刀进行清洁。随后，食指松开施力杆21，施力组件2在弹簧3的作用下顺时针转动至复位，在此过程中，移动组件4向左移动，清洁刀片5继续对水松纸切刀进行清洁。至此完成一个清洁动作，人工反复对施力杆21间歇式按压施力，即可轻松实现对水松纸切刀的清洁工作，防止人工手部被划伤，安全可靠。
3.3. 关键部件参数确定
手持式水松纸切刀清洁装置其主要部件由移动组件杠杆臂长，弹簧选型和刀片角度构成，为达到最佳清洁效果须对各关键部件进行选型。杠杆臂长依据PROTOS 2C实际操作空间和刀片尺寸，选择范围：14~15 mm；弹簧选型根据实际操作工使用反馈及装置主体尺寸，选择304不锈钢弹簧，直径为5 mm，其长度均为50 mm，线径选择范围：0.2~0.3 mm；刀片角度为保证水松纸切刀不被清洁刀片划伤，采用厚0.23 mm的75钢，选择A角度为45˚，根据卷烟操作工实际清洁动作对B角度进行选择，选择范围：15˚~30˚，综合上述关键部件选择范围进行选型，选择依据为一次清洁单水松纸切刀所残留胶垢厚度大小，并在A1卷烟机早班水松纸清洁时段进行统计，所得数据见表1：
Table 1. Key component parameter determination
表1. 关键部件参数确定
移动组件杠杆臂长/mm |
14 |
14 |
14 |
14 |
15 |
15 |
15 |
15 |
弹簧线径/mm |
0.2 |
0.2 |
0.3 |
0.3 |
0.2 |
0.2 |
0.3 |
0.3 |
刀片角度B/˚ |
15 |
30 |
15 |
30 |
15 |
30 |
15 |
30 |
胶垢残余厚度/mm |
0.30 |
0.18 |
0.28 |
0.17 |
0.26 |
0.16 |
0.25 |
0.12 |
由上表可知，弹簧线径大小对清洁装置清洁后胶垢残余量影响较小，移动组件杠杆臂长和刀片角度B影响较大，根据装置耐用性考虑选择关键部件参数选择为：移动组件杠杆臂长15 mm，弹簧线径0.3 mm，刀片角度B为30˚。
4. 应用效果
4.1. 清洁效果评分标准
水松纸切刀作为卷烟设备包装过程中的重要组成部分，保持其清洁无胶垢烟灰尤为重要，清洁效果的量化标准由水松纸切刀的清洁后残留胶垢厚度维度进行评定，并由车间统一安排，组织7位卷烟机操作工龄20年的资深工序专家对水松纸切刀清洁效果进行1~5分的清洁效果平均评分，见表2：
Table 2. Cleaning performance rating criteria
表2. 清洁效果评分标准
清洁效果评分 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
残留胶垢厚度a |
a > 2 mm |
1.5 mm < a < 2 mm |
1 mm < a < 1.5 mm |
0.5 mm < a < 1 mm |
a < 0.5 mm |
4.2. 测试实验
小组对本清洁装置进行测试实验，重点测试人工手动清洁和采用清洁装置清洁的时间，对7套PROTOS 2C卷烟设备进行水松纸切刀班前保养时间进行对比。实验采用上述清洁效果标准，并且以清洁效果评分5分为清洁合格依据，并记录所需清洁时间；参与人员均为A1~A7早班卷烟操作工，并对相应机台卷烟操作工进行测试实验前的统一培训，讲解并演示该清洁装置的使用手法；每台设备安排一位卷烟工序专家进行清洁评分，清洁时间计时由当班现场管理员统一计时，计时标准以操作工手拿清洁工具开始计时，得到测试实验见表3及图5：
Table 3. Handheld cleaning apparatus for tipping paper cutters testing experiment
表3. 水松纸切刀清洁装置测试实验
清洁方式 机台号 |
人工手动 |
清洁装置 |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
A6 |
A7 |
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
A5 |
A6 |
A7 |
清洁时间/min |
5.4 |
5.3 |
5.6 |
5.8 |
5.5 |
5.7 |
5.8 |
2.2 |
2.6 |
2.4 |
2.5 |
2.3 |
2.6 |
2.6 |
Figure 5. Bar chart
图5. 柱状图
经过对使用了该手持式水松纸清洁装置和人工手动清洁的清洁时间实验数据调查，得到7组设备均在使用清洁装置后清洁时间大幅减少。
5. 应用范围
该水松纸切刀清洁装置整体采用304不锈钢制作，刀片则采用0.23 mm厚的75钢，刀片作为易损件3个月进行更换，装置整体可进行水洗，装置可依据卷烟操作工清洁习惯进行手柄位置的倒角处理，便于操作工使用。
该水松纸切刀清洁装置可运用于PROTOS 2C卷烟设备的水松纸清洁，并且根据不同卷烟设备对该装置杠杆长度进行调整，满足于清洁需求，可广泛适用于PROTOS 90SR、PROTOS M5、ZJ119等卷烟机水松纸切刀的清洁。
6. 结论
由测试结果可以看出，采用本装置清洁时间明显减少，提高清洁效率。用本装置清洁水松纸切刀在实验中避免了人工清洁易划伤的安全隐患；同时清洁过程省力可控，有效保证切刀避免划伤损坏，具有较好的推广应用价值。