研制烟用皮带裁割器

侯开耀，车海彧，李 华，于子威，马宝和

（宝鸡卷烟厂，陕西宝鸡 721000）

0 引言

精益化管理是烟草系统近年来的工作重点，在保障产量和质量的同时，安全生产也是决不能忽视的重点问题。本着陕西中烟健康是本，安全是天，平安依章，章随时进，员企尽责，员康企安的方针，科研人员深入了解修理工工作中的难处，对其安全生产、安全修理维护，做出有效保护选择。

结合烟厂车间的生产维护需要，有针对性地对修理工的日常工作进行了追踪分析，发现修理工在其日常修理维护中不乏有很多繁琐危险的工作，如更换链条，裁割皮带，拆卸排链等。主要了解到修理工目前比较需要的是对其裁割皮带的工作方式方法进行改进，提高其工作效率。为此，从实际出发，了解修理工进行皮带裁割的状态，进行总结。

1 存在的问题

在烟厂车间修理维护中，修理工更换一条皮带是非常繁琐和困难的，往往需要多人配合进行作业，有时还会有备件不配套的问题，其作业时间长、耗费人力物力大、劳动强度高等。据调查，烟厂车间每年更换的皮带约有20 条左右，裁割皮带1800 m以上，均使用非专业刀具进行裁割。非专业刀具，既不安全也不方便，费时费力，工作量大，时效性低。首先现阶段修理工所使用的非专业刀具都无法做到精准定位，因为需要人工画线，随后是肉眼对刀，加之这些刀具裁割力度不足，裁割较厚皮带时，需要进行多次裁割，容易跑偏，所以其准确性和直线性难以保证。其次车间修理工经常使用钢制刀具，在作业者裁割皮带的同时，还需要有配合人员牢牢压住刀具前方轨迹的皮带，这种刀具的刀头没有保护措施，手握处也仅仅是使用胶带做了防滑处理，对于作业者和配合人员来说都存在很大的安全隐患。最后让两位修理工选择了自己认为合适的刀具进行裁割作业实验，结果两人都需要有人配合画线辅助定位此次实验所用皮带较短，无需额外人员辅助压皮带，正常工作中所需配合人员更多，时间也更久。

2 研制烟用皮带裁割器

对烟厂车间修理工的皮带裁割作业中时效性进行了理论验证（时效性是指信息仅在一定时间段内对决策具有价值的属性，速率对于裁割皮带来说是一个重要数据指标，速率为矢量），由车间3 名修理工分别裁割40 m，38 m，32 m 的皮带，用时分别为60.60 min，70.37 min，53.33 min 来进行统计。根据速率公式v=S/t，其中，v 为速率，S 为皮带长度，t 为所用时间。可得目前修理工在使用非专业刀具裁割皮带时的平均速率v平=（v1+v2+v3）/3=（0.011+0.1+0.009）/3=0.01 m/s。基于烟厂车间修理工实际工作需要，科研人员决定用新的工具来解决这一问题，实现安全、方便、快捷、高时效性的目的。

根据以往科研经验，正确的刀具裁割速度应是人为可控，而非是受到刀具本身制约，应在保证刀具裁割稳定性和刀片锋利程度的前提下，速度有很大提升。对目前修理工所用非专用刀具的分析来看，速度被制约的很大因素就在于此。而裁割皮带时所需要的定位也是必须的，通过实验发现在使用丁字尺，角尺等辅助工具都能够在皮带上实现准确定位，从而保证裁割的直线度。安全风险对于毫无防护的非专用刀具来讲有很多的方法可以降低，诸如伸缩刀头，刀头保护罩等可以借鉴引用。最终总结后决定将现有的皮带裁割速率提升至0.022 m/s。而且希望能将裁割皮带时的直线度偏差控制在±0.5 mm 以内，因为只有具有较高的直线度才能保证皮带在电机带动启动瞬间时不轻易跑偏移位，从而有效减少皮带边缘磨损情况，避免了发生皮带磨损产生的残屑掉入烟丝、烟梗里的质量事故。同时也要提高创新后的刀具在使用过程中的安全性，健康是本，安全是天，做好每一个细节，不放过任何一个问题，力争将刀具的安全风险系数降为0，保护好员工和企业。

任务开始，便着手开始在刀具的外形设计上下功夫，参考木工平时做木活时所使用的刨子，同样采用了手推刀具的方式进行皮带裁割作业。刀具顶部则是参考了日常使用的电脑鼠标外型，设计出1 个圆弧形状，这样更符合人体工学，车间修理工长时间作业后也不会因为刀具的不称手而轻易地感到麻木疲倦。在刀具的内部采用了3 片裁刀一字排开的设计，裁刀伸出刀具的长度分别比上一片刀多出1 mm，依次递增，采取了分步裁割的方式，目的是第一片刀不完全切断紧接着由第二片刀进行裁割，以此类推，这样就保证了每一片刀都不会因为切入皮带太深阻力过大而导致裁割不顺，并且刀片随时可取，方便组合更换。

因为目前在修理工实际作业中所采用的皮带裁割定位方法首先是用尺子多点测量所需皮带尺寸画点定位，其次是在皮带上连接画线，最后的裁割定位纯粹靠肉眼看刀与线的偏差，所以为了保证刀具所裁皮带的偏差小、直线度高，就需要在刀具本身上设计出一个可以在皮带裁割过程中辅助定位的装置。

由此借鉴在机械制图中经常用到的定位及测量工具——丁字尺，参考了其在画板边缘或是纸张边缘固定，从而对作业面线条进行准确定位，也正是由于皮带出厂时进行过裁割，边缘无限接近于直线，所以此种定位方法才适用。

在刀具所用刀片的选择上，因为皮带本身质地较为绵软，不需要硬度特别高的材料，所以可选择的范围较广。对于刀具中刀片的消耗问题，良好的经济性对于企业来讲也是至关重要的，刀片的选择要尽可能的遵从互换性原则。

刀具所用刀片的选择，经过综合考量，决定使用生产车间中较为常见的裁纸刀作为刀具，因为裁纸刀为钢制刀片，十分锋利，并且具有很好的互换性，更换方便，且有固定标准，这无形中就产生了一定的经济效益，因此成为设计刀具所选用刀片。

最后的加工，本着突出创新精神，将新技术引入到生产企业为目标，选择3D FDM（Fused Deposition Modeling，熔融层积成型技术）打印技术来完成制造。需要先将所设计刀具的具体参数用机械制图表现出来，绘制成AutoCAD 文件，然后根据各项参数，用Pro/Engineer 软件进行3D 建模，建模完成以后使用Cura 及3Dmax 等软件进行切片处理，设置打印构架、支撑、精度等一系列参数，最后再根据所使用FDM 打印机的结构来设置打印机参数。这种制造技术的优点在于能快速的进行小批量生产，并且极其适合制造非标件，物件一体成型度很高，十分符合裁割器的制造要求。在完成了全部3D 建模以及建模切片以后，便对刀具的FDM 打印，选择打印材料PLA。PLA 是一种生物降解材料，也称聚乳酸，其环保无污染，具有一定的机械加工性能，能够胜任大部分合成塑料的用途，并且较高的经济性让它成为首选材料。

3 效果

在经过实验，理论论证，专业设计，加工制造等一系列工作之后，将制造出来的成品带回烟厂车间，让修理工对刀具的具体使用情况进行现场效果验证。在初步了解使用方法后，修理工便对皮带裁割器进行操作，使用后发现新的工具定位方便、简单，可以站着进行裁割，不需要多名人员配合，即使单人操作也完全胜任。而且再没有以前那种拿着非专业刀具裁割时让前方人员躲开的情况，安全性有了很大提升，通过对一条现有皮带进行裁割数据统计得出，现有的新工具裁割速度可以达到0.05 m/s，提升巨大。

裁割器定位方便，裁割后皮带边缘整齐没有毛边，裁割皮带宽窄自由，直线度非常高，二皮带边缘的直线度，影响着机器运转时是否会发生皮带边缘磨损的情况，皮带边缘的磨损所产生的残屑会掉入烟丝中，从而造成工艺质量事故。裁割皮带工具所导致的直线度从此次课题改进后得到了大幅提升。

当企业团队有突破创新想法时，或遇到设备零件突然损坏且备件不足的紧急情况时，应通过新技术去解决。目前，3D FDM、3D SLA、3D SLS 和DPL 技术在航空、电气、医疗、建筑等领域大举应用、大举推广创新的趋势下，也应创新永无止境，在创新实物的同时也应着眼于创新技术。

文中烟用皮带裁割器专利号：ZL201820281463.3。