全自动平面口罩机质量状况分析

卢文东 曾爱平 李志宏

摘要：佩戴口罩是目前人民群众预防新型冠状病毒的主要途径之一，口罩生产设备的质量直接关系到口罩的产能、质量和生产安全。介绍了新冠疫情以来口罩机行业的现状，并结合全自动平面口罩机的结构特点，对其使用性能和机械安全的质量状况进行分析;指出在使用性能方面，主要存在口罩片滚切不齐、多切、少切、斜切、鼓形切边、波浪切边及耳带错焊、漏焊、耳带纠缠等问题;在机械安全方面主要存在不符合机械安全通用标准的情况;同时分析了造成这些问题的主要原因并提出了改进建议。为口罩机行业的生产提供借鉴和参考，以提高这类设备的整体质量水平。

关键词：口罩机;使用性能;机械安全;质量问题

中图分类号：TS103. 7文献标志码：A文章编号：1009-9492（2021）12-0294-04

Quality Analysis of Automatic Flat Mask Machine

Lu Wendong ，Zeng Aiping ，Li Zhihong

（Guangdong Testing Institute of Product Quality Supervision， Foshan， Guangdong 528300， China）

Abstract： Wearing masks is one of the main ways for the masses to prevent New Coronavirus. The quality of the mask production equipment was related to the productivity， quality and safety of the mask. The present situation of the mask machine industry in COVID-19 was introduced comprehensively， and the quality of its performance and mechanical safety was analyzed according to the structural characteristics of the automatic flat mask machine. It was pointed out that in terms of service performance， there were mainly some problems， such as uneven rolling cutting， more cutting， less cutting， oblique cutting， drum cutting， wave cutting， wrong welding， missing welding and entanglement of ear belt. In terms of mechanical safety， there were mainly cases that did not meet the general standards of mechanical safety. At the same time， the main causes of these problems were analyzed and improvement suggestions were put forward. It provides reference for the production of mask machine industry， so as to improve the overall quality level of this kind of equipment.

Key words： mask machine; service performance; mechanical safety; quality problem

0 引言

2020年新冠肺炎疫情發生以来，因佩戴口罩能有效阻断病毒通过飞沫等途径传播，导致口罩供不应求，市场急需口罩生产设备，出现因口罩紧缺引发口罩机械需求剧增而导致设备质量良莠不齐的局面[1-3]。口罩机在今年新冠肺炎疫情爆发之前属于机械产品中的小众专用设备，全国的生产企业较少，不超过100家，老牌的口罩机生产企业主要集中在广东省东莞市。疫情爆发后，因口罩需求量剧增，致使口罩机供不应求，口罩机产业被推上了风口浪尖，国内大量机械企业盲目上马生产半自动口罩机和全自动口罩机，导致产品质量参差不齐，又因该设备目前暂无国家或行业产品标准，行业乱象逐渐呈现，给产品的监管带来了较大的困难，有关口罩设备的质量纠纷也频繁发生，造成了不良的社会影响。

目前国外已基本不生产口罩设备，行业上针对口罩机设备的使用性能和机械安全的研究相对较少，由于仓促上马，国内很多企业口罩机的性能、工艺和安全要求缺乏深入的了解。本文全面介绍了国内口罩机设备的行业现状，结合全自动平面口罩机的结构特点，指出设备存在的使用性能问题和机械安全问题，并分析了造成这些问题的原因，同时提出了一些改进建议，为口罩机行业的生产和发展提供有益的借鉴和参考。准确掌握该类设备的质量现状，明确口罩机设备的发展方向和技术路线图，便于进一步发展和巩固我国口罩机设备的优势地位，强化我国口罩机制造基地的地位，实现国产口罩机产品质量整体提升，推动产业转型升级，为产品质量提升向行业提供全面的指导。

1 全自动平面口罩机设备行业现状

新冠肺炎疫情发生以来，通过深入地调研，发现口罩机设备行业现状主要体现在如下几个方面。

（1） 口罩机工作精度差，稳定性问题突出

口罩机企业，尤其是疫情期间转产生产的口罩机，生产的口罩耳带长短不一、耳带焊接点偏离，部分设备工作不到2 h就要停机检修，严重地影响了口罩企业的生产安排。

（2） 口罩机产能虚标

实际产能远低于宣称产能，造成口罩生产企业对生产能力的误判，或导致交货延期。

（3） 超声波焊接机、气缸等重要部件质量良莠不齐

疫情发生后，市场对口罩机的需求日益加大，超声波机、气动元件是口罩机上的重要零部件，市场一度出现供不应求的情况，受需求市场的驱使，很多新办企业开始仓促生产这些零部件，导致质量无法把控，零部件质量问题严重影响了口罩机的质量和生产效率。

（4） 口罩机设备调试人员紧缺，调试问题频发

口罩机设备的大部分企业是转产企业，专业的调机人员少之又少，所以只能摸着石头过河，自己摸索调试经验，设备调试时间需几个小时到几天不等。而下游的口罩企业大多也是新办企业，对操作设备缺少经验，在生产过程中更换不同的鼻梁条、无纺布后需重新调整设备时，一旦调整不了就会觉得设备有问题，而口罩机设备生产方由于生产紧张也没办法派出专业人员去客户现场调试，造成设备使用方和生产方在设备调试的问题上产生了不少争执纠纷。

（5）口罩机生产企业履约能力欠缺

设备调试不到位，更有企业设备出厂不包调试，口罩生产企业收到设备后还需要调试多日，或另请人员调试并支付昂贵费用。有的口罩企业调试不了，只好另外再购买单机，通过“人海”战术解决自动生产问题，这额外增加了口罩生产的人力成本。

2 全自动平面口罩机实物质量分析

口罩机是将多层无纺布通过热压、折叠成型，超声波焊接，废料切除，耳带鼻梁条焊接等工序制造出具有一定过滤性能的各种口罩，口罩设备不是单台的机器，它需要多台机器的配合完成各种不同的工序。市场较流行的口罩设备包括杯型口罩机、无纺布平面口罩机、折叠型口罩机、鸭嘴型口罩机、立体防尘口罩机等。全自动平面口罩机主要由布料送料机构、鼻梁条送料机构、平面口罩成型机构、耳带焊接机构、输送机构、电气控制系统等部分组成，用于对平面口罩进行成型、耳带焊接等加工。设备外形图如图1所示，加工工序如图2所示。

2. 1 全自动平面口罩机设备使用性能分析

2. 1. 1 设备主要存在的问题

全自动平面口罩机主要由口罩成型部分和耳带焊接部分组成，在调研中发现，设备在生产过程中，口罩成型部分主要存在口罩片滚切不齐、多切、少切、斜切、鼓形切边、波浪切边等问题，同时偏移量大小随机出现，无法通过调节设备达到稳定生产，耳带焊接部分主要存在错焊、漏焊、耳带纠缠等问题。

2. 1. 2 问题原因分析和改进建议

通过勘查设备的成型机构（图3）发现，设备的滚切位置调节装置通过单边螺纹调节辊轮上下运动来实现滚切位置的调整，调节完成后仅通过调节螺杆上的螺纹自锁来完成锁定，且为单边螺杆，由于生产过程中存在焊接与切割振动，以及布料在生产过程中存在张力的变化，设备结构又无法克服生产过程中振动以及布料张力的变化，使得布料在设备内部的张紧力无法保持稳定，存在松动，导致产品在焊接或切割时偏移，从而导致滚切偏移。同时，焊接辊、传动辊、剪切辊的位置锁紧装置仅有单螺母，这些锁紧装置因锁定不够容易出现松动，不利于设备的稳定生产[4-6]。建议在设备中增加布料张力控制装置和自动纠偏装置来克服以上现象。

通过勘查设备的耳带焊接机构（图4）发现，耳带焊接加工时，输送带上的料槽把待加工口罩移送至规定位置，因耳带焊接机构是固定在机身上的，焊接机构与口罩相对位置的准确性就显得特别重要，若口罩没有被送至正确的位置（如偏斜、离开料槽、鼓起），就会出现错焊、漏焊等现象。口罩的运动为间歇移动，速度越大，移动的加速度就越大，而口罩属于软体材质，重量轻，这就要求口罩移动时必须保持适当的固定，否则就可能会发生口罩偏斜、错位现象。现场勘查发现，输送带料槽两侧上方虽然分别装设了压条，但与口罩间无法保持穩定接触，导致口罩不能平稳输送到焊接工位。当生产速度较快时，增加了错焊、漏焊的发生率[7-9]。建议在设备的送料机构中增加压料装置，防止口罩在输送中出现偏移。

2. 2 全自动平面口罩机设备机械安全质量分析

2. 2. 1 设备主要存在的问题

因口罩机设备目前暂无国家或行业产品标准，参照机械安全通用标准 GB/T 5226. 1-2019《机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件》、 GB/T 23821-2009《机械安全防止上下肢触及危险区的安全距离》对全自动平面口罩机进行安全质量分析，发现主要存在6类项目不符合标准的情况，涉及电击防护、等电位联结、操作板和引入电源线端接法和切断开关、操作板和安装在机械上的控制器件、控制电路和控制功能、上下肢触及危险区安全距离[10-12]。

“电击防护”项目不符合标准主要体现在电箱门可轻易打开且不断电、没有将电机、风扇、变压器、控制面板等外露导电部件接到保护联结电路上，容易导致操作者出现直接触电危险和或间接触电危险，直接触电危险是指工作人员身体的任何部位直接接触设备的带电部位而导致电击;间接触电危险是指设备出现故障（如绝缘失效导致外壳带电）时工作人员身体的任何部位接触设备金属外壳而导致电击。

“等电位联结”项目不符合标准主要体现在：多根保护导线共用一个端子;保护导线没有用端子连接;黄绿色专用保护导线作他用等，这会降低设备接地的可靠性，导致在设备漏电时不能有效保护操作者。

“引入电源线端接法和切断开关”项目不符合标准主要体现在：静电消除装置、超声波装置采用单独电源供电;电源切断开关设在电箱内，不易接近等，这容易导致在需切断电源时，操作者无法及时切断设备电源，引起危险。

“操作板和安装在机械上的控制器件”项目不符合标准主要体现在操作位置没有设置急停器件，当机器出现故障或紧急状况时，操作人员无法迅速有效地切断危险动作的能量源，可能会导致设备损坏或人员伤亡。

“控制电路和控制功能”项目不符合标准主要体现在控制电源与交流电源没有使用變压器隔离，控制电路要求使用低压电路，若没有变压器将交流电源降压至安全电压，当操作器件漏电时，会存在触电风险。

“下肢触及危险及危险区安全距离”项目不符合标准主要体现在运动部件未设置防护装置，操作者的上下肢容易触及运动部件，造成机械伤害。

2. 2. 2 问题原因分析及改进建议

目前口罩机大多是机械企业从不同渠道获取口罩机图纸后转产生产的，企业有一定的机械加工、装配基础，因图纸原理类似，使得不同企业生产的口罩机，其整体外观功能比较统一，但属于图纸外的一些技术（如电箱配线技术），则企业各自按自有的技术和模式来生产，导致机械内部的质量水平参差不齐，其主要原因如下。

（1） 企业对标准不熟悉或缺乏正确的理解，不了解标准的详细要求，没有严格按标准要求进行设计和生产。

（2） 企业通常自身缺少检验设备及检测能力，对最终产品缺少有效的质量控制机制。

（3） 企业安全意识薄弱，为节省成本，减少安全方面的投入，导致设备安全防护不足、不全。

（4） 企业电气安装工人流动性大，人员素质参差不齐，在电气接线时往往仅注重功能要求而忽视电气安全，比如把只能用作保护接地的黄绿双色线安装在相线、控制线位置上，多根保护导线共用一个端子等。

建议按照机械通用安全标准在口罩机设备上规范设置开门断电装置、接地装置、急停装置和运动部件防护装置等机械和电气安全措施。

3 全自动平面口罩机的发展趋势

新冠疫情爆发后，国内口罩和口罩设备生产产能急速提升，但是口罩和口罩机设备都面临产能过剩的风险，高端产品仍相对紧缺[13]。未来的口罩机将向高速化、智能化发展，设备可实现放料、生产、包装一体化，生产过程更加稳定连贯、同时可对口罩的生产质量进行实时监控，及时发现并剔除这些不合格产品，生产过程清洁消毒保持干净卫生，以满足市场高质量需求。

3. 1 高速化

高速口罩机主要由口罩主体材料复合装置、鼻梁线施加装置、耳带施加装置、成品口罩理片输送装置等等部分组成，第一道工序就是将外层无纺布、中间熔喷布（过滤层）、内层无纺布复合为一体形成口罩主体材料，然后就需要将鼻梁线施加到口罩主体的指定位置上，然后需要将弹性耳带和弹性耳带施加到口罩主体的指定位置上，最后分切成单个的成品口罩。这种口罩机结构紧凑，性能稳定，自动化程度高，整机操作采用 PLC 自动控制，实现基材恒张力自动开卷，恒张力不间断换接料，自动剔废，自动纠偏，自动计数，自动切换取料通道等功能，生产速度可以达到1000片/min。

3. 2 智能化

柔性 AI 视觉全自动口罩机由机架、AI 系统、牵引机构、模切机构、视觉检测机构、翻边机构、焊接机构、整合机构、成型机构、上料机构组成，可通过设置视觉检测机构，自动检测口罩质量，可在生产中省略人工质检环节，同时提升产品质量，降低用工成本。

该口罩自动化生产一体机利用计算机视觉（ AI 人工智能）进行鉴别和操控，在 AI 系统的支持下，柔性 AI 视觉全自动口罩机可实现自动生产一体化，口罩的生产效率和产能因此显著提升，具体生产可做到集“过程质量检测、机器人管理（引导、定位、识别、信息采集）、自动化生产”于一体，辅以视觉检测设备，可更好地保证口罩生产质量，单机产量达120片/min ，在24 h 不间断生产情况下，单机口罩日产量超过13万片[14]。

4 结束语

本文全面介绍了新冠疫情以来口罩机行业的现状，并结合全自动平面口罩机设备的结构特点，对其使用性能和机械安全的质量状况进行分析，并提出一些改进建议，总结如下。

（1） 使用性能方面，全自动平面口罩机口罩成型部分主要存在口罩片滚切不齐、多切、少切、斜切、鼓形切边、波浪切边等问题，同时偏移量大小随机出现，无法通过调节设备达到稳定生产，耳带焊接部分主要存在错焊、漏焊、耳带纠缠等问题。其主要原因：滚切位置不齐是设备设计生产时没有整体考虑设备运行过程中布料张力变化问题，以及调节装置在运转过程中的不稳定，无法保证布料的始终张紧造成的;耳带错焊、漏焊、耳带纠缠是口罩在料槽中的位置发生偏移造成的。建议在设备中增加布料张力控制装置和自动纠偏装置，同时在送料机构中增加压料装置来克服上述现象。

（2） 机械安全质量方面，全自动平面口罩机主要存在6类项目不符合机械安全通用标准的情况，涉及电击防护、等电位联结、操作板和引入电源线端接法和切断开关、操作板和安装在机械上的控制器件、控制电路和控制功能、上下肢触及危险区安全距离。其主要原因是机械设备生产企业对机械通用安全标准不熟悉和缺乏正确的理解及安全意识比较薄弱等原因造成的，建议按照机械通用安全标准在口罩机设备上规范设置开门断电装置、接地装置、急停装置和运动部件防护装置等机械和电气安全措施。

口罩的生产经历了人工手动缝制到分散加工，再到全自动化生产线的过程，口罩机的结构也向着简单化、智能化、高产能的方向发展。建议生产企业把重点放在新一代的高速化、智能化口罩机的研制和生产上，这种设备使用伺服控制、自动纠偏、张力控制、柔性 AI 视觉等先进技术，自动化程度高、安全性好、使用性能更稳定。

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[14]曾繁昌， 谭思敏. 口罩机关键结构部件研究进展[J]. 机电信息，2020（20）：32-33.

第一作者简介：卢文东（1969-），广东兴宁人，大学本科，工程师，研究领域为机械产品检测。

（编辑：刁少华）