用于纤维纸的压花子母辊的制作方法

本实用新型属于香烟加工技术领域，具体涉及一种纤维纸滤棒的加工装置。

背景技术：

香烟严重地危害人类的健康，但是很多烟民却离不开它。现有香烟滤棒的滤芯一般都是采用醋酸纤维或聚丙烯纤维组成。但由于这些含有纤维的滤芯直接与人体的嘴唇相接触，最近有媒体报道，纤维特别是聚丙烯纤维可能会随着卷烟的抽吸进入人体，并对人体健康造成损害。随着消费者对于健康的不断追求，以醋酸纤维为主的经由化学物质制备得到的滤嘴因为非天然性特点逐渐受到抵触。

为了减小香烟中烟碱、一氧化碳、烟焦油等有害物的影响，中国专利“一种烟草纤维纸质滤棒及其制备方法(201210588881.4)”公开了一种采用天然纤维纸来代替醋酸纤维(化学纤维)制作滤棒的方法，具有天然材质、对烟气截留效率较高，且纸质滤嘴更易降解等优点。但是这种滤棒存在的问题是由于改变了滤棒的材料，导致香烟的吸阻性与传统的醋酸纤维香烟嘴滤棒不同，限制了其推广应用。

技术实现要素：

本实用新型提出了一种用于纤维纸的压花子母辊，在滤棒制作过程中将纤维纸进行横向、纵向纤维定量切断、挤压定型压纹，使得制备的纤维纸滤棒吸阻性与传统的醋酸纤维香烟滤棒相同。

本实用新型的技术方案如下：

用于纤维纸的压花子母辊，包括独立驱动且相向转动的母辊和配对的子辊，母辊和子辊的外圈加工有若干垂直于旋转轴线的三角槽，且母辊的三角槽和子辊的三角槽凹凸配对并保留容纳纸张的间隙。

上述用于纤维纸的压花子母辊中，子辊和/或母辊的三角槽表面镶嵌有若干凸点。

上述用于纤维纸的压花子母辊中，三角槽的顶角为50-60°，三角槽高度为1-2mm，间隙为0.02-0.1mm。

上述用于纤维纸的压花子母辊中，母辊和子辊为空芯轴结构，内部安装了加热棒，并与外部的温控装置电联接。

上述用于纤维纸的压花子母辊中，母辊和子辊两个轴端分别设置有可拆卸更换的轴肩，轴肩的直径大于压花部分的轴体外径。

上述用于纤维纸的压花子母辊中，母辊和子辊的同一端设置有横纹标记。

上述用于纤维纸的压花子母辊中，母辊和子辊为铸青铜辊或钢辊。

上述用于纤维纸的压花子母辊中，压花子母辊的底座支撑在液压缸上，液压缸设置有压力调节阀。

上述用于纤维纸的压花子母辊中，压花单元顶部通过滑块设置有压力传感器。

本实用新型具有的有益技术效果如下：

一、本实用新型中采取一种特殊压纹技术，使长纤维纸张或者涂布过活性炭或其他香料的长纤维纸张，通过子母辊的压花装置，定量切断部分纵向和横向的纸张纤维，挤压定型生产的长纤维纸代替现在香烟嘴棒使用的醋酸纤维，制作成香烟嘴棒的吸阻性与原来相同，且对烟的有害物质吸附性增强，从而大大降低了烟的损害性。经过测试对烟燃烧后30多种有害物质进行吸附可使滤嘴香烟的焦油量、烟碱量降低50％以上，从而使抽烟人因抽烟所受健康损害程度大幅降低，另外，因天然纤维纸的价格远远低于醋酸纤维，从而降低了成本，提高了经济效益。

二、本实用新型的压花装置采用子母辊压花结构，辊子表面设置有互相匹配的三角槽结构，且其中至少一只辊子的三角槽表面嵌有凸起结构，实现了70％左右的横向纤维和20％左右的纵向纤维的切断；同时在子辊和母辊的轴端设置有轴肩结构，轴肩比轴体压花部分的外径略大，运转时轴肩部分贴合，实现了压花部分的间隙恒定，确保了对纤维压花的切断的均匀性和一致性。

三、本实用新型子母辊结构的下部依靠液压缸支撑，上部安装有压力传感器，并通过控制单元实现了压力传感器对液压缸支撑力的反馈，确保了压花过程中子母辊对纤维纸张的压力恒定，提高了对纤维压花的切断的均匀性和一致性，确保了最终产品的吸阻性一致。

四、本实用新型的轴肩为可拆卸结构，通过更换不同直径的轴肩，实现了母辊和子辊之间的间隙调节，适应了不同厚度纸张纤维的切断，确保了滤棒的吸阻性。

五、本实用新型在子辊和母辊的轴端或者轴肩上设置了横纹标记，在子母辊子辊和母辊加工完毕后，按照横纹标记进行配对安装，然后进行相互运转磨合，在每次维修或更换轴肩时，只要按照横纹标记进行子辊和母辊的安装，即可确保子辊和母辊在周向方向上不会错位，确保了对纤维切断的一致性。

六、本实用新型的母辊和子辊均为空心结构，在母辊和子辊内部设置加热棒的目的是保证压花过程中纸张的温度恒定，纸张在压花之前进行了加热定型，在压花过程中通过子母辊的熨平作用，实现了二次热定型，这样在压花装置参数不变的情况下，加上纸张纤维材料本身温度环境的一致性，确保了压花后产品的一致性。

七、本实用新型的子辊和母辊采用两种不同硬度的钢制成，经过空转磨合可使得二者运转良好，确保了产品的一致性。子辊和母辊也可以均采用铸青铜材料，在碰到纤维纸张上的砂砾等硬杂质时，不会划伤局部纤维纸张，影响到该批次产品的加工。

附图说明

图1为本实用新型香烟滤棒纤维纸压花机的组成示意图；

图2为本实用新型压花单元的结构示意图；

图3为本实用新型子母辊的三角压花结构意图；

图4为本实用新型子母辊的三角压花结构及凸起结构示意图；

图5为本实用新型压花结构压力控制原理示意图；

图6为本实用新型压花后的纸张纹路示意图。

图7为本实用新型张力控制装置的原理示意图；

图8为本实用新型张力控制装置中大小齿轮啮合示意图；

图9为本实用新型张力控制装置中力矩平衡原理示意图；

图中：1—放卷单元；2—加热单元；3—压花单元；4—收卷单元；5—纸张；6—转辊；11—放卷轮；12—张力传感器；13—纠偏装置；21—加热器；22—吸尘装置；25—张力控制单元；41—收卷轮；42—浮辊单元；301—母辊；302—轴肩；303—加热棒；304—机架；305—支撑架；306—轴端；307—横纹标记；308—轴承；309—轴承座；311—子辊；313—凸点；315—带轮；316—传动带；321—液压缸；322—压力传感器；323—滑块；401—纸张前进方向；402—纵向压花纹；701—主动辊；702—驱动电机；703—小齿轮；704—大齿轮；705—气缸；706—活塞杆；707—摆杆；708—摆辊；709—电位器；710—控制中枢；711—储气罐；712—电位器转轴；715—上转辊；716—下转辊。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的香烟滤棒纤维纸压花机包括控制单元和沿纸张5运动方向依次设置的放卷单元1、加热单元2、压花单元3、收卷单元4，以及若干只的支撑纸张5的转辊6。

一、放卷单元1

放卷轮11在磁粉制动器作用下使得纤维纸张5展开，在纤维纸张5上设置有张力传感器12，张力传感器12与放卷单元1的磁粉制动器形成闭环控制，确保纸张5的张力保持恒定，且张力可以人为设定。在纸张5的放卷单元1位置处还设置了纠偏装置13，采用红外线检测头检测，实现纸张5运行中间过程纠偏，保证纤维纸张5压花时位置保持一致。

二、加热单元2

加热部分采用热风吹向纸张5表面加温，加热器21将电能转换为热风，加热温度为PID(比例-积分-微分控制器)自动控制，根据需要在一定范围内设定温度。在压花前进行恒温加热的目的在于对纤维纸张进行高温变形和定型，保持了纤维压花的一致性，最终确保了纸张压花后制成滤棒的吸阻性能。加热温度一般在50-80度，根据纤维纸的特性而定，采用功率为数千瓦的红外线加热方式。此外为了实现纤维纸张的清洁，确保压花质量，在加热单元2与吹风单元对应的位置处设置了吸尘装置22，在纸张加热膨胀的条件下，加上吹热风条件，使得纸张中的大部分灰尘浮出，故在出口处安装吸尘装置22，可最大限度的清洁纤维纸张5，确保辊轮的寿命和产品的质量。

加热定形完毕后立即进入下一步压花流程。

三、压花单元3

现有压纹技术是将材料表面变形或材料纤维变形、拉伸，加工中存在纤维的变形不一致影响到滤嘴的吸阻性。

如图2-6所示，本实用新型的压花单元3采用旋转子母辊压合结构，包括母辊301和与母辊配对的子辊311，二者在各自传动装置的驱动下相向转动，实现大卷纸张的压花。其中传动机构可采用图2所示的带轮315和传动带316，优选使用无噪音及同步性能较好的同步带传动系统，也可以采用其他的齿轮传动等方式。

母辊301和子辊311的外圈加工有若干垂直于旋转轴线的三角槽，且母辊301的三角槽和子辊311的三角槽凹凸配对，之间形成容纳纸张5的间隙，图4中母辊和子辊的直径约为200mm，三角槽的顶角θ为50-60°，三角槽的高度b为1-2mm，子辊和母辊运转时的配合间隙a为0.02-0.1mm，与纤维纸张的厚度相匹配；在母辊三角槽表面镶嵌有若干凸点313，凸点313的尺度约为0.1mm，该若干凸点313也可以设置在子辊311上，或者子辊311和母辊301上均设置有凸点313。

压花后的纸张5如图6所示，在沿纸张前进方向401上形成了若干纵向压花纹402，这是由于纤维纸张被子辊或母辊的三角顶尖压制形成，由于辊子表面的三角槽多而且密，经第三方实验室检测，会有70％左右横向纤维被切断；同时三角槽表面镶嵌有凸点313，这些凸点会将纸张纤维在纸张前进方向401的纵向方向20％左右的纤维被切断，图6中未画出。最后切断后的纤维纸被机器折叠成纤维棒，外部加上纸筒，制成过滤嘴。纸张纤维的切断率则保证了香烟的吸阻性。

为了保持整卷纸张制成烟嘴后吸阻的一致性，则要求压花后的纤维纸膨胀率一致，而且压花的参数保持一致，如图2所示，母辊301和子辊311为空芯轴结构，在空心轴内部安装了加热棒303，并与控制单元的温控装置电联接；母辊301和子辊311的轴端306固定在轴承308上，轴承308外部设置有轴承座309，加热棒303则依靠支撑架305固定在机架304上；工作中轴承308的内圈和母辊301和子辊311一起转动，加热棒303和支撑架305则保持不动。在母辊301和子辊311内部设置加热棒的目的是保证压花过程中纸张的温度恒定，纸张在压花之前进行了加热定型，在压花过程中通过子母辊的熨平作用，实现了二次热定型，这样在压花装置参数不变的情况下，加上纸张纤维材料本身温度环境的一致性，才能确保压花后产品的一致性。加热棒303的加热温度与前面加热单元2的温度保持一致，一般在50-80度，根据纤维纸的特性而定。

图2中，在母辊301和子辊311的两个端部分别设置轴肩302，轴肩302的目的控制子辊311和母辊301压花部位的间隙，轴肩302比轴体压花部分的外径略大，压花运转时母辊301和子辊311的无间隙贴合转动，这样实现了压花部分的间隙恒定，确保了对纤维压花的切断的均匀性和一致性；轴肩302为可拆卸结构，可采用紧配合或者螺钉联接等方式套在母辊301和子辊311的两个端部，根据不同厚度的纤维纸，采用不同直径的轴肩302。

图2中在母辊301的一个端部加工有横纹标记307，与该横纹标记307相对应的子辊311上的同样位置处也设置有横纹标记307，运转时母辊301的横纹标记307正好与子辊311上的横纹标记307空间位置重合，其目的在于维修及更换轴肩302时提供子辊311和母辊301之间的配对安装定位记号。在每次维修或更换轴肩302时，只要按照横纹标记307进行子辊和母辊的安装，即可确保子辊和母辊在周向方向上不会错位，确保了对纤维切断的一致性。

由于要加工的纤维纸张5很薄，加之子母辊的三角槽尺寸很小，且三角槽表面布有凸点313，因此母辊301和子辊311加工完毕后需要事先进行运转磨合然后才能正式投入生产。其目的在于将三角槽加工的毛刺去掉，同时使得凸点313与相对应的摩擦部位进行运转磨合，确保整个平面内的纸张能得到均匀的压花。空转磨合的时候，按照横纹标记307将母辊301和子辊311对位装配后，然后开启子母辊传动装置，在空转的情况下进行运转磨合，也可以等运转磨合完毕后再在母辊301和子辊311刻上横纹标记307，以后无论是维修还是更换轴肩302后，都需要按照横纹标记307将母辊301和子辊311对位装配，以确保按照磨合好的周向位置进行装配，否则一旦安装时出现角度错位，则会出现加工中凸点313将纤维纸张撕裂或形成其他缺陷，影响到压花的一致性，最终到产品质量。

本实用新型的母辊301和子辊311可以采用铸青铜材料或者钢，采用铸青铜材料时，一旦纤维纸张上出现砂砾等硬杂质触碰至子母辊的凸点313时，该凸点313会因为脆性材料而导致崩掉，故不会划伤局部纤维纸张，影响到该批次产品的加工，但是长久使用后需要进行辊轮的更换；当采用钢材料时，为了满足磨合需要，通常加工有凸点313的辊轮需要进行热处理增加其硬度，而与之配对的另一只不含凸点313的辊轮不需要进行热处理，在空转磨合时硬度较高的辊轮会对另一只辊轮进行摩擦和施压，使其变形，最终达到磨合的目的，使得两只辊轮配合良好，保证加工产品的质量。采用钢材料的优点是二个辊轮依靠硬度差磨合较好，但是当凸点313碰到纤维纸张上的砂砾等硬杂质时，凸点313会变形，甚至变为钩刺，加工中拉伤纤维纸张，影响到局部产品的质量，比较适用于杂质较少的纤维纸张加工。

作为一种优选方式，如图5所示，子母辊的底座安装在液压缸321上，其顶部通过滑块323设置有压力传感器322，控制系统通过压力传感器322监测子母辊施加在纤维纸张5上的压力，并实时反馈至液压缸321上形成闭环控制，通过调节两个液压缸的液压调节阀，使得纤维纸张5在压花中施加的压力保持一致，这样以来加上前述的加温单元和带加热的子母辊结构，使得加工中纤维纸张的温度保持恒定，在压力和温度均保持恒定的情况下，可确保压花的一致性，最终确保了香烟的吸阻性保持一致。

压花完成后，可以直接与滤棒成型机联机对接生产，也可以先收卷后再进入滤棒成型机生产。

四、张力控制单元

张力控制的目的是确保纤维纸张5在加工过程中或收卷过程中的张力恒定和变形量一致，确保了纸张压花后制成滤棒的吸阻性能。

如图7-9所示，本实用新型的张力控制单元25包括主动辊701、大齿轮704、摆杆707、摆辊708、气缸705、电位器709和控制中枢710。平时工作时，纸张5沿主动辊701、上转辊715、摆辊708和下转辊716的示意方向顺序前进，主动辊701依靠电机702驱动，或者由电机通过同步带驱动主动辊701转动。核心部件是一根沿垂直方向的摆杆707，摆辊708则固定在摆杆707的下端。摆杆707的上端与大齿轮704固联在一起，并可沿大齿轮704的轴心摆动；气缸705固定在支架上，气缸705的活塞杆706通过活动铰链固定在摆杆707的中部，随着摆杆707的摆动活塞杆706伸缩。

大齿轮704的对应位置上安装有电位器709，电位器转轴712的轴头安装有小齿轮703，大齿轮704和小齿轮703参数匹配并相互啮合，当摆杆707摆动时，带动大齿轮704转动一个较小的角度，同时带动小齿轮703转动一个较大的角度，引起电位器709的电阻变化。

小齿轮703、大齿轮704和摆杆707的作用是一个角度放大并测量的作用，摆杆707的微小变化角度，经过大小齿轮的放大作用，反映在电位器709的电阻变化上。

如图7所示，实际工作时，纸张的张力会作用至摆辊708形成对摆辊的拉力F2和F3，而气缸在负压工作时会对摆杆707产生F1拉力，其中F1和F2、F3方向相反。在平衡状态时，摆杆707垂直向下时，F1和F2+F3保持力矩平衡，这时记录电位器709的电阻参数为R，一旦纸张5的张力突然变大，即F2+F3变大，则摆杆707上的力矩平衡破坏，摆杆707绕转轴逆时针转动，偏离垂直位置，同时经过大小齿轮的角度放大后，电位器709的电阻R变化，假设电阻R变大，则控制中枢710根据电阻R的增大幅值调节电机702的输入电参数，使得电机702的输出转速增大，主动辊701随之也转速增加，在增加的瞬间更多的纸张5被释放至摆辊708上，则摆辊708在F1的拉力作用下会克服F2和F3的作用恢复至平衡位置，同时电位器709的电阻恢复为R，控制中枢710会驱动电机702的输出转速恢复至常规参数，从而保持纸张的张力恒定。反之亦然，也就是说张力的变化均通过摆杆和大小尺寸的角度放大作用后，反馈至电位器阻值的变化，进一步通过调节驱动电机的转速进行补偿，使得纸张的张力始终保持恒定。

需要说明的是，本实用新型的气缸705与储气罐711相连通，储气罐711的输出压力F1可通过控制中枢710改变调压阀门的参数实现压力的改变，满足不同纸张张力的需要。此外，由于大齿轮704转动的角度有限，也可以采用半齿轮结构；气缸705采用低摩擦气缸，活塞移动中阻力可忽略。整个压花机构设置了若干组张力控制机构，分别用于压花前、收卷前等多个环节的张力控制。

五、收卷单元4

长纤维纸经过特殊的压纹后纵向横向纤维相挡部分已压断，要求收卷不能影响其纤维变形及纸的密度，否则会影响香烟嘴棒的吸阻性，故收卷部分结构为中心驱动及表面驱动两部分组成，包括收卷轮41和表面浮辊单元2，即使收卷直径到1.2m时，也可确保不影响其纤维变形，香烟嘴棒的吸阻性稳定。

下面给出具体的实施例：

本实用新型用于某烟厂的滤嘴加工，加工中纤维纸宽度为220mm的特种长纤维纸的掺杂活性炭材质，加热单元的加热温度为60°，子母辊的直径200mm，材料为锡青铜辊，最终实现了纤维纸的压花，经检测，香烟的吸阻性与原有的醋酸纤维保持一致，但焦油量、烟碱、一氧化碳等有害成分降低50％以上。