異形煙包六面整形裝置的設(shè)計(jì)

鐘龍圣，廖艷培

廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司梅州卷煙廠，廣東省梅州市梅江區(qū)環(huán)市北路 514011

為滿足消費(fèi)者對(duì)卷煙產(chǎn)品的需求，各卷煙生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品包裝上進(jìn)行了大量的改革創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)了許多形狀各異的異形煙包，以提升市場(chǎng)占有率［1-2］。小盒煙包透明紙熨燙整形是煙包外觀包裝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)［3］，經(jīng)過(guò)整形裝置加工后的煙包，外表面平整美觀，滿足了卷煙工藝要求［4-5］。但由于異形煙包尺寸的特殊性，ZB43等包裝機(jī)組使用的CH 盒外透明紙包裝機(jī)整形器無(wú)法對(duì)其進(jìn)行整形加工［6-7］，只能采用人工熨燙整形方式進(jìn)行處理，效率低，耗時(shí)耗力，且無(wú)法保證產(chǎn)品包裝品質(zhì)。目前對(duì)于煙包整形已有較多研究和改進(jìn)，廖艷培等［8］通過(guò)增加冷卻吹風(fēng)裝置，解決了整形過(guò)程中因煙包溫度過(guò)高而產(chǎn)生錯(cuò)位粘連問(wèn)題；董世謙［9］通過(guò)改進(jìn)烙熱板尺寸，有效解決了FOCKE 350包裝機(jī)組煙包側(cè)邊封接粘連和起皺問(wèn)題；郭紅廣［10］采用加長(zhǎng)烙熱板部件搖桿、增大烙熱板運(yùn)動(dòng)幅度、減少加熱頻次等方法，改善了FOCKE 350包裝機(jī)組小盒整形裝置的“擠煙”現(xiàn)象。但對(duì)于異形煙包透明紙整形的研究較少。為此，基于原CH盒外透明紙包裝機(jī)煙包整形器的工作原理，設(shè)計(jì)了異形煙包六面整形裝置，以提高異形煙包透明紙的整形效率和產(chǎn)品包裝品質(zhì)。

1 系統(tǒng)組成

普通小盒煙包的外形尺寸為88 mm×56 mm×24 mm，其內(nèi)部煙支排列為7+6+7，而異形煙包的外形尺寸為90 mm×85 mm×19 mm，其內(nèi)部煙支排列為10+10。目前包裝機(jī)組中使用的CH 煙包整形器入口通道尺寸約為88.5 mm，無(wú)法滿足異形煙包外形尺寸的要求，而且CH煙包整形器只能對(duì)小盒煙包的上下兩平面進(jìn)行整形加工，不能加工其他4個(gè)側(cè)面。

為解決該問(wèn)題設(shè)計(jì)的異形煙包六面整形裝置主要由短側(cè)面整形裝置、皮帶輸送機(jī)、長(zhǎng)側(cè)面整形裝置、控制系統(tǒng)和平面整形裝置等部分組成，見(jiàn)圖1。其工作流程為:異形煙包經(jīng)透明紙包裝機(jī)輸送帶進(jìn)入短側(cè)面整形裝置1，完成短側(cè)邊整形加工；隨后經(jīng)皮帶輸送機(jī)2進(jìn)入長(zhǎng)側(cè)面整形裝置3，完成長(zhǎng)側(cè)邊整形；最后進(jìn)入平面整形裝置5，完成上、下兩個(gè)平面整形。整形裝置的烙熱板由PLC 控制，能夠根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)閉合或斷開(kāi)。

圖1 異形煙包六面整形器結(jié)構(gòu)圖

（1）短側(cè)面整形裝置位于包裝機(jī)出口位置，由支座、側(cè)面烙熱板、傳感器、溫度控制器、氣缸和防護(hù)板構(gòu)成，見(jiàn)圖2。異形煙包完成透明紙包裝后，經(jīng)過(guò)原機(jī)傳送帶進(jìn)入短側(cè)面整形裝置，兩個(gè)短側(cè)面烙熱板由PLC 控制氣動(dòng)元件（電磁閥、氣缸）實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)異形煙包的短側(cè)面進(jìn)行整形加工。長(zhǎng)側(cè)面與短側(cè)面整形裝置結(jié)構(gòu)相似，位于皮帶輸送機(jī)中間位置，同樣由PLC 控制氣動(dòng)元件整形加工煙包的長(zhǎng)側(cè)面。

圖2 煙包短側(cè)面整形裝置結(jié)構(gòu)圖

（2）平面整形裝置由傳動(dòng)部件、齒輪箱、傳動(dòng)軸、上下烙熱板、氣缸、上下連桿、門(mén)組件和檢測(cè)器構(gòu)成。在運(yùn)行過(guò)程中，采用齒輪、槽凸輪和連桿控制上下烙熱板，使其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與原機(jī)同步。由PLC控制氣動(dòng)元件，推動(dòng)烙熱板工作。工作時(shí)，上下平面烙熱板為熱板狀態(tài)；停機(jī)時(shí)，上下平面烙熱板為冷板狀態(tài)，以避免煙包受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而影響產(chǎn)品品質(zhì)。

（3）皮帶輸送機(jī)由機(jī)架、毛刷、輸送帶和傳動(dòng)部件構(gòu)成，位于短側(cè)面整形裝置的出口處，用于輸送異形煙包完成長(zhǎng)側(cè)面和上下平面的整形加工。皮帶輸送機(jī)上安裝有兩個(gè)毛刷，前端毛刷安裝角度為45°，主要用于緩沖煙包，實(shí)現(xiàn)煙包90°旋轉(zhuǎn)輸送。

（4）控制系統(tǒng)與上述裝置的驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)開(kāi)關(guān)、傳感器連接，采用PLC 作為控制核心，其工作狀態(tài)與原機(jī)同步，可靠地完成系統(tǒng)位置檢測(cè)和動(dòng)作控制。通過(guò)觸摸屏顯示，系統(tǒng)可提供設(shè)備運(yùn)行情況、溫度狀態(tài)、設(shè)備故障等信息，并可在屏幕上操作和閱讀程序。

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 電氣控制

電氣控制系統(tǒng)主要由1個(gè)PLC控制器、4個(gè)二位五通電磁閥和1 個(gè)三位四通手柄閥組成，見(jiàn)圖3?？刂齐娐泛蜌饴夫?qū)動(dòng)9 個(gè)氣缸自動(dòng)完成煙包六面整形（兩短側(cè)面、兩長(zhǎng)側(cè)面、上下兩平面）和推煙包等功能。在生產(chǎn)過(guò)程中，在包裝機(jī)推板的盡頭位置，安裝有一個(gè)光電接近開(kāi)關(guān)，推板每推動(dòng)一次小盒煙包，光電接近開(kāi)關(guān)得到一個(gè)脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)PLC 控制二位五通電磁閥D 動(dòng)作（動(dòng)作時(shí)間可根據(jù)需要調(diào)整），從而驅(qū)動(dòng)雙作用氣缸運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)小盒煙包整形和推煙包動(dòng)作。其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與原機(jī)同步，可以滿足ZB43包裝機(jī)組額定生產(chǎn)能力60 包/分鐘的要求。

圖3 異形煙包六面整形器電氣控制原理圖

2.2 溫度控制

系統(tǒng)采用歐姆龍TC101 溫控模塊、PWS6600觸摸屏、鉑電阻PT100 對(duì)發(fā)熱管（110 V×300 W）進(jìn)行加熱控制。其中，TC101 溫控模塊具有兩個(gè)獨(dú)立的控制回路，每個(gè)控制回路根據(jù)設(shè)置點(diǎn)（在觸摸屏上設(shè)定）獨(dú)立加溫?？刂苹芈返募訜嶂芷跒? s，如果發(fā)熱管低于設(shè)定溫度，發(fā)熱管輸出增加。通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能設(shè)置PID 參數(shù)，控制發(fā)熱管的振幅和周期，使發(fā)熱管溫度保持穩(wěn)定，從而達(dá)到最佳的溫控效果。當(dāng)鉑電阻出現(xiàn)接觸不良或斷路，以及烙熱板溫度達(dá)到高溫報(bào)警溫度時(shí)，直流繼電器Q1斷電，加熱主回路交流電源斷開(kāi)，使ZB43包裝機(jī)組停機(jī)，避免出現(xiàn)煙包整形品質(zhì)問(wèn)題。為更換方便，發(fā)熱管和鉑電阻采用了前置安裝方式。

2.3 烙熱板移動(dòng)速度

將ZB43 包裝機(jī)組的小包脈沖信號(hào)與PLC 的輸入點(diǎn)連接，反饋到程序進(jìn)行運(yùn)算比較。當(dāng)包裝機(jī)組實(shí)際速度低于設(shè)定值時(shí)，PLC輸出信號(hào)，電磁閥一端得電，驅(qū)動(dòng)氣缸動(dòng)作，使烙熱板移出，進(jìn)入冷板工作狀態(tài)，避免了由于熨燙時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而燙壞煙包。

2.4 故障停機(jī)保護(hù)

異形煙包六面整形器安裝有3 個(gè)傳感器S1，S2和S3，分別用于長(zhǎng)、短、平面整形裝置進(jìn)口位置煙包堵塞檢測(cè)、故障處理時(shí)停機(jī)保護(hù)和防護(hù)門(mén)安全檢測(cè)。將PLC-CQM1H 的C1 各個(gè)COM 端與CH 機(jī)的3S212 進(jìn)行串接，當(dāng)傳感器S1，S2，S3 任何一處出現(xiàn)異常信號(hào)時(shí)，PLC 輸入觸電將獲得該異常信號(hào)，輸出點(diǎn)C1 與COM 端斷開(kāi)，使ZB43 包裝機(jī)組發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。另外，烙熱板外部加裝有防護(hù)板，以防止人員燙傷。

3 應(yīng)用效果

異形煙包六面整形裝置的使用，有效提高了煙包整形效率，實(shí)現(xiàn)了異形煙包透明紙整形加工工序的自動(dòng)化，滿足了ZB43包裝機(jī)組額定生產(chǎn)能力60 包/分鐘的要求，消除了小盒煙包透明紙松弛、疲軟、折皺等缺陷，缺陷煙包剔除量由改進(jìn)前的27 包/班次降低為4 包/班次，保證了卷煙產(chǎn)品品質(zhì)。

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