FOCKE-FX2 779條盒包裝機回收裝置的改進

唐 磊，段宇飛，李忠華，胡云成，何 祥，周若捷，王 熠

（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司紅河卷煙廠，云南彌勒 652399）

0 引言

FOCKE-FX2機組是德國FOCKE公司推出的新一代硬盒高速包裝機組，額定生產(chǎn)速度700包/min，主要由小盒包裝機（703）、小盒透明紙包裝機（753）和條盒包裝機（779）組成[1]。該機型采用高度集成化與自動化相結(jié)合的開放式數(shù)控系統(tǒng)TwinCAT控制系統(tǒng)[2]，使用雙軌包裝形式，具有伺服電機控制、高速運動原理設(shè)計、氣動制動器煙包制動和同步齒形帶傳動等技術(shù)特點，是目前國內(nèi)煙草工業(yè)企業(yè)在設(shè)備升級中選用的主要高速包裝機型之一，也是目前國際上最為先進的包裝設(shè)備之一[3,4]。

使用過程中，F(xiàn)X2機組存在單箱條盒消耗過高的問題，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，原因是FX2機組沒有無透明紙煙條回收功能造成（無透明紙煙條即尚未包裹透明紙的煙條）。為了不斷挖掘設(shè)備潛能，保障運行可靠性和質(zhì)量穩(wěn)定性，各工業(yè)企業(yè)針對同機型或類似機型展開了許多研究，如條煙透明紙整形裝置改進[5]、包裝材料改進[6,7]、條煙排出機構(gòu)改進[8]等，然而，對于無透明紙煙條回收裝置的研究尚未見報道。因此，在煙草企業(yè)大力推行精益管理、高質(zhì)量發(fā)展的背景下，對原機回收裝置進行結(jié)構(gòu)改進，增加無透明紙煙條回收功能，旨在為回收裝置功能多樣化和精益物耗控制提供一種方法，降低條盒紙材料的單箱消耗，同時也為相關(guān)功能的研發(fā)應(yīng)用提供參考。

1 回收裝置工作流程

FOCKE-FX2 779條盒包裝機的生產(chǎn)工藝流程由煙包輸入系統(tǒng)、煙條成型系統(tǒng)（轉(zhuǎn)塔1）、條盒紙輸送及上膠成型系統(tǒng)、透明紙及拉線供給切割系統(tǒng)、透明紙包裝成型與熱封系統(tǒng)（轉(zhuǎn)塔2）、煙條輸出系統(tǒng)等組成。其中，煙包輸入系統(tǒng)主要負責(zé)接收從上游機輸送過來的煙包。煙包由上、下2根輸送帶進行驅(qū)動輸送，在通道盡頭由2個輸入推子交替從2個軌道中推入轉(zhuǎn)運臺，然后由轉(zhuǎn)塔輸入推子將煙包組推入到轉(zhuǎn)塔1中，完成煙包的供給。

FX2條盒包裝機的回收裝置位于煙包輸入系統(tǒng)，主要完成小盒煙包的回收，由煙包料槽、煙包輸出推桿、氣缸、煙包輸送導(dǎo)軌等部件組成。在生產(chǎn)過程中，操作人員可以將小盒煙包手動加入料槽的2個槽中，在上游機器停止供應(yīng)煙包或斷續(xù)供應(yīng)煙包時，氣缸移動輸出推桿，將小盒煙包推入后導(dǎo)軌中，由該裝置自動將料槽中的煙包傳遞到煙包輸送后導(dǎo)軌中，并向下游包裝工序傳送，實現(xiàn)小盒煙包的自動回收利用。

2 存在問題

從回收工作流程發(fā)現(xiàn)，煙包輸送通道有內(nèi)、外2個導(dǎo)軌，而原有回收裝置僅使用了內(nèi)側(cè)導(dǎo)軌，受空間結(jié)構(gòu)制約，該回收裝置無法對無透明紙煙條進行回收。另一方面，基于產(chǎn)品質(zhì)量在線抽檢的需要，無透明紙煙條的產(chǎn)生不可避免，因而該回收功能的缺失直接導(dǎo)致條盒紙消耗的增加和生產(chǎn)成本的上升，不利于精益物耗控制。表1是某月FX2機組的條盒紙消耗情況統(tǒng)計結(jié)果。其中，條盒耗損率計算公式為耗損率=（實際消耗-理論消耗）/理論消耗100%，單箱理論條盒消耗為250張。

表1 某月FX2機組條盒消耗情況調(diào)查表

從表1可以看出，一個月內(nèi)的單箱條盒耗損率遠遠超出考核指標(biāo)，嚴重影響工廠的精益物耗控制和降本增效水平。

3 改進方法

3.1 總體改進方案

增加對無透明紙煙條進行回收的功能，即增加了一種生產(chǎn)模式（正常生產(chǎn)模式和煙條回收模式）。這需要解決2個問題：一是對原有生產(chǎn)模式不產(chǎn)生影響，且2種模式能夠輕松切換；二是煙條能夠輕松添加進產(chǎn)品輸送通道內(nèi)，完成無透明紙的包裹工序。

根據(jù)FOCKE-FX2 779條盒包裝機雙軌包裝輸送通道的結(jié)構(gòu)特點，通過改變回收裝置結(jié)構(gòu)，新增煙條“添加入口”結(jié)構(gòu)，同時為保證煙條的正常輸送，新增“通道調(diào)整”裝置，將外側(cè)導(dǎo)軌改造為可對無透明紙煙條進行回收的形式，且不影響對小盒煙包的正常輸送，使之成為可滿足煙包和煙條2種產(chǎn)品順利輸送的結(jié)構(gòu)，以此增加煙條的回收功能?？傮w改進方案思路如圖1所示。

圖1 總體改進方案

3.2 模式切換功能的實現(xiàn)

根據(jù)FX2包裝機預(yù)置的軟件功能設(shè)置列表，發(fā)現(xiàn)用于設(shè)備出廠調(diào)試時分析各種輔料供應(yīng)情況的“條盒”功能鍵，正好可以實現(xiàn)2種模式的功能要求。

（1）正常生產(chǎn)模式：條盒紙、透明紙、熱熔膠等原輔材料正常供應(yīng)，轉(zhuǎn)塔1完成條盒紙包裝成型，轉(zhuǎn)塔2完成透明紙包裝成型，實現(xiàn)對小盒煙包的加工過程。

（2）煙條回收模式：僅需實現(xiàn)透明紙包裝成型，故條盒紙、熱熔膠停止供應(yīng)，而透明紙正常供應(yīng)，轉(zhuǎn)塔1完成煙條輸送，轉(zhuǎn)塔2完成透明紙包裝成型。

3.3 煙條添加功能的實現(xiàn)

3.3.1 “添加入口”結(jié)構(gòu)

由于原機沒有相應(yīng)的開口結(jié)構(gòu)，因此為了增加煙條“添加入口”，將前導(dǎo)軌的外側(cè)固定導(dǎo)條改為“平開窗”式活動導(dǎo)條結(jié)構(gòu)：由3段導(dǎo)條組成，導(dǎo)條1與導(dǎo)條2用鉸鏈銷軸（10 mm16 mm）相連，導(dǎo)條2與導(dǎo)條3用永磁鐵（10 mm5 mm）相連，3段導(dǎo)條連接長度、形成通道位置與原導(dǎo)條相同。活動導(dǎo)條在正常生產(chǎn)模式下保持固定，滿足小盒煙包的正常輸送；煙條回收模式下則可輕松打開，形成煙條回收時的“添加入口”。此外，基于“TRIZ矛盾矩陣理論”，在煙條“添加入口”下方增加1塊煙條滑板（330 mm190 mm），位置與下輸送帶保持平行，保證回收時的添加煙條的快速便捷（圖2）。

3.3.2 “通道調(diào)整”裝置

煙條的回收過程與煙包的加工過程共用同一套輸送通道，正常生產(chǎn)時需保證上、下輸送帶均接觸煙包，且存在一定的預(yù)壓力。由于產(chǎn)品尺寸的差異（煙包堆垛高度H1為46 mm，煙條高度H2為47.5 mm），切換至煙條回收模式時，無法將其推入輸送通道（圖3）。因此，需要將原輸送通道高度加大。

圖2 改進后779煙條“添加入口”結(jié)構(gòu)

圖3 不同模式下所需通道高度對比示意

基于通道的結(jié)構(gòu)特點，以原機預(yù)置抬起點作為煙條輸送通道的工作位置（抬起后最大高度H為80 mm），方便煙條的添加。此時，由于上輸送帶尚未接觸煙條，無法實現(xiàn)其正常輸送，為了保證煙條的順利輸送，需要給輸送帶一定的下壓力，保證輸送帶能夠驅(qū)動煙條前進。因此在上輸送帶的中間帶輪處增加1個彈性壓板結(jié)構(gòu)，由氣缸驅(qū)動。氣缸的行程通過DOE因子實驗設(shè)計的方法獲得，型號為FESTO AEVC-20-5-I-P。在氣缸工作時，可以抵消上輸送帶抬起造成的位置變化，同時給予煙條合適的下壓力，保證煙條能夠順利輸送、無卡頓或打滑。煙條輸送通道如圖4所示，主要結(jié)構(gòu)尺寸見表2（圖4中右側(cè)活動端已抬起）。

圖4 改進后779煙條回收輸送通道結(jié)構(gòu)示意

表2 輸送通道主要結(jié)構(gòu)尺寸 mm

3.3.3 附加功能

2種生產(chǎn)模式的切換邏輯如圖5所示。

回收煙條時，需要打開一道入口防護罩，并將前導(dǎo)軌右側(cè)活動端抬起，故對附加功能做出以下設(shè)置和改進：①在進行安全合規(guī)性檢驗無隱患的前提下，對防護罩及抬起點的連鎖控制線路用導(dǎo)線進行短接，屏蔽聯(lián)鎖功能，滿足在打開防護罩條件下，設(shè)備可啟動進行回收操作的要求；②選取原機CPX閥島上預(yù)置的空閑電磁閥作為壓縮空氣控制接口，控制回收模式的氣缸壓縮空氣供應(yīng)（圖6）；③將“條盒”功能鍵的信號與上述連鎖控制及氣缸氣源控制連通，實現(xiàn)2種生產(chǎn)模式的狀態(tài)自動切換。

圖5 模式切換邏輯

圖6 氣缸氣路原理示意

4 改進效果

FOCKE-FX2 779條盒包裝機回收裝置改進后，增加了對無透明紙煙條進行回收的功能，正常生產(chǎn)模式和煙條回收模式均能穩(wěn)定運行，模式切換方便，產(chǎn)品質(zhì)量符合工藝要求，同時保證了原機結(jié)構(gòu)不發(fā)生明顯的改變，較好地解決了原機不具備無透明紙煙條回收功能的問題，消除了因回收功能缺失帶來的條盒紙浪費。條盒紙的單箱消耗由253.18張/箱降低到250.20張/箱，耗損率由1.27%下降到0.08%，低于行業(yè)平均值，有效降低了條盒紙的額外消耗。通過類似的改進方法，可推廣于 FOCKE-350S、FOCKE-700、FOCKE-FXS等中、高速包裝設(shè)備的煙條回收過程。