多規(guī)格卷煙裝封箱裝置的研發(fā)與應(yīng)用

胡風(fēng)華

（安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司蕪湖卷煙廠，安徽蕪湖 241002）

0 引言

隨著細支、中細支卷煙消費的不斷升級和日益擴大，企業(yè)產(chǎn)品規(guī)格日漸呈現(xiàn)多樣化趨勢。目前企業(yè)在制產(chǎn)品包含Φ5.4 mm 細支煙、Φ6.2 mm 中支煙、Φ6.37 mm 中細支、普通煙支等多種規(guī)格、牌名的卷煙，條盒尺寸差異明顯，且不同牌號不能共用一臺封箱機。從場地布局、產(chǎn)品規(guī)模、設(shè)備投資成本等方面考慮，為每種產(chǎn)品配套一種規(guī)格的裝封箱機顯然是不經(jīng)濟的。因此，設(shè)計一套可滿足細支、中細支產(chǎn)品裝箱的封箱裝置具有很高效益價值。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

目前，企業(yè)在生產(chǎn)中支煙以及小牌號的細支煙時采用人工裝箱、人工封箱、人工貼碼，每臺設(shè)備需3 人才能完成裝封箱工序。隨著細支煙生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴大，在集中生產(chǎn)過程中造成大量的人力資源浪費。

在人工裝封箱的過程中，全程需要人工將條煙裝入煙箱中、對煙箱進行封口并搬至托盤上，勞動強度大。且人工作業(yè)時，受各種因素影響，可能導(dǎo)致箱內(nèi)缺條等嚴重質(zhì)量問題產(chǎn)生。同時由于操作習(xí)慣不同，導(dǎo)致封箱膠帶黏貼外觀質(zhì)量存在缺陷，造成質(zhì)量隱患。

從企業(yè)生產(chǎn)角度考慮，最經(jīng)濟的方案是研發(fā)一套可快速換型，即同時滿足細支、中細支卷煙多規(guī)格生產(chǎn)需求的裝封箱裝置。

2 設(shè)計思路

按照封箱工序流程，將整個細支煙裝封箱流程分為5 個步驟：條煙輸送、煙條堆垛、裝箱、折疊與封箱、煙箱輸送。針對換型功能的需求主要從煙條與煙箱的尺寸差異方面入手，對條煙輸送部分、煙條堆垛部分、煙箱折疊與封口部分進行研究，以滿足快速換型的需求。針對質(zhì)量防范需求，分別對質(zhì)量隱患或缺陷產(chǎn)生的部位進行改進，通過改進輸送方式、增加電器檢測、以機械代替人工的方式防范質(zhì)量風(fēng)險的發(fā)生。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 條煙輸送部分設(shè)計

3.1.1 基本功能的實現(xiàn)

條煙輸送部分主要完成將包裝機輸出的煙條輸送至煙條堆垛部分，在輸送過程中對煙條是否堵塞、歪斜進行檢測。設(shè)計采用以電機帶動傳送帶的方式進行。在輸送過程中安裝有入料堆積檢測、入料歪斜檢測、入料到位檢測等檢測器，用以判斷條煙在輸送過程中是否產(chǎn)生故障，出現(xiàn)異常情況停機并報警。

3.1.2 采用滑道式弧形輸送裝置

根據(jù)氣墊式排包機的工作原理，借助SolidWorks 軟件，設(shè)計一個滑道式條煙輸送通道（圖1）。當(dāng)煙條從包裝機橫向輸出時，進入滑道式條煙輸送通道，在重力作用下自由下落，經(jīng)滑道式出口進入條煙輸送帶。

假設(shè)煙條寬度為b，高度為h，軌道寬度為n，則（b/2）2+（r+-r。經(jīng)測量煙條寬度b=102 mm，煙條高度h=26 mm，故軌道寬度n≥26 mm。當(dāng)軌道寬度n=27 mm時，內(nèi)軌道半徑r=1274 mm，空間尺寸較大無法滿足設(shè)計需求；當(dāng)n＞h+5 mm 時，煙條在軌道內(nèi)會產(chǎn)生晃動，影響正常煙條輸送。為盡可能減小裝置尺寸，故設(shè)計軌道寬度n=31 mm，經(jīng)計算此時內(nèi)軌道半徑r 需＞187 mm，為保證煙條輸送順暢，設(shè)計內(nèi)軌道半徑r=200 mm。

圖1 滑道式條煙輸送裝置及弧形軌道細節(jié)

3.1.3 采用可調(diào)節(jié)式輸送軌道以適應(yīng)煙條長度

由于細支煙產(chǎn)品與中細支產(chǎn)品在煙條長度上存在差異，煙條長度對應(yīng)輸送帶寬度，因此在條煙傳送帶的設(shè)計上，以尺寸較大的中細支煙條為標準，在傳送帶兩側(cè)安裝可調(diào)節(jié)的導(dǎo)板。導(dǎo)板通過腰眼用螺絲固定在傳送帶基座上，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)板位置以適應(yīng)不同規(guī)格煙條在輸送帶上的輸送過程。

3.2 條煙堆垛及檢測系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 基本功能設(shè)計

在煙條堆垛部分，舍棄凸輪結(jié)構(gòu)，采用伺服電機控制，準確度高，維修方便。通過頂升板前后位置兩個檢測判斷頂升裝置底層是否入料滿，當(dāng)入料滿后頂升機構(gòu)開始工作，由電機驅(qū)動頂升板上升，底層5 條卷煙向上提升一層。當(dāng)堆垛達到10 層時，堆垛上到位檢測裝置給出信號，推煙裝置開始工作。

3.2.2 增加檢測裝置，杜絕箱內(nèi)缺條

在檢測裝置的設(shè)計上，將檢測點設(shè)計在提升后的第一層，通過選型采用5 個平行位置的光電式檢測器進行檢測。當(dāng)頂升裝置提升過程中，檢測裝置對提升中的5 條卷煙同時進行檢測，發(fā)現(xiàn)缺條現(xiàn)象立即停機并給出報警信息。

3.2.3 根據(jù)換型需求，確定頂升行程

在條煙堆垛部分換型功能的設(shè)計上，通過將檢測裝置的檢測點設(shè)計在頂升裝置提升的過程中，避免了檢測裝置位置的調(diào)整，另外采用伺服電機的定位模式，使頂升裝置每次提升的行程一致。在行程的確定上，由于煙條在高度上的差異，故在換型時只需要修改伺服電機提升行程，即可滿足不同規(guī)格卷煙的生產(chǎn)需要。

3.3 推條機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計

3.3.1 基本功能的實現(xiàn)

當(dāng)堆垛達到10 層時，堆垛上到位檢測裝置給出信號，推條機構(gòu)開始工作。推條機構(gòu)工作時，推板向前推送將堆垛好的卷煙推入煙箱中。到達指定位置后，推煙板下半部分在氣缸的作用下向后折疊，使推板向后運動過程中避免碰壞下方繼續(xù)堆垛的卷煙。當(dāng)推板回到起始位置后，氣缸工作使推板折疊部分還原，重復(fù)推煙過程。

3.3.2 對封箱套口的改進

煙箱擺放無誤后，由操作人員按下煙箱就位按鈕，氣缸控制封箱套口打開，進入煙箱，既節(jié)省了空間又保證不會打壞盒套。同時在套口板兩邊設(shè)計了導(dǎo)向板，使煙條進入時通過導(dǎo)向板可以順利的進入盒套，避免打壞煙條。當(dāng)推條動作完成后，封箱套口在氣缸作用下收回，不會阻礙煙箱向前運動。

3.4 煙箱輸送、折疊部分設(shè)計

3.4.1 基本功能的實現(xiàn)

煙箱輸送部分包括輸送帶以及兩個擋塊，煙箱在擋塊的推動下向前輸送。在煙箱向前輸送前，煙箱搖蓋折疊板首先對煙箱后端搖蓋進行折疊，在向前輸送的過程中，通過安裝在輸送通道側(cè)面的固定式折疊器完成對煙箱前端搖蓋及上下?lián)u蓋的折疊。折疊好的煙箱由煙箱壓緊裝置對折疊部分進行固定并繼續(xù)向前輸送，再經(jīng)過封箱機頭部分對煙箱黏貼封箱膠帶，完成封箱工序。

完成封箱工序后的煙箱在輸送帶及擋塊的帶動下持續(xù)向前輸送，每次工作輸送帶轉(zhuǎn)動半圈。在輸送帶起始位置安裝有到位檢測器，轉(zhuǎn)動半圈后檢測器檢測到安裝在輸送帶上的另外一塊擋塊后立即停止工作。此時輸送帶轉(zhuǎn)正好將煙箱輸送至出料位置的滾輪上，到達滾輪后氣動推桿推動煙箱在重力作用下滑至指定位置，完成整套設(shè)備流程。

3.4.2 采用機械封箱保證封箱質(zhì)量

按照工藝要求，封箱膠帶應(yīng)黏貼平整無褶皺，膠帶封口牢固，箱體側(cè)邊膠帶伸出長度為70±10 mm。通過調(diào)整機械裝置切割位置可保證封箱膠帶平整、在箱體側(cè)面伸出長度穩(wěn)定一致，避免質(zhì)量缺陷。

3.4.3 高度可調(diào)式封箱膠帶黏貼機構(gòu)

由于細支卷煙與中細支卷煙在煙箱長度的尺寸上一致，因此煙箱輸送通道的寬度在換型時不需要改變，故輸送通道兩側(cè)擋板采用固定式安裝方式。而煙箱高度尺寸存在差異，導(dǎo)致不同規(guī)格的煙箱對封箱膠帶的黏貼高度需求不同，因此封箱機頭安裝位置采用螺桿方式固定，可根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)膠帶黏貼高度。

煙箱輸送、折疊及封箱工序設(shè)計如圖2 所示。

圖2 煙箱輸送、折疊及封箱工序設(shè)計

3.5 電氣控制部分研究設(shè)計

3.5.1 電路控制設(shè)計

本裝置控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、維修方便、安全可靠，電器原件選用合理，保證該裝封箱裝置能正常工作。將控制部分與動力部分連接，保證傳送帶電機、頂升伺服電機、推煙伺服電機、封箱伺服電機可正常工作或停止。

3.5.2 程序控制設(shè)計

程序邏輯準確、可靠，具有完備的報警保護功能，且預(yù)留一定的備用空間。通過PLC 程序控制，接收各檢測發(fā)出的信號，經(jīng)程序邏輯處理后，向各電機、伺服器、氣缸電磁閥發(fā)出控制信號，使其正確動作。

3.5.3 人機界面設(shè)計

區(qū)分不同權(quán)限用戶，一般用戶使用自動模式操作系統(tǒng)正常生產(chǎn)，維修技師可在參數(shù)設(shè)定界面內(nèi)設(shè)置封箱機工作相位。在手動模式下可手動控制各電機和氣缸動作，便于檢修，報警記錄統(tǒng)計顯示。

3.6 緊急排煙通道的設(shè)計

考慮到實際生產(chǎn)中該裝置難免出現(xiàn)故障或更換輔材等停機情況，在煙條下落的豎直段設(shè)計了一套應(yīng)急裝置。如果下游工序出現(xiàn)故障，輸送通道中的2 個托爪伸出，托住下落的煙條，同時推條器開始工作，將煙條向水平方向推送至應(yīng)急煙條堆積臺上，保證包裝設(shè)備的連續(xù)運行。同時在煙條豎直下落段設(shè)計有減速毛刷，通過調(diào)整減速毛刷的壓力一方面緊急排煙時可以減少托爪對煙條的沖擊，另一方面可以降低煙條在在滑道出口的速度。

4 應(yīng)用實施及效益

該封箱裝置完成之后，先后在車間9#、7#細支煙設(shè)備，20#中細支設(shè)備使用，效果良好。在使用過程中，細支煙自動裝箱率達到100%、裝封箱工序產(chǎn)品缺陷率0%、裝封箱工序操作工由原來的3 人減少為1 人。

根據(jù)測算，使用新的封箱裝置后，企業(yè)三班共節(jié)省人力6人，經(jīng)估算年節(jié)約成本為851 070.24 元；新裝置的設(shè)備成本為380 000 元；全年預(yù)估收益為471 070.24 元，整個項目經(jīng)濟效益可觀。

5 結(jié)束語

該細支煙裝封箱裝置為自主研發(fā)設(shè)備，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。裝置在車間生產(chǎn)現(xiàn)場使用，結(jié)構(gòu)緊湊占用空間較小，可實現(xiàn)細支卷煙及中細支卷煙生產(chǎn)中自動裝箱、自動封箱，性能穩(wěn)定，安全可靠。整套裝置只需1 人即可操作，節(jié)省了人力資源成本。同時，有效杜絕細支煙產(chǎn)品人工裝封箱工序的質(zhì)量風(fēng)險，提升產(chǎn)品品質(zhì)，并實現(xiàn)不同牌名產(chǎn)品的同時生產(chǎn)，使產(chǎn)品線更加豐富。