自動(dòng)裹膜裝箱系統(tǒng)工藝研究與設(shè)計(jì)

田惠蘭， 趙憲奎， 陳 清

（1.郴州卷煙廠， 湖南 郴州 423026； 2.東方機(jī)器制造昆明有限公司， 云南 昆明 650206）

0 引言

隨著近20 年的發(fā)展，我國煙草行業(yè)卷煙成品的裝封箱系統(tǒng)工藝流程已逐步形成了卷接包機(jī)+條煙輸送線+裝封箱機(jī)+成品箱輸送線+高架立庫的自動(dòng)化生產(chǎn)工藝模式。 但出口卷煙成品由于要考慮到海運(yùn)等長途運(yùn)輸過程中溫度和濕度等因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響， 所以要求對(duì)相應(yīng)的成品條煙先裝入塑料袋進(jìn)行密封后再裝入紙箱；造成實(shí)際生產(chǎn)過程中卷接包機(jī)出來的出口卷煙成品只能采用人工直接裝塑料袋+人工裝紙箱后再入庫的工藝模式。目前出口卷煙成品的裝箱工藝存在以下不足：①人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，人工成本高；②質(zhì)量無法保證，不利用質(zhì)量追溯；③生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)混亂，自動(dòng)化程度低；④成品煙箱無法和高架立庫自動(dòng)對(duì)接。 上述傳統(tǒng)出口煙裝箱系統(tǒng)工藝模式制約了出口卷煙成品的自動(dòng)化生產(chǎn)。

1 設(shè)計(jì)思路

如何克服現(xiàn)有技術(shù)存在的人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、人工成本高、不利用質(zhì)量追溯、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，本文提出研究設(shè)計(jì)一種自動(dòng)裹膜裝箱系統(tǒng)，以及基于該自動(dòng)裹膜裝箱系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)裹膜裝箱的工藝。 解決長期以來存在的矛盾和問題，實(shí)現(xiàn)多品規(guī)出口卷煙成品的柔性化共線生產(chǎn)，出口卷煙產(chǎn)品質(zhì)量可追溯到包裝機(jī)組的目的及質(zhì)量信息化管理。

2 系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)方案

2.1 工藝流程設(shè)計(jì)

卷接包機(jī)+條煙輸送線+堆垛機(jī)+煙垛周轉(zhuǎn)箱+煙垛信息掃碼機(jī)+煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送機(jī)+煙垛信息掃碼機(jī)+煙垛推送機(jī)+煙垛自動(dòng)裹膜機(jī)+煙垛裹膜后的整型機(jī)+煙垛裹膜熱收縮機(jī)+煙垛打碼機(jī)+煙垛輸送機(jī)+煙垛掃碼機(jī)+裝封箱機(jī)+成品箱輸送線+高架立庫的自動(dòng)化生產(chǎn)工藝模式。

2.2 自動(dòng)裹膜裝箱系統(tǒng)設(shè)備組成

自動(dòng)裹膜裝箱系統(tǒng)設(shè)備組成包括下列設(shè)備： 如圖1所示，其中卷接包機(jī)組、條煙輸送線、堆垛機(jī)、煙垛周轉(zhuǎn)箱、煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送機(jī)、煙垛信息RFID 碼讀寫器、裹膜熱收縮機(jī)、打碼機(jī)、煙垛信息掃碼機(jī)、裝封箱機(jī)、成品箱輸送線和高架立庫都是常規(guī)設(shè)備， 自動(dòng)裹膜裝箱系統(tǒng)就是新設(shè)計(jì)的一條支線，主要組成設(shè)備有：

圖1 自動(dòng)裹膜裝箱系統(tǒng)工藝布置示意圖

煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送機(jī)1， 用于將裝有不同品名條煙的煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送至對(duì)應(yīng)的煙垛自動(dòng)裹膜工位； 并將空周轉(zhuǎn)箱送出；煙垛信息RFID 碼讀寫器2，每個(gè)煙垛周轉(zhuǎn)箱底部設(shè)置有RFID 碼（電子信息芯片），設(shè)置在煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送機(jī)上的RFID 碼信息讀寫器可讀或?qū)憻煻庵苻D(zhuǎn)箱RFID 碼， 用于對(duì)煙垛周轉(zhuǎn)箱上的電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫，并將掃碼信息送給控制器；煙垛推送機(jī)3，用于將煙垛周轉(zhuǎn)箱內(nèi)的煙垛推送至煙垛自動(dòng)裹膜機(jī)中； 煙垛自動(dòng)裹膜機(jī)4，用于對(duì)送入的煙垛進(jìn)行自動(dòng)裹膜并抽真空；煙垛裹膜后的整型機(jī)5，用于將裹膜后的煙垛進(jìn)行整型；煙垛裹膜熱收縮機(jī)6， 用于對(duì)裹膜、 整型后的煙垛進(jìn)行熱收縮處理；煙垛打碼機(jī)7，用于接收控制器發(fā)來的掃碼信息，并對(duì)熱收縮處理后的煙垛進(jìn)行電子標(biāo)簽打碼， 使該煙垛的電子標(biāo)簽與煙垛周轉(zhuǎn)箱上的電子標(biāo)簽一致， 以證明該煙垛的品名信息； 煙垛輸送機(jī)8， 用于將送至煙垛裝封箱機(jī)；煙垛掃碼機(jī)9，用于讀取煙垛上的條碼信息；煙垛裝封箱機(jī)10，用于將煙垛送入紙箱中后，對(duì)紙箱進(jìn)行封箱；成品煙箱輸送機(jī)11，用于將裝有煙垛并完成封箱的煙箱輸送至倉庫保存。

2.3 工作原理

條煙卷接包機(jī)生產(chǎn)出來的條煙經(jīng)過條煙輸送線把條煙送到堆垛機(jī)， 堆垛機(jī)將條煙按5 條一層堆碼5 層后就將這25 條煙推入煙垛周轉(zhuǎn)箱，堆垛機(jī)再按5 條一層堆碼5 層后再次將25 條煙推入煙垛周轉(zhuǎn)箱，煙垛周轉(zhuǎn)箱里共有50 條煙，每個(gè)煙垛周轉(zhuǎn)箱底部設(shè)置有RFID 碼芯片（電子信息芯片）， 此時(shí)通過設(shè)置在煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送機(jī)上的RFID 碼信息讀寫器將此箱煙的相關(guān)信息包括卷接包機(jī)臺(tái)號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間、品牌和規(guī)格等等寫入煙垛周轉(zhuǎn)箱RFID碼芯片； 煙垛周轉(zhuǎn)箱經(jīng)過煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送機(jī)輸送至煙垛自動(dòng)裹膜機(jī)入口的煙垛推送機(jī)處， 設(shè)置在煙垛周轉(zhuǎn)箱輸送機(jī)上的RFID 碼信息讀寫器將此箱煙的相關(guān)信息讀取，信息傳送給電控柜的控制器， 經(jīng)過識(shí)別條煙的品牌和規(guī)格后選擇該進(jìn)入哪臺(tái)自動(dòng)裹膜機(jī)， 信息并同時(shí)傳送給煙垛裹膜熱收縮機(jī)出口的煙垛打碼機(jī)進(jìn)行和條碼捆綁，煙垛推送機(jī)將煙垛從周轉(zhuǎn)箱里推出并送入自動(dòng)裹膜機(jī)，自動(dòng)裹膜機(jī)經(jīng)過前后封、抽真空和兩側(cè)封，經(jīng)過整型機(jī)將裹膜后的煙垛進(jìn)行整型， 輸送進(jìn)入熱收縮機(jī)對(duì)煙垛外層的PE 膜進(jìn)行熱收縮處理，煙垛走出熱收縮機(jī)后打碼機(jī)進(jìn)行打碼，此條碼已捆綁條煙信息，經(jīng)過煙垛輸送機(jī)將煙垛送至裝封箱機(jī)， 裝封箱機(jī)入口有掃碼器進(jìn)行讀取捆綁的條煙信息， 裝封箱機(jī)根據(jù)信息選擇對(duì)應(yīng)的品牌紙箱進(jìn)行裝封箱，煙箱經(jīng)過成品煙箱輸送機(jī)輸送至高架立庫存放。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)

生產(chǎn)線中的常規(guī)設(shè)備這里不再做詳細(xì)介紹， 本文重點(diǎn)介紹自動(dòng)裹膜機(jī)，此裹膜機(jī)最大的特點(diǎn)是可以抽真空，自動(dòng)裹膜機(jī)工作原理如圖2～4 所示。

圖2 自動(dòng)裹膜機(jī)工作原理

圖3 自動(dòng)裹膜機(jī)主視圖

圖4 自動(dòng)裹膜機(jī)俯視圖

煙垛自動(dòng)裹膜機(jī)包括機(jī)架A1，對(duì)稱設(shè)置在機(jī)架A1 上、下位置的上、 下卷輥A2，分別套裝在上、 下卷輥A2 上的上、 下PE膜卷，上、下PE 膜卷端部引出后分別繞過對(duì)應(yīng)設(shè)置的上、 下支撐張緊輥組A13、A14 后向前延伸，形成頂面、底面包裹煙垛a 的PE 膜帶，PE 膜帶入口側(cè)、出口側(cè)的機(jī)架A1 上間隔設(shè)有輸入、輸出皮帶輸送機(jī)A11、A12，輸入、輸出兩皮帶輸送機(jī)A11、A12 之間的機(jī)架A1 上、 下位置分別設(shè)有上、下封切熱熔刀A3，輸出皮帶輸送機(jī)A12 兩外側(cè)的機(jī)架上對(duì)稱設(shè)有抽真空裝置A5、 兩內(nèi)側(cè)的機(jī)架A1 上對(duì)稱設(shè)有左、右封切熱熔刀A4，以便通過上、下封切熱熔刀A3 對(duì)延伸出的上、下PE 膜卷端部進(jìn)行熱熔連接后，即可形成頂面、前面、底面包裹煙垛a 的PE 膜帶，煙垛a 隨著輸入皮帶輸送機(jī)A11 的移動(dòng)被PE 膜帶從頂面、前面、底面包裹后， 再次通過上、 下封切熱熔刀A3 對(duì)后面的PE膜帶進(jìn)行熱熔連接的同時(shí)， 從具有一定寬度的熱熔連接位置中部切斷， 既作為包裹前煙垛后面的PE 膜封閉端，又作為包裹后煙垛前面的PE 膜封閉端，其中：

上、下封切熱熔刀A3，如圖5 所示，包括：固定在機(jī)架A1 上的上安裝板B1 和下安裝板B9，上、下安裝板B1、B9兩端之間分別設(shè)有導(dǎo)向桿B5，兩導(dǎo)向桿B5 上端均滑動(dòng)連接有上滑塊B4， 兩上滑塊B4 通過中間的上連桿相連，上連桿上端與固定在上安裝板B1 上的上氣缸B2 活塞桿相連、下端連接有上條形熱熔刀B3，以便在上氣缸B2 帶動(dòng)下使上連桿、 上條形熱熔刀B3、 上滑塊B4 沿導(dǎo)向桿B5上、下滑動(dòng)；兩導(dǎo)向桿B5 下端均滑動(dòng)連接有下滑塊B7，兩下滑塊B7 通過中間的下連桿相連，下連桿下端與固定在下安裝板B9 上的下氣缸B8 活塞桿相連、 上端連接有下條形熱熔刀B6，以便在下氣缸B8 帶動(dòng)下使下連桿、下條形熱熔刀B6、下滑塊B7 沿導(dǎo)向桿B5 上、下滑動(dòng)。

所述上條形熱熔刀B3 下端面中部設(shè)有凸起，所述下條形熱熔刀B6 上端面中部設(shè)有凹槽，以便上、下條形熱熔刀B3、B6 嚙合時(shí)，在熱熔上、下薄膜的同時(shí)切斷后端的薄膜。

左、右封切熱熔刀A4，如圖6 所示，包括：分別固定在機(jī)架A1 上的上安裝板B16 和下安裝板B17，上安裝板B16 兩端分別設(shè)有通孔， 兩根導(dǎo)向桿B11 下端分別穿過通孔向下延伸后與滑塊B12 相連， 滑塊B12 中部上端與固定在上安裝板B16 上的氣缸B10 活塞桿相連、 下端連接有上條形熱熔刀B13， 下安裝板B17 上通過兩根調(diào)節(jié)螺桿B15 連接有支撐塊B14， 支撐塊B14 上端面連接有下條形熱熔刀B18， 且上條形熱熔刀B13 下端面中部設(shè)有凸起、下條形熱熔刀B18 上端面中部設(shè)有凹槽，以便在氣缸B10 帶動(dòng)下，使滑塊B12 向下移動(dòng)后，使上條形熱熔刀B13 與下條形熱熔刀B18 嚙合時(shí)， 在熱熔薄膜的同時(shí)切斷外端的薄膜。

圖5 上、下封切熱熔刀

圖6 左、右封切熱熔刀

抽真空裝置A5， 如圖7 所示， 包括鴨嘴形吸風(fēng)罩B18，以及與鴨嘴形吸風(fēng)罩B18 相連的抽風(fēng)機(jī)B19，以便煙垛和薄膜隨輸出皮帶輸送機(jī)前入到抽真空工位時(shí)，通過抽風(fēng)機(jī)B19 使鴨嘴形吸風(fēng)罩B18 入口形成負(fù)壓， 從而將煙垛、薄膜內(nèi)的空氣抽出，使薄膜緊貼于煙垛上，同時(shí)使前、后側(cè)的敞口薄膜閉合而方便通過對(duì)應(yīng)的前、后封切熱熔刀A4 進(jìn)行熱封、切斷。

圖7 抽真空裝置

圖8 整型裝置

煙垛裹膜后的整型裝置4，如圖8 所示，包括：固定在機(jī)架A1 上的支架C1， 固定在支架C1 后側(cè)的翻轉(zhuǎn)式擋件，以及固定在支架C1 前側(cè)的移動(dòng)式整形組件，其中：所述翻轉(zhuǎn)式擋件包括通過鉸鏈分別鉸接在支架C1頂部兩端的翻轉(zhuǎn)氣缸C2， 兩翻轉(zhuǎn)氣缸C2 的關(guān)節(jié)軸承C4 通過連桿C5分別固定在轉(zhuǎn)軸C7 兩端， 轉(zhuǎn)軸C7 兩端分別通過軸承C6 固定在支架C1 上， 轉(zhuǎn)軸C7 上固定有翻板C8，以便在翻轉(zhuǎn)氣缸C2 帶動(dòng)下，通過關(guān)節(jié)軸承C4 帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸C7、翻板C8作90°翻轉(zhuǎn)，用于擋住或放行煙垛a。

移動(dòng)式整形組件包括前整形板C13 以及與前整形板C13 相連的移動(dòng)組件，和左、右側(cè)整形板C18 以及分別與左、 右側(cè)整形板C18 相連的移動(dòng)件， 其中： 與前整形板C13 相連的移動(dòng)組件包括間隔固定在前整形板C13 背面的兩豎直滑塊C12， 兩豎直滑塊C12 套接在對(duì)應(yīng)的豎直導(dǎo)桿C11 上， 豎直導(dǎo)桿C11 的上端固定在倒L 形支板C10 上端的水平板上、下端固定在連板C20 上，倒L 形支板C10 上端的水平板上固定有升降氣缸C9， 升降氣缸C9 活塞桿端部連接在前整形板C13 上，倒L 形支板C10的豎直板下端固定在連板C20 上，連板C20 兩端分別固定有水平滑塊C14， 兩水平滑塊C14 分別套接在對(duì)應(yīng)的第一水平導(dǎo)桿C15 上， 兩第一水平導(dǎo)桿C15 間隔固定在支架C1 上， 前整形板C13 位于兩第一水平導(dǎo)桿C15 之間，且倒L 形支板C10 背面與水平氣缸C16 活塞桿相連，水平氣缸C16 座固定在支架C1 上， 以便通過升降氣缸C9 帶動(dòng)前整形板C13、豎直滑塊C12 沿豎直導(dǎo)桿C11 上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高度整形， 再通過水平氣缸C16 帶動(dòng)倒L 形支板C10、連板C20、前整形板C13、水平滑塊C14 沿第一水平導(dǎo)桿C15 前、后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前、后位置整形。

所述分別與左、 右側(cè)整形板C18 相連的移動(dòng)件均包括固定在支架C1 上的兩根第二水平導(dǎo)桿C17，兩根第二水平導(dǎo)桿C17 分別與對(duì)應(yīng)的左或右側(cè)整形板C18 上的通孔滑動(dòng)配接， 左或右側(cè)整形板C18 外側(cè)與水平氣缸C19活塞桿相連，水平氣缸C19 座固定在支架C1 上，以便在水平氣缸C19 帶動(dòng)下使左或右側(cè)整形板C18 沿第二水平導(dǎo)桿C17 移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)左、右側(cè)整形。

4 安裝與調(diào)試

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試， 反復(fù)測(cè)試不同厚度的PE 膜進(jìn)行封膜，并調(diào)整相應(yīng)的烙鐵溫度，達(dá)到需要煙垛封膜質(zhì)量。自動(dòng)裹膜機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1、表2。

表1 PE 膜參數(shù)

表2 自動(dòng)裹膜機(jī)參數(shù)設(shè)定

5 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行， 本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)裹膜裝箱系統(tǒng)工藝和設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)多品規(guī)出口卷煙成品的柔性化共線生產(chǎn)，出口卷煙產(chǎn)品質(zhì)量可追溯到包裝機(jī)組的目的及質(zhì)量信息化管理；克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、人工成本高、不利于質(zhì)量追溯的問題。 自動(dòng)裹膜裝箱系統(tǒng)工藝合理，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。