底推式雙鋁包包裝工藝設(shè)計(jì)

陳遠(yuǎn)超，張風(fēng)光，曾雄偉*，王潮波，溫延，李昊，張楠

1 湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，武漢市東西湖金山大道1335號 430040；

2 湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，武漢市東西湖區(qū)環(huán)湖路特66號 430040

近年來，加熱卷煙制品呈快速發(fā)展態(tài)勢。加熱卷煙制品逐步成為跨國煙草公司新的利潤增長點(diǎn)，戰(zhàn)略重心正逐漸向加熱卷煙制品轉(zhuǎn)移[1]。加熱卷煙制品主要由煙具、煙彈組成，使用時(shí)將煙彈插入煙具中，通過煙具給煙彈加熱，使煙彈中的煙草加熱而不燃燒。煙彈主要由煙草原料段、空管段、降溫段、濾嘴段組成，其中煙草段主要原料為煙草薄片[2]。

通過對加熱卷煙制品市場的考察和分析，基于湖北中煙新型煙草產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格和工藝研究，結(jié)合雙鋁包中支、書本式、側(cè)開式、可抽出式等異型包裝產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)參考PM（Philip Morris Companies Inc.）公司加熱卷煙煙彈翻蓋式雙鋁包包裝形式，確定武漢卷煙廠加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包包裝形式。

前期，作為新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝產(chǎn)品，加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包包裝產(chǎn)品尚無成熟的包裝工藝及自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)械，生產(chǎn)依賴大量人力手工包裝。國內(nèi)對于加熱卷煙制品的研究主要集中在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[3]、物理化學(xué)分析[4]、熱分析[5-6]和材料應(yīng)用[7]等方面，對于加工制造工藝和設(shè)備，特別是利用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的研究報(bào)道較少，楊明權(quán)[8]通過對FOCKE350s 包裝機(jī)組雙鋁包內(nèi)襯紙折疊并包裝置的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)翻蓋式雙鋁包包裝自動(dòng)化生產(chǎn)，滿足了加熱卷煙保香保潤的功能要求。但國內(nèi)外暫未見加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包包裝盒型工藝設(shè)計(jì)相關(guān)報(bào)道。為此，基于對ZB43 包裝設(shè)備的認(rèn)識及黃鶴樓系列產(chǎn)品通道成型原理的理解，在ZB43 型包裝機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新性工藝再造，自主研制先內(nèi)盒包裝，兩內(nèi)盒并包再外盒包裝的包裝技術(shù)，同時(shí)研制無接觸式冷膠電子噴膠系統(tǒng)、煙支質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包自動(dòng)化生產(chǎn)，滿足了異型包裝功能要求，提高了生產(chǎn)效率。

1 包裝工藝設(shè)計(jì)

1.1 卷煙包裝形式

不同于傳統(tǒng)型卷煙制品包裝形式，底推式雙鋁包小盒分內(nèi)外盒包裝。內(nèi)盒由5-5 雙排煙支、內(nèi)襯紙、內(nèi)框紙、商標(biāo)紙組成，雙內(nèi)盒并包后外裹外盒商標(biāo)紙，完成小盒完整包裝。在外盒商標(biāo)紙底部對應(yīng)內(nèi)盒中心的位置分設(shè)兩小孔，雙內(nèi)盒可自煙盒中推出，形式新穎。

圖1 內(nèi)盒煙組5-5 排列Fig. 1 Arrangement of inner box group 5-5

1.2 包裝材料技術(shù)規(guī)格

根據(jù)煙支規(guī)格及包裝形式，同步開展包裝材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，形成加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包包裝形式及包裝材料標(biāo)準(zhǔn)體系。

圖2 雙內(nèi)盒底推式包裝形式Fig. 2 Bottom push type packaging form of double inner box

圖3 輔料模切形式Fig. 3 Die cutting form of auxiliary material

1.3 工藝路線

1.3.1 小盒包裝

小盒包裝設(shè)備基于三組YB43 小盒包裝機(jī)改造，其中兩組完成兩內(nèi)盒雙排十支煙組的包裝，第三組完成兩內(nèi)盒并包、并包后外裹商標(biāo)紙的折疊成型，干燥定型及輸出至小盒透明包裝設(shè)備。具體包裝工藝流程如下：

（1）內(nèi)盒包裝（兩內(nèi)盒相同）。①煙支供給：料斗接上游機(jī)煙支經(jīng)下煙通道落至底端，往復(fù)式推煙耙將最下一排煙支以55 雙層的排列形式推入煙支整理盒輪。煙支整理盒輪旋轉(zhuǎn)180°，經(jīng)煙支質(zhì)量視覺檢測裝置，55 雙層煙組被推料板推出至充填床身處，同時(shí)，在檢測到存在缺陷的煙組時(shí)向包裝機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)送剔除信號，由包裝機(jī)組控制系統(tǒng)在相應(yīng)位置將缺陷煙包剔除。②內(nèi)襯紙折疊成型：內(nèi)襯紙卷帶由供送裝置輸出，經(jīng)定長切割、定位后自上而下進(jìn)入充填床身包裝區(qū)，與已排列的煙組相遇。內(nèi)襯紙裹包采用直包方式，煙組與內(nèi)襯紙相遇后，內(nèi)襯紙先成“U”形包裹在煙組外，并依次在充填床身內(nèi)完成兩側(cè)邊與頂部折疊。③商標(biāo)紙輸送及折疊成型：帶有負(fù)壓的吸紙器將商標(biāo)紙由商標(biāo)紙庫底部取出，輸送至商標(biāo)紙成型模盒內(nèi)，與外裹內(nèi)襯紙煙組相遇，進(jìn)行商標(biāo)紙包裝成型。在高架輸送裝置處完成商標(biāo)紙兩側(cè)面涂膠后，煙包被輸送至干燥鼓輪模盒內(nèi)，在干燥鼓輪旋轉(zhuǎn)的過程中，商標(biāo)紙兩側(cè)面被折疊。至此，完成商標(biāo)紙折疊成型工序；④煙包經(jīng)干燥鼓裝置干燥、定型后輸出至下一工序。

（2）外盒包裝。①并包：在外盒包裝成型之前，需將兩組內(nèi)盒包裝機(jī)生產(chǎn)內(nèi)盒煙包進(jìn)行并包，再由推板輸送至外盒包裝機(jī)完成外盒包裝。并包機(jī)構(gòu)是影響設(shè)備效率關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，由90° 煙包轉(zhuǎn)向器，縱向內(nèi)盒輸送通道，橫向內(nèi)盒輸送通道，并包推板，并包輸送通道組成。兩側(cè)內(nèi)盒煙包經(jīng)過90° 煙包轉(zhuǎn)向器由縱向輸送變?yōu)闄M向輸送，兩側(cè)的橫向輸送通道高度相同，兩組內(nèi)盒煙包由凸輪傳動(dòng)控制的同步推板推入并包通道內(nèi)，完成并包工序。當(dāng)外盒包裝機(jī)或內(nèi)盒包裝機(jī)故障停機(jī)時(shí)，兩組內(nèi)盒包裝機(jī)縱向輸送通道上均設(shè)置用于煙盒緩存的煙盤工位，可由人工進(jìn)行收集與加補(bǔ)內(nèi)盒，保障設(shè)備運(yùn)行效能。②外商標(biāo)紙輸送及折疊成型：帶有負(fù)壓的吸紙器將外商標(biāo)紙由商標(biāo)紙庫底部取出，依次完成外商標(biāo)紙蓋折片噴膠、折疊成型及外商標(biāo)紙下側(cè)面涂膠后，進(jìn)入外商標(biāo)紙成型模盒內(nèi)，與并包后兩內(nèi)盒煙包相遇，進(jìn)行外商標(biāo)紙折疊成型。③煙包干燥、定型及輸出：已包裝成型煙包進(jìn)入干燥鼓進(jìn)行干燥定型，經(jīng)輸出通道輸出，形成內(nèi)外盒可拆解分離、內(nèi)盒（雙小包）可獨(dú)立成包的獨(dú)特包裝形式。

圖4 外盒包裝Fig. 4 Outer box packaging

圖5 小盒包裝工藝Fig. 5 Packaging process of cigarette case

1.3.2 小盒透明紙包裝

小盒透明紙經(jīng)過定長切割、定位后，對小盒進(jìn)行豎向U 型包裹，煙包經(jīng)折疊、燙封成型、整容后輸出，小盒透明紙包裝完成。不同于傳統(tǒng)型卷煙，底推式雙鋁包小盒透明紙采用雙拉帶，拉帶搭口及拉頭位于外盒正面右側(cè)，上下拉帶均為順時(shí)針拉開，形式新穎，利于消費(fèi)者撕開。

1.3.3 條盒及條盒透明紙包裝

小盒（外包裝小盒透明紙）依次通過反轉(zhuǎn)裝置、立盒裝置，進(jìn)入條盒包裝機(jī)，內(nèi)小盒按照10×1 與條盒相遇，條盒經(jīng)折疊、涂膠、定型后輸出至條盒透明紙包裝機(jī)。條盒透明紙（單拉帶）經(jīng)過定長切割、定位后，對條盒進(jìn)行“U”型包裹，條盒透明紙條包經(jīng)折疊、燙封成型、六面整容后輸出，條盒透明紙包裝完成。

1.4 裝備工藝流程再造

底推式雙鋁包小盒創(chuàng)新性分內(nèi)外盒包裝。內(nèi)盒由5-5 雙排煙支、內(nèi)襯紙、內(nèi)框紙、商標(biāo)紙組成，雙內(nèi)盒并包后外裹外盒商標(biāo)紙，完成小盒完整包裝，其中內(nèi)盒煙支規(guī)格7.7 mm×56 mm，屬短支系列，鑒于其異型包裝形式及短煙支規(guī)格，暫無成熟的包裝設(shè)備能夠滿足該特殊工藝需求。

圖6 小盒透明紙、條盒及條盒透明紙包裝工藝Fig. 6 Packaging technology of cigarette case transparent paper,carton box and carton transparent paper

通過工藝創(chuàng)新性研究及前期論證，確定底推式雙鋁包包裝裝備機(jī)械化生產(chǎn)工藝路線?；赯B43 裝備平臺，完成加熱卷煙制品卷煙包裝小盒→小透明→小透明六面整容→條盒→條透明→條透明六面整容全鏈?zhǔn)綑C(jī)械化生產(chǎn)。其中小盒包裝設(shè)備基于三組YB43 小盒包裝機(jī)改造，兩組完成兩內(nèi)盒5-5 雙排十支煙組的包裝，第三組完成兩內(nèi)盒并包、并包后外裹商標(biāo)紙的折疊成型，干燥定型及輸出至小盒透明包裝設(shè)備。小盒煙包經(jīng)YB59、YB69、YB99 改型設(shè)備依次進(jìn)行小盒透明紙（實(shí)施小盒透明六面整容）、條盒及條盒透明紙包裝（實(shí)施條盒透明六面整容）。

圖7 底推式雙鋁包包裝裝備平面布局Fig. 7 Layout of bottom push double aluminum packaging equipment

1.5 關(guān)鍵核心技術(shù)

1.5.1 無接觸式冷膠電子噴膠系統(tǒng)

加熱卷煙底推式雙鋁包包裝產(chǎn)品內(nèi)盒在包裝過程中，需將內(nèi)盒商標(biāo)紙盒端蓋部位及內(nèi)襯紙紙同內(nèi)框紙間進(jìn)行粘接。在外裹內(nèi)襯紙煙組輸送通道轉(zhuǎn)向處，布置電子噴槍，噴槍前150 mm 處安裝光電檢測，以準(zhǔn)確檢測鋁包的有無和起始位置；在鋁包輸送凸耳鏈側(cè)面安裝編碼器來測量商標(biāo)紙轉(zhuǎn)過的位移，以使噴槍能在指定位置給鋁包上膠。鋁包與商標(biāo)紙盒蓋噴膠機(jī)構(gòu)使用相同控制器和顯示屏，控制器與噴槍、光電檢測、編碼器、膠泵、顯示屏連接在一起，組成完整的控制線路。當(dāng)光電檢測檢測到鋁包時(shí)，發(fā)出信號至控制器中，控制器根據(jù)編碼器信號精確定位鋁包位置后再適當(dāng)時(shí)刻輸出信號到噴槍觸發(fā)噴膠。

圖8 無接觸式冷膠電子噴膠系統(tǒng)Fig. 8 Non-contact cold glue electronic spray system

1.5.2 煙支質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)

底推式雙鋁包兩內(nèi)盒包裝機(jī)，在煙支成型輪轉(zhuǎn)盤處均配備煙支質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)主要由圖像采集組件、控制器、改造配件等組成?？刂破鲀?nèi)包括1 個(gè)控制組件、1 個(gè)帶觸摸屏的彩色液晶屏及1 個(gè)母板。圖像采集組件負(fù)責(zé)采集煙絲端面圖像，初步處理后傳送給控制組件?？刂平M件利用圖像處理技術(shù)對采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，判斷當(dāng)前煙包是否存在缺陷。在檢測到存在缺陷的煙包時(shí)向包裝機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)送剔除信號，由包裝機(jī)組控制系統(tǒng)在相應(yīng)位置將缺陷煙包剔除。該系統(tǒng)以機(jī)器視覺技術(shù)為基礎(chǔ)的新型煙支檢測器，主要用于檢測包裝機(jī)模盒內(nèi)單個(gè)煙支的裝填情況（空頭檢測），以及整個(gè)煙包的完整性（缺支、反支檢測）。

圖9 煙支質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)Fig. 9 Cigarette quality visual inspection system

2 應(yīng)用效果

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：“COO”牌加熱卷煙制品（規(guī)格7.7×56 mm）；采用對照卷煙為“HEETS”，由PM（Philip Morris Companies Inc.）公司制造。設(shè)備：ZB43 改型包裝機(jī)組（國產(chǎn)）。方法：連續(xù)運(yùn)行6 d，每天1 班，連續(xù)運(yùn)行7 h，按80 包/min 生產(chǎn)速度運(yùn)行，根據(jù)湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電加熱低溫卷煙通用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（外觀、物測）》、GB 5606.3—2005《卷煙第3 部分：包裝、卷制技術(shù)要求及貯運(yùn)》[9]對卷煙外觀質(zhì)量進(jìn)行檢測，統(tǒng)計(jì)卷煙包裝合格率，取六班運(yùn)行質(zhì)量抽檢得分平均值。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，統(tǒng)計(jì)有效作業(yè)率，計(jì)算公式為：（實(shí)際產(chǎn)量）/（定額車速×有效工作時(shí)間）×100%。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 對標(biāo)檢測分析研究

選取行業(yè)電加熱主流產(chǎn)品HEETS 進(jìn)行對標(biāo)檢測分析，檢測項(xiàng)目包括卷煙設(shè)計(jì)、卷煙外觀。

（1）卷煙設(shè)計(jì)對比。HEETS 與武漢卷煙廠自產(chǎn)加熱卷煙制品COO 的卷煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)對比如表1 所示，從設(shè)計(jì)上來看，兩種產(chǎn)品有較大差異，COO 產(chǎn)品的材料材質(zhì)及包裝更有設(shè)計(jì)感。

表1 兩種卷煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)對比Tab. 1 Design comparison of two kinds of cigarette products

（2）外觀質(zhì)量對比。HEETS 與武漢卷煙廠自產(chǎn)新型低溫電加熱卷煙產(chǎn)品COO 的卷煙產(chǎn)品外觀質(zhì)量對比如表2 所示（以設(shè)備驗(yàn)收階段抽檢產(chǎn)品為研究對象）。

表2 兩種卷煙產(chǎn)品外觀質(zhì)量對比Tab. 2 Comparison of appearance quality of two kinds of cigarette products

a. 條裝外觀質(zhì)量對比。HEETS 與武漢廠自產(chǎn)新型低溫電加熱卷煙產(chǎn)品COO 的卷煙產(chǎn)品條裝透明均較為平整，條盒棱角分明、圖案對齊，條盒采取相同包裝方式，條盒正面盒蓋不點(diǎn)膠。條盒均方正平整，無觸皺、不潔等缺陷。

b. 盒裝外觀質(zhì)量對比。盒裝正面透明外觀均較為平整，HEETS 小盒正面有輕微盒縫不齊現(xiàn)象，小盒內(nèi)框紙有扣搭均粘連缺陷但未造成小盒盒縫不嚴(yán)；COO 產(chǎn)品印有小盒鋼印的內(nèi)包有翹邊，且內(nèi)包均有內(nèi)框紙不牢的現(xiàn)象。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析

由表3 可見，基于ZB43 型包裝機(jī)組改造，鏈?zhǔn)缴a(chǎn)底推式雙鋁包加熱卷煙時(shí)，經(jīng)抽檢，煙支空頭、缺支、反支等質(zhì)量缺陷率為零，盒裝粘貼不牢等質(zhì)量缺陷率為零，卷煙成品外觀質(zhì)量合格率平均得分為97.5 分，滿足湖北中煙內(nèi)控卷煙工藝標(biāo)準(zhǔn)。由表3 可見，整機(jī)（內(nèi)盒→外盒→小盒透明→小透轉(zhuǎn)置→小透立盒→條盒→條透）鏈?zhǔn)椒€(wěn)定運(yùn)行，額定生產(chǎn)能力≥80 包/min；機(jī)器有效運(yùn)行效率≥80%。設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以滿足卷煙包裝形式多樣化，提高包裝設(shè)備的生產(chǎn)效率。

表3 設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析Tab. 3 Statistical analysis of equipment operation

3 結(jié)論

基于對ZB43 型包裝設(shè)備的認(rèn)識及黃鶴樓系列產(chǎn)品通道成型原理的理解，在ZB43 型包裝機(jī)基礎(chǔ)上創(chuàng)新性工藝再造，自主研制先內(nèi)盒包裝，兩內(nèi)盒并包后再外盒包裝的包裝技術(shù)，同時(shí)在此基礎(chǔ)上研制雙包左右并包機(jī)構(gòu)、無接觸式冷膠電子噴膠系統(tǒng)、煙支質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包鏈?zhǔn)綑C(jī)械化生產(chǎn)，滿足異型包裝功能要求。以武漢卷煙廠生產(chǎn)“COO”品牌加熱卷煙制品為對象進(jìn)行測試，結(jié)果表明：整機(jī)運(yùn)行速度≥80 包/min 以上，運(yùn)行凈效率≥80%，機(jī)械化產(chǎn)品工藝質(zhì)量達(dá)到市場投放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)機(jī)械化生產(chǎn)有力保障了產(chǎn)品一致性標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備驗(yàn)收階段質(zhì)量平均得分≥97.5 分，滿足卷煙工藝標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以滿足卷煙包裝形式多樣化，提高包裝設(shè)備的生產(chǎn)效率。