YB95A 型條透包裝機(jī)通道調(diào)整裝置設(shè)計(jì)

鐘志軍，林春榮，鐘建文

（江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司贛州卷煙廠，江西贛州 341000）

0 引言

YB95A 型條外透明紙包裝機(jī)是將10 包一條的硬條外層包裹一層透明紙的專用設(shè)備，是ZB45 型硬盒包裝機(jī)組中卷煙包裝的最后一道工序。該機(jī)型是目前我國各卷煙工廠的主流機(jī)型，在行業(yè)內(nèi)被廣泛使用。由于本機(jī)的動(dòng)力來源于上游機(jī)，因此其包裹動(dòng)作與上游機(jī)同步，有很好的銜接性。在裹包過程中，機(jī)器上設(shè)有電氣檢測與控制裝置，實(shí)現(xiàn)全部生產(chǎn)流程的自動(dòng)化，從而保證了包裝質(zhì)量的穩(wěn)定性。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于包裝工藝的不斷改進(jìn)以及品牌結(jié)構(gòu)的頻繁更換調(diào)整，導(dǎo)致設(shè)備不能很好地適應(yīng)各種變化，經(jīng)常出現(xiàn)因第一提升通道過緊、過松或兩導(dǎo)板平行度不符合標(biāo)準(zhǔn)引起的設(shè)備離合器脫開、包裝外觀質(zhì)量差、拉線錯(cuò)牙等問題，需要經(jīng)常調(diào)整第一提升通道調(diào)節(jié)板，一定程度地影響了設(shè)備的有效作業(yè)率。因此，決定對(duì)第一提升裝置調(diào)節(jié)板的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)。

1 問題分析

1.1 工作原理

YB95A 型條外透明紙包裝機(jī)第一提升器工作原理如圖1所示。從YB65A 型硬條包裝機(jī)推出的硬條煙被推送至YB95A型條外透明紙包裝機(jī)的第一提升器上，被剪切成定長并粘有拉帶的透明紙由夾鉗輸送到機(jī)器的包裝位置（已到位的硬條煙的上方），此時(shí)提升器由起始等待位置帶著推送到位的硬條煙和粘有拉帶的透明紙開始提升，并經(jīng)過第一提升可調(diào)通道形成〔形包裹，提升至最高點(diǎn)后〔形煙在臺(tái)面進(jìn)行水平推送和折疊，至此第一提升器完成工作，下降至起始等待位置。

圖1 YB95A 型條透包裝機(jī)第一提升器工作原理

1.2 存在的問題

當(dāng)更換品牌或改變包裝材料時(shí)，由于硬條外形尺寸或包裝材料厚度、摩擦因數(shù)的改變，第一提升通道也需要進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整。原設(shè)計(jì)的調(diào)整方式需要用扳手松開第一通道調(diào)節(jié)板兩端側(cè)面上的固定螺釘，通過前后移動(dòng)調(diào)節(jié)板來調(diào)節(jié)第一提升通道的松緊度。

在實(shí)際調(diào)整操作過程中，需要維修人員到設(shè)備兩端同時(shí)操作調(diào)整，在緊固過程中經(jīng)常會(huì)造成調(diào)節(jié)板位置的輕微偏移，有時(shí)需要多次調(diào)整才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。由于調(diào)整精確度不高，在反復(fù)調(diào)整過程中極易出現(xiàn)條透包裹歪斜、松弛、條盒破損、條透拉帶錯(cuò)牙等問題，導(dǎo)致產(chǎn)品次品率偏高，且維修調(diào)整所需時(shí)間長，嚴(yán)重影響設(shè)備有效作業(yè)率。

1.2.1 透明紙歪斜

透明紙歪斜問題的主要原因是提升通道過松或不平行，條煙提升時(shí)兩端受力不勻。

1.2.2 拉帶錯(cuò)牙

透明紙拉帶不齊（錯(cuò)牙）問題的主要原因是提升通道不平行，條煙提升時(shí)透明紙兩端所受摩擦力不勻，造成透明紙拉帶不齊（錯(cuò)牙）。

1.2.3 透明紙松弛

透明紙松弛問題的主要原因是提升通道過松，條煙提升時(shí)摩擦力太小。

1.2.4 條盒缺陷

條盒缺陷問題的主要原因是提升通道過緊，條煙提升時(shí)阻力太大，造成條盒破損缺陷或引起的設(shè)備離合器脫開。

1.3 問題統(tǒng)計(jì)

1.3.1 煙條質(zhì)量缺陷統(tǒng)計(jì)

2018 年7—12 月，條盒透明紙拉帶錯(cuò)牙、包裹不良煙條缺陷數(shù)量見表1。

表1 條盒透明紙拉帶錯(cuò)牙、包裹不良煙條缺陷統(tǒng)計(jì) 條

從表1 可以看出，2018 年7—12 月4 臺(tái)ZB45 型包裝機(jī)組共產(chǎn)生缺陷條煙數(shù)量條為157 條，每月平均26.2 條，每臺(tái)設(shè)備平均6.5 條/月。

1.3.2 通道調(diào)節(jié)板調(diào)整時(shí)間統(tǒng)計(jì)

2018 年7—12 月，YB95A 型條透機(jī)外透明紙第一提升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整時(shí)間見表2。

表2 第一提升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整時(shí)間統(tǒng)計(jì) min

從表2 可以看出：2018 年7—12 月，4 臺(tái)ZB45 型包裝機(jī)組第一提升通道調(diào)節(jié)板的調(diào)整時(shí)間共1280 min，每月平均213.3 min，每臺(tái)設(shè)備平均53.3 min/月。

1.3.3 通道調(diào)節(jié)板調(diào)整頻次統(tǒng)計(jì)

2018 年7—12 月，YB95A 型條透機(jī)外透明紙第一提升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整頻次見表3。

表3 第一提升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整頻次統(tǒng)計(jì) 次

從表3 可以看出：2018 年7—12 月，4 臺(tái)ZB45 型包裝機(jī)組第一提升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整頻次為96 次，每月平均16 次，每臺(tái)設(shè)備平均4 次。

由此可見，由于YB95A 型條透機(jī)第一提升通道調(diào)節(jié)板需要人工調(diào)整，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)品多、調(diào)整耗時(shí)長、調(diào)整頻次高等問題。

1.4 原因分析

1.4.1 擠煙

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)?shù)谝惶嵘ǖ烙捎跀D煙造成兩側(cè)尺寸發(fā)生變化時(shí)，由于通道寬窄不均，會(huì)造成透明紙歪斜的現(xiàn)象出現(xiàn)。為調(diào)整好第一提升通道窗口，就要求通道窗口兩邊對(duì)煙條的摩擦力是均衡的，這樣才能避免透明紙?jiān)陧斏龝r(shí)兩端受力不均勻而發(fā)生偏斜。

1.4.2 調(diào)整不當(dāng)

原機(jī)在調(diào)節(jié)板上兩端各有一顆固定螺釘，而且為了保證調(diào)節(jié)板在調(diào)整水平位置時(shí)垂直位置不改變，板的兩端開了定位槽，使其可以在板架上自由滑動(dòng)。當(dāng)調(diào)節(jié)板移動(dòng)到與條煙寬度相當(dāng)時(shí)，鎖緊兩端螺釘，完成調(diào)整。

在實(shí)際調(diào)整中，由于板的兩端定位槽卡在板架上，一端螺釘固定調(diào)整另一端螺釘時(shí)，往往需要用借助其他工具移動(dòng)調(diào)節(jié)板。兩端同時(shí)需要調(diào)整時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)調(diào)好的寬度在緊固螺釘過程中又發(fā)生移位，而這種情況一般很難被發(fā)現(xiàn)，造成第一提升通道窗口調(diào)整不到位。

1.4.3 更換品牌或包裝材料

設(shè)備正常運(yùn)行結(jié)束生產(chǎn)，清潔整理后接著進(jìn)行下一品牌生產(chǎn)，由于品牌包裝材料規(guī)格頻繁變化，需要重新調(diào)整第一提升通道調(diào)節(jié)板。為了更好地保證YB95A 型條外透明紙包裝機(jī)第一提升器調(diào)節(jié)板調(diào)整精度和調(diào)整后的穩(wěn)定性，因此對(duì)此處調(diào)節(jié)板的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 方案一

針對(duì)上述問題，考慮對(duì)第一提升通道調(diào)節(jié)板調(diào)節(jié)方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在調(diào)節(jié)板上增加一套絲桿調(diào)節(jié)裝置，該裝置在調(diào)節(jié)板上固定一個(gè)牽引塊，利用固定在板架上的調(diào)節(jié)螺桿調(diào)整調(diào)節(jié)板的水平移動(dòng)，到位后緊固螺釘（圖2）。由于在調(diào)節(jié)板上設(shè)計(jì)安裝一個(gè)固定牽引塊加工工藝復(fù)雜、安裝不便。經(jīng)測試，該裝置容易松動(dòng)、緊固調(diào)節(jié)板也不方便，故沒進(jìn)行推廣。

圖2 方案一測試驗(yàn)證

2.2 方案二

針對(duì)方案一的不足，為了達(dá)到調(diào)節(jié)板實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)精準(zhǔn)、固定牢靠、結(jié)構(gòu)簡單的目的，決定將原固定螺絲上的墊板加厚、加寬（圖3），設(shè)計(jì)改裝成一個(gè)集牽引塊與固定墊板為一體的活動(dòng)牽引滑塊（圖4），這樣就解決了需要在調(diào)節(jié)板上增加固定一個(gè)牽引塊的問題。利用安裝在板架上的調(diào)節(jié)螺桿移動(dòng)牽引滑塊（墊板），再利用活動(dòng)牽引滑塊（墊板）上固定調(diào)節(jié)板的螺釘來帶動(dòng)調(diào)節(jié)板水平移動(dòng)。當(dāng)調(diào)節(jié)到位時(shí)，在兩端的活動(dòng)牽引滑塊（墊板）上分別由一顆帶手柄的加長螺釘固定，代替原來的普通外六角螺釘。該改進(jìn)方案既保證了原調(diào)節(jié)板的垂直方向不變，又達(dá)到了精準(zhǔn)調(diào)節(jié)水平方向的目的，同時(shí)簡化了調(diào)節(jié)板的調(diào)整方式，節(jié)約調(diào)整時(shí)間、提高調(diào)整精度，達(dá)到提升設(shè)備有效作業(yè)率的目的。

圖3 原固定螺絲和墊板位置結(jié)構(gòu)

圖4 方案二設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3 方案實(shí)施

3.1 活動(dòng)滑塊設(shè)計(jì)

根據(jù)方案二的設(shè)計(jì)，將原固定螺絲的墊板進(jìn)行加厚、加寬，改裝成一個(gè)集牽引塊與固定卡塊為一體的活動(dòng)滑塊，保留了原固定螺絲墊板對(duì)于調(diào)節(jié)板的水平位置固定加強(qiáng)作用，又在滑塊上設(shè)計(jì)了階梯面，與機(jī)器原板架緊密配合，同時(shí)在活動(dòng)滑塊上保留固定孔，可以取代原固定螺釘墊板的作用。并對(duì)調(diào)節(jié)板垂直方向限位進(jìn)行加強(qiáng)，一定程度增加固定的穩(wěn)定性。加厚加寬也是為了更好的與固定螺桿和可調(diào)螺桿進(jìn)行裝配配合。

通過對(duì)板架原固定小板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測繪分析，活動(dòng)滑塊鑲?cè)朐寮懿糠值某叽鐓?shù)為：長度30.0 mm、寬度30.0 mm，外端面尺寸為長度50.0 mm、寬度30.0 mm，總厚度25.0 mm（外部厚度20.0 mm，突臺(tái)厚度5.0 mm）。在滑塊外端面加工直徑13.0 mm、深度17.0 mm、內(nèi)端直徑8.2 mm、深度8.0 mm 的一個(gè)沉孔固定孔。在側(cè)端面加工M10 細(xì)牙螺紋孔，螺距1.0 mm，用于配合調(diào)節(jié)螺桿和固定螺桿。并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中調(diào)節(jié)板的調(diào)整范圍，在滑塊有效調(diào)整行程的固定板架正上方對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)刻度線，以便精準(zhǔn)調(diào)整（圖5）。

圖5 活動(dòng)滑塊設(shè)計(jì)

3.2 固定手柄螺釘設(shè)計(jì)

固定手柄螺釘是用來對(duì)滑塊進(jìn)行位置的鎖緊固定，其目的是在替代原固定螺釘?shù)幕A(chǔ)上從調(diào)整快捷、易操作的角度進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。因此處緊固力不大，用0.5 m 的扭力扳手找到體型各異的一組人做實(shí)驗(yàn)，扭矩平均能達(dá)到90 N·m 左右，這樣算下來人能使出的力是180 N。查詢技術(shù)手冊(cè)得出M8 螺釘?shù)木o固扭矩范圍10.3 N·m，通過公式得出手柄的半徑應(yīng)不小于5.5÷180=0.03 m。因此特設(shè)計(jì)固定手柄尺寸為35.0 mm 便于手動(dòng)扭緊鎖緊裝置，而該處原來固定螺絲是M8×1.25 mm 的普通外六角螺絲，故固定手柄也采用M8×1.25 mm 的普通螺紋進(jìn)行固定。實(shí)際調(diào)整完成在方便進(jìn)行鎖緊操作的前提下，受機(jī)臺(tái)空間限制、固定螺釘實(shí)際位移量較小且手柄總長不能突出通道端面太多，以免影響到原機(jī)其他部位的調(diào)整，故手柄設(shè)計(jì)總長為90.0 mm，螺釘螺紋總長為40.0 mm。固定手柄螺釘?shù)倪x材則參考同類型固定手柄螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)材料采用45#鋼作為加工材料，主要因其抗壓能力較好，加工方便，應(yīng)用廣泛，各項(xiàng)性能均符合設(shè)計(jì)要求。其尺寸參數(shù)如圖6 所示。

圖6 固定手柄螺釘設(shè)計(jì)

3.3 調(diào)節(jié)桿設(shè)計(jì)

依據(jù)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，調(diào)節(jié)桿是用來牽引導(dǎo)軌內(nèi)的滑塊從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)板的前后水平位移，因此調(diào)節(jié)桿的螺桿長度要符合日常調(diào)整需求?？紤]到日常調(diào)整中，調(diào)節(jié)板的調(diào)整位移量較小，一般總調(diào)整行程為10.0 mm 左右，在實(shí)際調(diào)整過程中一般均是進(jìn)行微調(diào)，具體調(diào)整位移量較小。因此調(diào)節(jié)桿細(xì)牙M10 螺紋的總長度為20.00 mm，螺距1.0 mm，比較符合日常調(diào)整需求。因?qū)嶋H運(yùn)用中調(diào)節(jié)桿對(duì)于活動(dòng)滑塊的牽引力較小，因此在調(diào)節(jié)桿上與固定座配合處設(shè)有長度12.0 mm、深度1.0 mm 的階梯槽來對(duì)調(diào)節(jié)桿的位置進(jìn)行限位固定。調(diào)節(jié)桿整體設(shè)計(jì)在保證實(shí)用性與布局合理的前提下設(shè)計(jì)手柄尺寸為直徑35.0 mm，桿直徑12.0 mm，總長度為104.0 mm。這樣就避免了手柄尺寸過長突出第一提升通道側(cè)面過多，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)布局不合理或者調(diào)節(jié)桿的調(diào)節(jié)行程盈余不符合實(shí)際。調(diào)節(jié)桿的具體尺寸參數(shù)如圖7 所示。

圖7 調(diào)節(jié)桿設(shè)計(jì)

3.4 固定座設(shè)計(jì)

考慮到調(diào)節(jié)桿在調(diào)節(jié)過程中能夠被精準(zhǔn)有效地限位，因此對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)與之相配合的固定座來對(duì)調(diào)節(jié)螺桿進(jìn)行固定和保證牽引滑塊時(shí)有水平方向的引導(dǎo)力。固定座選取兩塊夾緊形成包裹的夾緊塊將調(diào)節(jié)桿進(jìn)行夾緊式固定，同時(shí)方便了安裝與拆卸。其一端在內(nèi)側(cè)與第一提升通道板架導(dǎo)軌相貼合，故設(shè)計(jì)有長30.0 mm、寬12.0 mm、高5.0 mm 的凸臺(tái)與滑塊導(dǎo)軌緊密配合，從而保證固定座的位置精度，這樣就可以認(rèn)為調(diào)節(jié)桿對(duì)于滑塊的牽引力是水平且均勻的。另一端在外側(cè)通過固定座螺釘與之連接將調(diào)節(jié)螺桿夾緊并固定在板架上，兩塊固定座中心孔徑為10.0 mm，與調(diào)節(jié)桿相匹配，因?qū)嶋H調(diào)整運(yùn)用中調(diào)節(jié)桿對(duì)于固定座的作用力不大，參考常用同類型固定座的設(shè)計(jì)，所以在固定座上下各取兩直徑為6.0 mm 的孔徑，通過上下各一顆M5 的固定螺釘固定在第一提升裝置側(cè)板上，固定強(qiáng)度足夠。這樣設(shè)計(jì)可以保證固定后的穩(wěn)定性，整體上固定座的總裝配尺寸和安裝位置對(duì)原機(jī)結(jié)構(gòu)影響較小，其具體尺寸參數(shù)如圖8 所示。

圖8 固定座設(shè)計(jì)

3.5 絲桿調(diào)整裝置的材料選取和表面處理

考慮到實(shí)際運(yùn)用中，活動(dòng)滑塊與固定板架導(dǎo)軌的配合精度對(duì)于調(diào)整精度的影響較大，因此滑塊與導(dǎo)軌配合的各端面必須具備一定的強(qiáng)度，且耐磨性能良好，這樣才能保證滑塊不變形，進(jìn)而保證活動(dòng)滑塊在調(diào)整過程中與導(dǎo)軌配合緊密。綜合考慮調(diào)節(jié)桿、活動(dòng)滑塊、固定座、固定手柄螺釘?shù)葘?duì)于耐磨性、抗變形能力的各項(xiàng)要求，選取45 號(hào)鋼作為絲桿調(diào)整裝置的選料。45 號(hào)鋼抗壓能力好、強(qiáng)度高、加工方便。同時(shí)，為了防止絲桿調(diào)整裝置生銹，對(duì)所有加工件表面都進(jìn)行了發(fā)黑處理，以達(dá)到防銹的目的。

3.6 絲桿調(diào)整裝置組裝

將上述零部件按圖9 進(jìn)行組裝，形成整套絲桿調(diào)整裝置。

圖9 調(diào)整裝置組裝

3.7 絲桿調(diào)整裝置安裝位置

絲桿調(diào)整裝置安裝在YB95A 型條盒透明紙包裝機(jī)第一提升通道調(diào)節(jié)板內(nèi)外兩側(cè)的固定支架上，用于第一提升通道調(diào)節(jié)板的調(diào)整（圖10）。

圖10 調(diào)整裝置安裝實(shí)物

4 實(shí)施效果

調(diào)整裝置設(shè)計(jì)實(shí)施安裝后，缺陷條外透明紙條煙大幅度下降、維修調(diào)整時(shí)間大幅度減少，設(shè)備有效作業(yè)率也有穩(wěn)步提高，達(dá)到了預(yù)期效果。

4.1 煙條質(zhì)量缺陷統(tǒng)計(jì)對(duì)比

統(tǒng)計(jì)2019 年1—6 月（改進(jìn)后）與2018 年7—12 月（改進(jìn)前）在線檢驗(yàn)存在拉帶錯(cuò)牙、包裹不良缺陷的條數(shù)，并進(jìn)行對(duì)比（表4）。

表4 機(jī)組條透煙缺陷統(tǒng)計(jì)分析 條

從表4 可以看出：2018年7—12 月，4 臺(tái)ZB45 型包裝機(jī)組共產(chǎn)生缺陷條透煙數(shù)量為157 條，每月平均26.2 條；2019 年1—6 月，4 臺(tái)ZB45 型包裝機(jī)組共產(chǎn)生缺陷條透煙數(shù)量為75 條，平均12.5 條/月。每臺(tái)設(shè)備平均3條/月。

4.2 第一提升通道調(diào)整耗時(shí)統(tǒng)計(jì)對(duì)比

統(tǒng)計(jì)2019 年1—6 月與2018 年7—12 月設(shè)備第一提升通道調(diào)整耗時(shí)，并進(jìn)行對(duì)比（表5）。

表5 設(shè)備故障時(shí)間統(tǒng)計(jì)min

從表5 可以看出：2018 年7—12 月，4 臺(tái)ZB45 型包裝機(jī)組設(shè)備第一提升通道調(diào)整總耗時(shí)為1310 min，每月平均218 min，每臺(tái)設(shè)備平均54.5 min/月。2019 年1—6 月，4 臺(tái)ZB45 型包裝機(jī)組設(shè)備第一提升通道調(diào)整總耗時(shí)為99 min，每月平均16.5 min，每臺(tái)設(shè)備平均4.1 min/月。結(jié)合每臺(tái)設(shè)備每個(gè)月?lián)Q牌2 次的運(yùn)行記錄，得出每次調(diào)整時(shí)間平均為2 min。

4.3 第一提升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整頻次統(tǒng)計(jì)

2019 年1—6 月，YB95A 型條透機(jī)外透明紙第一提升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整頻次見表6。

表6 第一提升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整頻次統(tǒng)計(jì) 次

從表6 可以看出：2019 年1—6 月，4 臺(tái)ZB45 包裝機(jī)組設(shè)備第一提升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整頻次總計(jì)48 次，每月平均8 次，每臺(tái)設(shè)備平均2 次。結(jié)合每臺(tái)設(shè)備每個(gè)月?lián)Q牌2 次的運(yùn)行記錄，得出返工率為0。

5 結(jié)論

研制YB95A 型條外透透明紙包裝機(jī)第一頂升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整裝置，提高了調(diào)節(jié)板部位的調(diào)整便利性，確保了調(diào)節(jié)板的調(diào)整精度，提高調(diào)整效率，使其能夠適用于日常生產(chǎn)中緊急維修情況下的調(diào)整，避免了因重復(fù)多次調(diào)整造成的煙條不合格。同時(shí)減少了維修時(shí)間，從而提高了設(shè)備有效作業(yè)率，在提質(zhì)降耗和提高設(shè)備有效作業(yè)率方面均取得了較為突出的成績。

條外透透明紙包裝機(jī)第一頂升通道調(diào)節(jié)板調(diào)整裝置經(jīng)過運(yùn)行驗(yàn)證后，已在包括公司其他煙廠的同類機(jī)臺(tái)推廣使用，并于2020年8 月18 日獲國家實(shí)用新型專利（專利號(hào)ZL201922038904.4）。