新型底推式雙煙包包裝工藝及機構(gòu)設(shè)計

陳遠超，余震安，曾雄偉，張 鵬，盧曉波，余其旺，熊志輝

（湖北中煙工業(yè)有限責任公司 武漢卷煙廠，武漢 430040）

0 引言

卷煙包裝的自動化、智能化生產(chǎn)是煙草行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題［1-2］。我國煙草行業(yè)目前應(yīng)用的包裝設(shè)備主要依賴進口，維護成本高、系統(tǒng)開放性差［3］。莫錦秋等［4］基于雙路并排的生產(chǎn)思路，設(shè)計一種用于高速卷煙機的模盒折疊成型機構(gòu)，提高了卷煙包裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率。潘永華等［5］設(shè)計一種折疊屏煙包包裝方法及裝置，實現(xiàn)雙煙包的穩(wěn)定轉(zhuǎn)向輸送，包裝精度高、成型質(zhì)量好。楊明權(quán)等［6］設(shè)計一種雙鋁包內(nèi)襯紙折疊并包機構(gòu)，實現(xiàn)雙鋁包包裝的自動化生產(chǎn)，且滿足卷煙保香保潤的包裝工藝要求。蘇琦等［7］基于YB418型雙鋁包異型包裝機設(shè)計一種內(nèi)襯紙切割裝置，有效滿足卷煙市場個性化、多樣化的包裝需求。王權(quán)、陳遠超等［8-9］對ZB43包裝設(shè)備改造升級，實現(xiàn)加熱卷煙底推式雙鋁包的自動化生產(chǎn)。曾亞波等［10］研制開發(fā)卷煙內(nèi)盒自動化包裝生產(chǎn)專用設(shè)備，實現(xiàn)保潤包內(nèi)盒包裝自動化生產(chǎn)，提高包裝生產(chǎn)效率。上述研究中的香煙煙包為單鋁包包裝形式，無法滿足卷煙市場的新型包裝需求，難以做到長時間保潤保香。為此，本文設(shè)計一種新型底推式雙煙包包裝工藝及自動化包裝機構(gòu)，提高煙包包裝生產(chǎn)效率，減免內(nèi)在水分蒸發(fā)，從而實現(xiàn)保潤保香的目的。

1 雙煙包底推盒型包裝工藝設(shè)計

1.1 包裝形式設(shè)計

如圖1所示，與傳統(tǒng)卷煙制品的包裝形式不同，底推式雙煙包包裝分為內(nèi)盒和外盒。內(nèi)盒由5-5雙排煙支、內(nèi)襯紙、內(nèi)框紙和商標紙組成，雙內(nèi)盒并包后外裹外盒商標紙，完成雙內(nèi)盒完整包裝。在外盒商標紙底部對應(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，包裝形式新穎。

圖1 雙煙包包裝形式及其放入條盒姿態(tài)示意圖Fig.1 The packaging form of the double cigarette pack and its position in the box

1.2 包裝工藝流程及設(shè)備布局設(shè)計

GDX2卷煙包裝機是卷煙廠硬盒包裝設(shè)備，包裝技術(shù)成熟，生產(chǎn)性能穩(wěn)定，是目前國內(nèi)卷煙生產(chǎn)企業(yè)的主力包裝設(shè)備。雙煙包底推式包裝機構(gòu)與GDX2設(shè)備平臺的雙煙包包裝在包裝工藝及技術(shù)參數(shù)上非常接近，因此，雙煙包底推式包裝工藝及設(shè)備在現(xiàn)有GDX2設(shè)備平臺的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計。具體工藝流程如圖2所示。

圖2 雙煙包包裝工藝流程圖Fig.2 Double cigarette pack packaging process flow chart

首先，基于現(xiàn)有GDX2設(shè)備平臺完成機械化內(nèi)盒成型和兩內(nèi)盒并包工序；然后，采用雙煙包底推式包裝機構(gòu)完成雙煙包的包裹成型；最后，將外盒包裝輸出至外盒透明包裝工序，以完成后續(xù)的條盒包裝和條盒透明包裝工序。

基于GDX2設(shè)備平臺改造的雙煙包底推式包裝設(shè)備布局如圖3所示，主要包括煙包供給機構(gòu)、商標紙供給機構(gòu)和煙包成型機構(gòu)等核心部件。煙包供給機構(gòu)將雙煙包直接輸送到煙包成型機構(gòu)下方，每運動1次輸送2個內(nèi)盒煙包，如有誤差，則通過伺服電機機構(gòu)補償，以實現(xiàn)2個內(nèi)盒煙包的同時供給。標準硬包小盒商標紙與底推式外盒COO商標紙的傳動原理相同，因此，底推式外盒COO商標紙的供給機構(gòu)借鑒GDX2設(shè)備平臺的供給機構(gòu)實現(xiàn)傳送。但由于底推式外盒COO商標紙與標準硬包小盒商標紙的尺寸差異較大，且折疊成型工藝復雜，因此對煙包成型機構(gòu)進行重新設(shè)計，在盡可能小地改動原GDX2設(shè)備機組的情況下，滿足底推式外盒COO商標紙的自動化包裝需求。

圖3 雙煙包底推式盒型包裝設(shè)備布局圖Fig.3 Layout of double cigarette pack bottom push-type box packaging equipment

2 雙煙包底推盒型包裝機構(gòu)設(shè)計

2.1 工作原理

如圖4所示，底推式外盒COO商標紙包括盒側(cè)外折翼、盒底內(nèi)折翼、盒側(cè)內(nèi)折翼、盒正面和盒背面。

圖4 外盒商標紙示意圖Fig.4 Schematic diagram of outer box label paper

如圖5所示，底推式外盒的包裝過程包括7個工序，具體工作原理：在商標紙折疊開始之前，雙煙包位于商標紙的正下方；在工步1，雙煙包被頂升進入煙包夾持機構(gòu)中，在左、右卡煙板的作用下，完成商標紙的盒側(cè)內(nèi)折翼折疊；雙煙包和商標紙隨著煙包夾持機構(gòu)轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動45°的過程中，商標紙的盒底內(nèi)折翼折疊；煙包夾持機構(gòu)繼續(xù)轉(zhuǎn)動135°，商標紙的盒正面沿著內(nèi)折疊環(huán)和外折疊環(huán)之間的通道旋轉(zhuǎn)到工步5的位置，此時，內(nèi)上折疊器在桿的轉(zhuǎn)動下，L型卡槽卡住商標紙的盒正面，完成商標紙的盒正面折疊；為防止折疊的盒正面反彈，采用連桿將盒商標紙盒正面壓住，煙包進入到工步7；煙包夾持機構(gòu)繼續(xù)轉(zhuǎn)動45°，完成商標紙的盒側(cè)外折翼折疊，同時雙煙包被推入下一工序。至此，完成雙煙包商標紙的折疊。

圖5 外盒商標紙的折疊工藝流程圖Fig.5 Folding process flow chart of outer box trademark paper

2.2 機構(gòu)組成及原理

如圖6所示，雙煙包自動化包裝機構(gòu)主要由煙包夾持機構(gòu)、外半圓架、內(nèi)半圓架、外折疊環(huán)、內(nèi)折疊環(huán)和連桿等部件組成。

圖6 外盒商標紙的包裝機構(gòu)示意圖Fig.6 Schematic diagram of the packaging mechanism of the outer box trademark paper

煙包夾持機構(gòu)安裝在輪圈上，輪圈安裝在法蘭上，法蘭套裝在支架上。外半圓架和內(nèi)半圓架平行安裝在銷軸上，銷軸安裝在連桿上，連桿安裝在支座的一端。內(nèi)折疊環(huán)安裝在機蓋上，外折疊環(huán)安裝在內(nèi)半圓架上，內(nèi)折疊環(huán)和外折疊環(huán)組成折疊軌道。連桿的一端安裝在軸上，內(nèi)折疊器安裝在連桿的一端，連桿的另外一端安裝在機座上。

煙包夾持機構(gòu)包括外輪圈、內(nèi)輪圈、左卡煙板和右卡煙板，如圖7所示。外輪圈安裝在輪圈上，內(nèi)輪圈與外輪圈通過螺栓連接。左卡煙板和右卡煙板一端安裝在外輪圈上，另外一端安裝在內(nèi)輪圈上，左卡煙板和右卡煙板相對安裝，且一個左卡煙板和一個右卡煙板為一組煙包夾持組合。煙包夾持機構(gòu)上一共安裝有8組煙包夾持組合，且等角度安裝。

圖7 包裝機構(gòu)的煙包夾持結(jié)構(gòu)示意圖Fig.7 Schematic diagram of cigarette pack holding structure of packaging mechanism

雙煙包包裝的工作原理：首先，YB45機將內(nèi)盒煙包包裝成型輸出，在進入外盒包裝機構(gòu)之前，兩內(nèi)盒并包，將2包內(nèi)盒煙包一起推送到外盒包裝機構(gòu)；通過商標紙供給機構(gòu)，將小盒商標紙輸送到外盒包裝機構(gòu)中，商標紙位于雙包內(nèi)盒之上，由推煙機構(gòu)將煙包盒商標紙一起推入外盒包裝機構(gòu)中，雙包內(nèi)盒煙包與商標紙在外盒包裝機構(gòu)中翻轉(zhuǎn)270°，完成雙煙包包裝，形成外盒煙包，外盒煙包輸送進入YB55型外盒小透包裝機，進行盒外透明紙的包裝；隨后，將10包外盒煙在YB65機中進行條盒包裝；最后，在YB95機中，完成條外透明紙的包裝。

2.3 應(yīng)用效果分析

為驗證雙煙包底推盒型包裝工藝及自動化包裝機構(gòu)的有效性，以某品牌香煙為對象進行測試，進行有效性驗證，如圖8所示。

圖8 試驗裝置及設(shè)備現(xiàn)場測試圖Fig.8 Test device and on-site testing diagram

測試時間為第1，5，9，13，14，15 d，雙煙包底推式盒型包裝機組連續(xù)運行1 h，外盒包裝速度設(shè)定為200包/分鐘，總共進行6 d同時間段測試，結(jié)果見表1。

表1 6 d同時間段某品牌香煙商標紙包裝的測試結(jié)果Tab.1 Test results of a brand of cigarette trademark paper packaging during the same period of 6 days

在6 d同時間段內(nèi)，每次測試的不合格煙包逐漸遞減，成品抽檢質(zhì)量符合GB 5606.3-2005《卷煙 第3部分：包裝、卷制技術(shù)要求及貯運》［11］相關(guān)要求；包裝合格率由77.5%提升至99.5%，結(jié)果滿足設(shè)備的技術(shù)要求，表明該設(shè)備機組符合設(shè)計要求，達到設(shè)計目的。

3 結(jié)語

針對卷煙市場對包裝風格多樣性、煙支保潤保香的需求，設(shè)計一種新型的雙煙包底推盒型包裝工藝，基于現(xiàn)有GDX2設(shè)備平臺開發(fā)一種自動化包裝機構(gòu)，實現(xiàn)雙內(nèi)盒并包后自動包裹外盒商標紙等動作。以某品牌香煙為對象進行測試，結(jié)果表明：研發(fā)的設(shè)備運行穩(wěn)定，包裝速度為200包/分鐘，包裝合格率達到99.5%以上，滿足設(shè)備的設(shè)計要求和技術(shù)指標，有效提升煙包生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，為后續(xù)卷煙包裝的全自動化生產(chǎn)提供參考。