一種小盒煙標(biāo)取樣裝置的研發(fā)與應(yīng)用

摘" 要：為解決小盒煙標(biāo)取樣手工操作效率低下的問題，研發(fā)一種新型小盒煙標(biāo)取樣裝置。該裝置集成煙標(biāo)定位、裁切、下壓和樣品編號等功能，能夠快速、準(zhǔn)確對小盒煙標(biāo)進(jìn)行取樣，并確保取樣數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和精確性。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，省時省力，可以一次性準(zhǔn)確裁切出多個符合標(biāo)準(zhǔn)的檢測樣品。該裝置的投入使用，顯著地提高小盒煙標(biāo)取樣效率，有效地保證產(chǎn)品質(zhì)量。由于煙草輔料檢測技術(shù)及相關(guān)的設(shè)備研發(fā)在國內(nèi)仍基本處于空白狀態(tài)。因此，該裝置的研發(fā)及應(yīng)用對相關(guān)的設(shè)備及技術(shù)具有積極的開創(chuàng)及借鑒意義。

關(guān)鍵詞：研發(fā)；小盒煙標(biāo)取樣裝置；效率；檢測樣品；取樣數(shù)據(jù)

中圖分類號：TS47" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " "文章編號：2095-2945（2024）35-0048-04

Abstract： In order to solve the problem of low efficiency in manual sampling of small box cigarette labels， a new type of small box cigarette label sampling device was developed. The device integrates functions such as cigarette label positioning， cutting， pressing， and sample numbering， which can quickly and accurately sample small boxes of cigarette labels and ensure the stability and accuracy of sampling data. The device has simple structure， simple operation， time and effort， and can accurately cut multiple test samples that meet the standard at one time. The putting into use of this device has significantly improved the sampling efficiency of small cigarette labels and effectively ensured product quality. Since the research and development of tobacco excipient testing technology and related equipment is still basically blank in China， the research and development and application of this device have positive pioneering and reference significance for related equipment and technologies.

Keywords： research and development; small box cigarette label sampling device; efficiency; test sample; sampling data

在煙草行業(yè)中，小盒煙標(biāo)的樣品指標(biāo)檢測工作是生產(chǎn)準(zhǔn)備過程的關(guān)鍵步驟之一。傳統(tǒng)的手工取樣檢測方式效率低下，且容易出現(xiàn)誤差，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。尤其是檢驗小盒商標(biāo)樣品的壓痕挺度、表面摩擦系數(shù)等目標(biāo)參數(shù)時，需先對其進(jìn)行定量裁切，使檢測樣品與各種檢測儀器相適配，才能進(jìn)行后續(xù)的實驗檢測工作。在對煙標(biāo)樣品進(jìn)行檢測前的裁切操作中，需確保裁切的待檢測樣品尺寸統(tǒng)一，并希望裁切取樣操作過程簡單、快速、高效。在對煙標(biāo)樣品進(jìn)行裁切時，通常采用剪刀或者類似剪刀功能的裁切裝置進(jìn)行加工，并提前限定裁切范圍或與裝置上的刻度線對齊。實際操作過程中，無法保證檢測樣品輪廓、尺寸統(tǒng)一。實驗人員操作切割裝置時，由于手、刀具、待測樣品需近距離接觸，增加了被刀具劃傷的風(fēng)險。尤其當(dāng)檢測樣品厚度嚴(yán)重超標(biāo)時，裁切過程中可能會因剪切式刀具存在的剪應(yīng)力引起裁切樣品的移動，導(dǎo)致樣品形狀、尺寸發(fā)生改變，造成檢測數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏離真實值。

針對小盒煙標(biāo)取樣裝置的相關(guān)技術(shù)，國內(nèi)外的學(xué)者進(jìn)行了如下研究。丁明先等[1]研發(fā)了一種凹印煙標(biāo)條小盒追蹤標(biāo)改制印刷輥；康吉昌等[2]設(shè)計了一種用于鋁箔拉伸性能檢測的取樣裝置；楊曉凡等[3]發(fā)明了一種化工化驗分析用取樣裝置；張紅云等[4]設(shè)計了一種樣本過濾裝置及其取樣設(shè)備；高琳鋒等[5]研制了一種氣體自動取樣分析裝置;鄔小斌等[6]設(shè)計了一種用于煙標(biāo)貼合的煙盒深度測量裝置；郭方元等[7]發(fā)明了一種煙標(biāo)小盒定量取樣器及取樣方法；劉勝貴等[8]設(shè)計了小盒煙標(biāo)檢測預(yù)成型裝置。從以上內(nèi)容可以看出，針對小盒煙標(biāo)取樣裝置的研究只有一項，目前還非常有限。

因此，研發(fā)一種操作簡便、實用性強(qiáng)的煙標(biāo)取樣裝置是解決當(dāng)前問題的關(guān)鍵。

1" 設(shè)計思路

針對傳統(tǒng)煙標(biāo)取樣裝置（圖1）的諸多缺陷與不足，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。其目的在于研發(fā)一種設(shè)計巧妙，操作簡單，可根據(jù)各種待測樣品的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)的煙標(biāo)取樣裝置。并且，根據(jù)具體使用用途，設(shè)計出不同的裁切組件，實現(xiàn)一物多用。與傳統(tǒng)煙標(biāo)取樣裝置相比，新型煙標(biāo)取樣裝置有以下特點。

1.1" 壓桿支撐座可調(diào)高度

本文所設(shè)計的新型取樣裝置其下壓裝置組件包括壓桿組件和設(shè)置在壓桿組件下方的下壓組件。壓板應(yīng)位于頂板與底座之間，壓板的上端連接在下壓組件下方。壓桿組件安裝在壓桿支承座上，下壓組件下端貫穿頂板與下方的壓板連接。壓桿支承座對稱設(shè)置在頂板一端上部兩側(cè)，壓桿支承座包括可調(diào)支桿組件和連接在可調(diào)支桿組件一端端部的支承座。其中，可調(diào)支桿組件包括螺桿和數(shù)個與之適配的螺帽。

1.2" 偏心軸承的應(yīng)用

壓桿連接軸兩側(cè)布置2個偏心軸承，對稱連接在壓桿一端兩側(cè)；2根下壓柱，連接軸分別連接在偏心軸承外側(cè)。可以利用偏心軸承旋轉(zhuǎn)過程中的偏心輪廓驅(qū)動下壓柱實現(xiàn)豎直向下運動，從而帶動壓板形成下壓動作。

1.3" 壓桿整體呈“T”字形結(jié)構(gòu)

由于新型煙標(biāo)取樣裝置為對稱結(jié)構(gòu)，壓桿整體被設(shè)計成“T”字形。壓桿只設(shè)計一根，通過連接軸可驅(qū)動兩側(cè)偏心輪。另外，為操作時方便握住壓桿，壓桿手持部分設(shè)有防滑護(hù)套。

1.4" 下壓柱與頂板之間設(shè)計彈簧

下壓柱上部與偏心軸承接觸，其下部穿過頂板通過連接塊與壓板連接，下壓柱與頂板之間設(shè)計安裝彈簧。這樣設(shè)計的目的：非工作狀態(tài)時，始終處于頂板和底板的中部。在完成一次煙標(biāo)取樣工作后，釋放壓桿的同時，壓板可以快速退回。使壓板在空閑時始終保持同樣的高度，方便下一個取樣樣本的加載。

1.5" 頂板和底座設(shè)計成凹字形結(jié)構(gòu)

將頂板和底板設(shè)計成凹字形，也滿足該裝置對稱布置的需求。同時，在凹字型結(jié)構(gòu)的上方部分，對稱布置螺桿，作為煙標(biāo)取樣裝置的支撐件。在凹字形結(jié)構(gòu)的下方部分，布置下壓機(jī)構(gòu)、采樣樣本及裁切裝置。

小盒煙標(biāo)取樣裝置的研發(fā)思路源自對煙草生產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀和需求的深刻理解。主要包括以下幾點：①在煙草生產(chǎn)過程中，煙標(biāo)取樣操作是煙標(biāo)上機(jī)驗證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，傳統(tǒng)的人工操作效率低下且取樣誤差大，容易影響產(chǎn)品質(zhì)量。②消費者需求和市場趨勢不斷變化，煙草產(chǎn)品的規(guī)格和型號也在不斷更新。一種靈活多樣的新型煙標(biāo)取樣裝置能夠快速適應(yīng)不同規(guī)格和型號的煙標(biāo)取樣需求，幫助企業(yè)保持市場敏感度和競爭優(yōu)勢。③研發(fā)新型取樣裝置體現(xiàn)了企業(yè)對技術(shù)創(chuàng)新的重視，提升了企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的技術(shù)實力和創(chuàng)新形象。④當(dāng)今社會對環(huán)保和節(jié)能的要求越來越高。新型取樣裝置在設(shè)計和制造過程中考慮了節(jié)能環(huán)保因素，采用環(huán)保材料，符合現(xiàn)代綠色制造的理念，有助于企業(yè)提升環(huán)境責(zé)任感和可持續(xù)發(fā)展能力。

2" 設(shè)備設(shè)計與工作原理

2.1" 設(shè)備結(jié)構(gòu)

這種新型小盒煙標(biāo)取樣裝置的結(jié)構(gòu)包括以下主要部分，如圖2所示。

2.1.1" 機(jī)架

機(jī)架作為裝置的主要支撐構(gòu)件，由頂板、底座、螺桿和螺帽等組成。頂板與底座之間通過數(shù)根可調(diào)支撐螺桿連為一體，其位置由螺帽固定。壓桿支承座下方與螺桿固定連接，螺桿穿過頂板上的圓孔，其高度可通過螺帽調(diào)節(jié)。

2.1.2" 下壓機(jī)構(gòu)

下壓機(jī)構(gòu)由壓桿組件、下壓組件、壓板等組成。壓桿組件安裝在壓桿支承座上，下壓組件下端貫穿頂板與下方的壓板連接。壓桿組件的兩偏心軸承分別通過連接軸安裝在對應(yīng)的支承座內(nèi)，對稱連接在壓桿一端兩側(cè)，壓桿通過螺釘固定在連接軸上。壓塊分別連接在偏心軸承外側(cè)，其下端連接下壓柱，并通過連接塊與壓板連接。壓塊與偏心軸承接觸部分設(shè)計成T型凹槽，使偏心軸承旋轉(zhuǎn)工作時下壓柱在軸向不發(fā)生偏移。壓塊與頂板之間設(shè)計有彈簧，方便取樣工作結(jié)束后壓板向上回到初始位置。

2.1.3" 裁切底板

裁切組件（圖3）包括裁切底板和裁切器。為單獨列出它們的功能，特細(xì)分為2部分。針對不同規(guī)格的煙標(biāo)，設(shè)計了不同的裁切模版。將煙標(biāo)置放于定位模塊上，其四周的定位槽恰好與煙標(biāo)的輪廓線平齊。煙標(biāo)由定位槽固定，不能在裁切底板上左右移動。裁切底板能保證小盒煙標(biāo)在裁切樣品過程中的準(zhǔn)確定位。限位柱與定位孔（圖4中的5）配合，確保裁切底板與裁切器的準(zhǔn)確定位。

小盒編號器的使用方法：在對煙標(biāo)樣品裁切動作前，將蘸墨后的小盒編號器與小盒煙標(biāo)對齊。按下小盒編號器后，煙標(biāo)上就會出現(xiàn)具體的數(shù)字編號。數(shù)字編號的位置就是小盒煙標(biāo)的取樣位置。將印有數(shù)字編號的小盒煙標(biāo)裝入裁切底板，與裁切器完成取樣后，能收集到帶有數(shù)字編號的取樣樣品。小盒編號器的發(fā)明與運用，完全消除了取樣樣品人工編號誤差。

2.1.4" 裁切器

這是設(shè)備的核心部件之一，負(fù)責(zé)實現(xiàn)小盒煙標(biāo)的裁切取樣操作。工作時，在下壓機(jī)構(gòu)的施壓下，裁切器與裁切底板配合完成對小盒煙標(biāo)裁切取樣。針對不同規(guī)格的煙標(biāo)，設(shè)計了不同規(guī)格的裁切器。裁切器由裁切器底座、裁切件、裁切器蓋板和提手等組成。裁切刀底座上開設(shè)有定位孔，裁切件分別設(shè)置在裁切刀底座內(nèi)部。裁切器蓋板穿過數(shù)個裁切件與裁切器底座連為一體。提手對稱布置于裁切器底座兩側(cè)。

裁切器底座整體呈頂部開口、內(nèi)部中空的長方體結(jié)構(gòu)，裁切器底座的底板上貫通開設(shè)有數(shù)個與裁切件適配的通孔。其中，在裁切器底座的底板上還設(shè)置有若干個豎向和橫向的螺紋套筒，在裁切器底座的側(cè)板上貫通開設(shè)有數(shù)個連接孔。裁切件分別圍設(shè)連接在各個通孔的四周，裁切件為裁切刀頭或者是裁切組件。裁切刀頭整體呈兩端開口內(nèi)部中空的方形結(jié)構(gòu)，裁切刀頭的一端連接在通孔外圍，另一端設(shè)有斜形刀口。裁切刀座整體呈頂端開口內(nèi)部中空的方形結(jié)構(gòu)，裁切刀座的頂端為裁切端。裁切器蓋板整體呈底部開口內(nèi)部中空的方形體結(jié)構(gòu)，裁切器蓋板的頂板上貫穿開設(shè)有與數(shù)個裁切件相適配的孔洞。

2.1.5" 表面處理

對新型小盒煙標(biāo)取樣裝置表面進(jìn)行處理。在底座、頂板、可調(diào)支撐件、壓桿支承座、下壓組件和壓板的外表面上，均從內(nèi)至外依序噴涂有注塑層和防銹層以及警示層，警示層上涂有熒光粉。在注塑層上注塑有高分子耐磨材料，防銹層包括環(huán)氧富鋅底漆和氯化橡膠面漆以及位于環(huán)氧富鋅底漆和氯化橡膠面漆之間的環(huán)氧云鐵中間漆，警示層為單一顏色或由數(shù)種顏色搭配而成的反光警示帶或反光色膜或反光漆。

2.2" 工作原理

上述結(jié)構(gòu)用于一種小盒煙標(biāo)取樣裝置。在使用之前，需要將其制作完成并通過人工搬運至指定的工作位置作為備用。使用前，操作人員先將煙標(biāo)樣品放置在煙標(biāo)裁切底板上，將裁切器向下安裝在限位銷軸上。裁切器與裁切底板的組合構(gòu)成裁切組件。將煙標(biāo)裁切組件放置在取樣裝置底座上，使煙標(biāo)裁切組件的一端卡接在限位件內(nèi)，即可開始下壓工作。使用時，操作人員握住壓桿向下按壓，使偏心軸承旋轉(zhuǎn)過程中帶動下壓柱使彈簧壓縮。下壓柱向下移動的過程中，與下壓柱連接的連接塊帶動與之連接的壓板向下移動，壓板下端按壓到下方的煙標(biāo)裁切組件，直至將煙標(biāo)裁切完成后停止用力。裁切完成后，緩慢釋放下壓桿，彈簧復(fù)位，下壓柱向上移動，帶動壓板回到起始位置。

工作結(jié)束后，取出煙標(biāo)裁切組件。利用把手向上托起裁切器，從裁切底板上取出的煙標(biāo)及煙標(biāo)取樣樣品。分離并收集取樣樣品，將煙標(biāo)樣品按編號完成整理排列，可進(jìn)行下一步的煙標(biāo)指標(biāo)數(shù)據(jù)檢測工作。

3" 應(yīng)用案例分析

3.1" 試驗設(shè)計

材料：3種不同規(guī)格的小盒煙標(biāo)，分別為規(guī)格A、規(guī)格B和規(guī)格C。

設(shè)備：傳統(tǒng)煙標(biāo)取樣裝置；新型煙標(biāo)取樣裝置。

方法：①同一個操作人員分別操作傳統(tǒng)煙標(biāo)取樣裝置及新型煙標(biāo)取樣裝置（針對煙標(biāo)壓痕挺度試驗），分別統(tǒng)計完成所需各點位取樣樣品的時間；②針對各取樣樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。對樣品的輪廓尺寸進(jìn)行測量，對比取樣樣品的尺寸誤差。尺寸誤差小于10%可認(rèn)為是合格樣品，記錄樣品的合格率。

3.2" 數(shù)據(jù)分析

由表1可知，完成單張煙標(biāo)全部取樣點位樣品的時間，新型取樣裝置所用時間減少到了傳統(tǒng)取樣裝置所用時間的約1/10，顯著地減少了取樣時間，提高了取樣效率。樣品合格率由傳統(tǒng)取樣裝置的76.40%，提高到了92.87%，有效地提高了樣品的合格率。

4" 結(jié)論

綜上所述，與傳統(tǒng)煙標(biāo)取樣裝置相比，新型小盒煙標(biāo)取樣裝置顯著地減少了取樣時間，提高了取樣效率，有效地提高了煙標(biāo)樣品尺寸的精確性，消除了人工編號誤差。該裝置具有明顯的優(yōu)勢，在使用過程中能滿足各種不同規(guī)格的小盒煙標(biāo)，展現(xiàn)出了良好的適應(yīng)性。由于具有高效的取樣效率、良好的取樣準(zhǔn)確性、靈活多樣的適用性等特點，該裝置在煙草生產(chǎn)行業(yè)中生產(chǎn)過程中具有豐富的實用意義及良好的推廣價值。未來，隨著科技的不斷進(jìn)步和行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，該裝置將不斷優(yōu)化、持續(xù)改進(jìn)，有望實現(xiàn)更高級別的智能化升級迭代，并拓展到更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，可以預(yù)見，該裝置將可能成為未來煙草生產(chǎn)過程中不可或缺的重要設(shè)備。隨著該裝置的進(jìn)一步推廣及運用，將為行業(yè)的發(fā)展和壯大作出更大的貢獻(xiàn)。

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