多規格卷煙裝封箱裝置的研發與應用

胡風華

（安徽中煙工業有限責任公司蕪湖卷煙廠，安徽蕪湖 241002）

0 引言

隨著細支、中細支卷煙消費的不斷升級和日益擴大，企業產品規格日漸呈現多樣化趨勢。目前企業在制產品包含Φ5.4 mm 細支煙、Φ6.2 mm 中支煙、Φ6.37 mm 中細支、普通煙支等多種規格、牌名的卷煙，條盒尺寸差異明顯，且不同牌號不能共用一臺封箱機。從場地布局、產品規模、設備投資成本等方面考慮，為每種產品配套一種規格的裝封箱機顯然是不經濟的。因此，設計一套可滿足細支、中細支產品裝箱的封箱裝置具有很高效益價值。

1 現狀調查

目前，企業在生產中支煙以及小牌號的細支煙時采用人工裝箱、人工封箱、人工貼碼，每臺設備需3 人才能完成裝封箱工序。隨著細支煙生產規模的逐漸擴大，在集中生產過程中造成大量的人力資源浪費。

在人工裝封箱的過程中，全程需要人工將條煙裝入煙箱中、對煙箱進行封口并搬至托盤上，勞動強度大。且人工作業時，受各種因素影響，可能導致箱內缺條等嚴重質量問題產生。同時由于操作習慣不同，導致封箱膠帶黏貼外觀質量存在缺陷，造成質量隱患。

從企業生產角度考慮，最經濟的方案是研發一套可快速換型，即同時滿足細支、中細支卷煙多規格生產需求的裝封箱裝置。

2 設計思路

按照封箱工序流程，將整個細支煙裝封箱流程分為5 個步驟：條煙輸送、煙條堆垛、裝箱、折疊與封箱、煙箱輸送。針對換型功能的需求主要從煙條與煙箱的尺寸差異方面入手，對條煙輸送部分、煙條堆垛部分、煙箱折疊與封口部分進行研究，以滿足快速換型的需求。針對質量防范需求，分別對質量隱患或缺陷產生的部位進行改進，通過改進輸送方式、增加電器檢測、以機械代替人工的方式防范質量風險的發生。

3 系統設計

3.1 條煙輸送部分設計

3.1.1 基本功能的實現

條煙輸送部分主要完成將包裝機輸出的煙條輸送至煙條堆垛部分，在輸送過程中對煙條是否堵塞、歪斜進行檢測。設計采用以電機帶動傳送帶的方式進行。在輸送過程中安裝有入料堆積檢測、入料歪斜檢測、入料到位檢測等檢測器，用以判斷條煙在輸送過程中是否產生故障，出現異常情況停機并報警。

3.1.2 采用滑道式弧形輸送裝置

根據氣墊式排包機的工作原理，借助SolidWorks 軟件，設計一個滑道式條煙輸送通道（圖1）。當煙條從包裝機橫向輸出時，進入滑道式條煙輸送通道，在重力作用下自由下落，經滑道式出口進入條煙輸送帶。

假設煙條寬度為b，高度為h，軌道寬度為n，則（b/2）2+（r+-r。經測量煙條寬度b=102 mm，煙條高度h=26 mm，故軌道寬度n≥26 mm。當軌道寬度n=27 mm時，內軌道半徑r=1274 mm，空間尺寸較大無法滿足設計需求；當n＞h+5 mm 時，煙條在軌道內會產生晃動，影響正常煙條輸送。為盡可能減小裝置尺寸，故設計軌道寬度n=31 mm，經計算此時內軌道半徑r 需＞187 mm，為保證煙條輸送順暢，設計內軌道半徑r=200 mm。

圖1 滑道式條煙輸送裝置及弧形軌道細節

3.1.3 采用可調節式輸送軌道以適應煙條長度

由于細支煙產品與中細支產品在煙條長度上存在差異，煙條長度對應輸送帶寬度，因此在條煙傳送帶的設計上，以尺寸較大的中細支煙條為標準，在傳送帶兩側安裝可調節的導板。導板通過腰眼用螺絲固定在傳送帶基座上，通過調節導板位置以適應不同規格煙條在輸送帶上的輸送過程。

3.2 條煙堆垛及檢測系統設計

3.2.1 基本功能設計

在煙條堆垛部分，舍棄凸輪結構，采用伺服電機控制，準確度高，維修方便。通過頂升板前后位置兩個檢測判斷頂升裝置底層是否入料滿，當入料滿后頂升機構開始工作，由電機驅動頂升板上升，底層5 條卷煙向上提升一層。當堆垛達到10 層時，堆垛上到位檢測裝置給出信號，推煙裝置開始工作。

3.2.2 增加檢測裝置，杜絕箱內缺條

在檢測裝置的設計上，將檢測點設計在提升后的第一層，通過選型采用5 個平行位置的光電式檢測器進行檢測。當頂升裝置提升過程中，檢測裝置對提升中的5 條卷煙同時進行檢測，發現缺條現象立即停機并給出報警信息。

3.2.3 根據換型需求，確定頂升行程

在條煙堆垛部分換型功能的設計上，通過將檢測裝置的檢測點設計在頂升裝置提升的過程中，避免了檢測裝置位置的調整，另外采用伺服電機的定位模式，使頂升裝置每次提升的行程一致。在行程的確定上，由于煙條在高度上的差異，故在換型時只需要修改伺服電機提升行程，即可滿足不同規格卷煙的生產需要。

3.3 推條機構系統設計

3.3.1 基本功能的實現

當堆垛達到10 層時，堆垛上到位檢測裝置給出信號，推條機構開始工作。推條機構工作時，推板向前推送將堆垛好的卷煙推入煙箱中。到達指定位置后，推煙板下半部分在氣缸的作用下向后折疊，使推板向后運動過程中避免碰壞下方繼續堆垛的卷煙。當推板回到起始位置后，氣缸工作使推板折疊部分還原，重復推煙過程。

3.3.2 對封箱套口的改進

煙箱擺放無誤后，由操作人員按下煙箱就位按鈕，氣缸控制封箱套口打開，進入煙箱，既節省了空間又保證不會打壞盒套。同時在套口板兩邊設計了導向板，使煙條進入時通過導向板可以順利的進入盒套，避免打壞煙條。當推條動作完成后，封箱套口在氣缸作用下收回，不會阻礙煙箱向前運動。

3.4 煙箱輸送、折疊部分設計

3.4.1 基本功能的實現

煙箱輸送部分包括輸送帶以及兩個擋塊，煙箱在擋塊的推動下向前輸送。在煙箱向前輸送前，煙箱搖蓋折疊板首先對煙箱后端搖蓋進行折疊，在向前輸送的過程中，通過安裝在輸送通道側面的固定式折疊器完成對煙箱前端搖蓋及上下搖蓋的折疊。折疊好的煙箱由煙箱壓緊裝置對折疊部分進行固定并繼續向前輸送，再經過封箱機頭部分對煙箱黏貼封箱膠帶，完成封箱工序。

完成封箱工序后的煙箱在輸送帶及擋塊的帶動下持續向前輸送，每次工作輸送帶轉動半圈。在輸送帶起始位置安裝有到位檢測器，轉動半圈后檢測器檢測到安裝在輸送帶上的另外一塊擋塊后立即停止工作。此時輸送帶轉正好將煙箱輸送至出料位置的滾輪上，到達滾輪后氣動推桿推動煙箱在重力作用下滑至指定位置，完成整套設備流程。

3.4.2 采用機械封箱保證封箱質量

按照工藝要求，封箱膠帶應黏貼平整無褶皺，膠帶封口牢固，箱體側邊膠帶伸出長度為70±10 mm。通過調整機械裝置切割位置可保證封箱膠帶平整、在箱體側面伸出長度穩定一致，避免質量缺陷。

3.4.3 高度可調式封箱膠帶黏貼機構

由于細支卷煙與中細支卷煙在煙箱長度的尺寸上一致，因此煙箱輸送通道的寬度在換型時不需要改變，故輸送通道兩側擋板采用固定式安裝方式。而煙箱高度尺寸存在差異，導致不同規格的煙箱對封箱膠帶的黏貼高度需求不同，因此封箱機頭安裝位置采用螺桿方式固定，可根據生產需要調節膠帶黏貼高度。

煙箱輸送、折疊及封箱工序設計如圖2 所示。

圖2 煙箱輸送、折疊及封箱工序設計

3.5 電氣控制部分研究設計

3.5.1 電路控制設計

本裝置控制系統簡單、經濟、維修方便、安全可靠，電器原件選用合理，保證該裝封箱裝置能正常工作。將控制部分與動力部分連接，保證傳送帶電機、頂升伺服電機、推煙伺服電機、封箱伺服電機可正常工作或停止。

3.5.2 程序控制設計

程序邏輯準確、可靠，具有完備的報警保護功能，且預留一定的備用空間。通過PLC 程序控制，接收各檢測發出的信號，經程序邏輯處理后，向各電機、伺服器、氣缸電磁閥發出控制信號，使其正確動作。

3.5.3 人機界面設計

區分不同權限用戶，一般用戶使用自動模式操作系統正常生產，維修技師可在參數設定界面內設置封箱機工作相位。在手動模式下可手動控制各電機和氣缸動作，便于檢修，報警記錄統計顯示。

3.6 緊急排煙通道的設計

考慮到實際生產中該裝置難免出現故障或更換輔材等停機情況，在煙條下落的豎直段設計了一套應急裝置。如果下游工序出現故障，輸送通道中的2 個托爪伸出，托住下落的煙條，同時推條器開始工作，將煙條向水平方向推送至應急煙條堆積臺上，保證包裝設備的連續運行。同時在煙條豎直下落段設計有減速毛刷，通過調整減速毛刷的壓力一方面緊急排煙時可以減少托爪對煙條的沖擊，另一方面可以降低煙條在在滑道出口的速度。

4 應用實施及效益

該封箱裝置完成之后，先后在車間9#、7#細支煙設備，20#中細支設備使用，效果良好。在使用過程中，細支煙自動裝箱率達到100%、裝封箱工序產品缺陷率0%、裝封箱工序操作工由原來的3 人減少為1 人。

根據測算，使用新的封箱裝置后，企業三班共節省人力6人，經估算年節約成本為851 070.24 元；新裝置的設備成本為380 000 元；全年預估收益為471 070.24 元，整個項目經濟效益可觀。

5 結束語

該細支煙裝封箱裝置為自主研發設備，擁有自主知識產權。裝置在車間生產現場使用，結構緊湊占用空間較小，可實現細支卷煙及中細支卷煙生產中自動裝箱、自動封箱，性能穩定，安全可靠。整套裝置只需1 人即可操作，節省了人力資源成本。同時，有效杜絕細支煙產品人工裝封箱工序的質量風險，提升產品品質，并實現不同牌名產品的同時生產，使產品線更加豐富。