煙條成型禮盒自動化裝填生產(chǎn)線的研發(fā)

陳濤 李泓燊 王朝富 錢甚希

摘? 要：近年來很多高檔卷煙條包采用禮盒包裝，由于禮盒通常為成品采購且包裝方式與普通卷煙條包存在很大的差異，無法使用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備生產(chǎn)，大部分禮盒包裝只能采用手工的方式包裝，人工成本高，生產(chǎn)效率低，不能滿足市場供貨需求。為提高生產(chǎn)效率并節(jié)約人工成本，文章以研究卷煙禮盒自動化生產(chǎn)為課題，設(shè)計研發(fā)卷煙禮盒專用包裝生產(chǎn)線。結(jié)合云煙（軟大重九）煙條禮盒的結(jié)構(gòu)特性和包裝方式設(shè)計一套專用的機(jī)械化包裝生產(chǎn)線;經(jīng)調(diào)試運行，生產(chǎn)能力30盒/min（300包/min），設(shè)備運行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量符合該產(chǎn)品工藝指標(biāo)要求。結(jié)論：通過研發(fā)“卷煙禮盒包裝生產(chǎn)線”，實現(xiàn)卷煙成型禮盒的機(jī)械包裝代替手工包裝生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)能力和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：異形卷煙;禮盒包裝;自動化填裝;設(shè)備研發(fā);卷煙生產(chǎn)

中圖分類號：C931.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）26-0010-05

Abstract： In recent years， many high-end cigarette packages are packaged with gift boxes. Because the gift boxes are usually purchased as finished products and the packaging methods are quite different from those of ordinary cigarette packs， it is impossible to use the existing standardized equipment for production. Most of the gift box packages can only be packaged by hand， with high labor cost and low production efficiency， which can not meet the supply demand of the market. In order to improve the production efficiency and save the labor cost， this paper takes the research on the automatic production of cigarette gift box as the subject， designs and develops a special packaging production line for cigarette gift boxes. A set of special mechanized packaging production line is designed based on the structural characteristics and packaging mode of Yunyan （Soft Dachongjiu） cigarette gift boxes. After adaptation， the production capacity is 30 boxes/min （300 packages/min）， the equipment is stable， and the product quality meets the requirements of the product process index. Conclusion： Through the research and development of "cigarette gift box packaging production line"， the mechanical packaging of cigarette gift boxes can replace the manual packaging production， which improves the production capacity and quality of our products.

Keywords： irregular cigarette; gift box packaging; automatic filling; equipment research and development; cigarette production

引言

云煙（軟大重九）是云南中煙重點打造的高端卷煙品牌，該產(chǎn)品煙條采用成品采購的高檔禮盒包裝，禮盒的外形尺寸、包裹形式和開啟方式與普通煙條存在很大的差異，屬于異型卷煙包裝?，F(xiàn)有的卷煙包裝設(shè)備不能適用于禮盒的包裝生產(chǎn)，因此該產(chǎn)品煙條采用手工包裝。大量采用人工進(jìn)行包裝，生產(chǎn)效率低，包裝成本高，產(chǎn)品供貨周期不能滿足市場需求，尤其在卷煙新零售體系下，市場需求量與工廠的生產(chǎn)能力嚴(yán)重不匹配[1-2]。目前，行業(yè)內(nèi)針對異型煙條機(jī)械化包裝的研究，主要集中在專用設(shè)備研發(fā)或標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備適應(yīng)性改造。滁州卷煙廠江一舟等以黃山（大紅方?。┦职鼰煘槔O(shè)計研發(fā)了一種翻蓋式異型條盒非標(biāo)自動化包裝設(shè)備，用于實現(xiàn)手工包裝的翻蓋式卷煙的煙條機(jī)械化包裝[2];玉溪卷煙廠楊明權(quán)等改造了FK350包裝機(jī)用于生產(chǎn)加熱不燃燒卷煙雙鋁包煙包自動化包裝[3];現(xiàn)有的針對異型卷煙包裝的分析和研究成果，未見針對禮盒煙包填裝機(jī)械化生產(chǎn)的相關(guān)研究，屬于行業(yè)研究空白。為此，本文設(shè)計研發(fā)一套適用于煙條禮盒包裝的專用裝填生產(chǎn)線，以實現(xiàn)云煙（軟大重九）禮盒煙包入盒裝填機(jī)械自動化生產(chǎn)。

1 技術(shù)方案內(nèi)容

1.1 問題分析

云煙（軟大重九）使用的條盒為成型禮盒，外觀尺寸為277×94×51（mm），內(nèi)盒尺寸270×90×50（mm），盒蓋采用180°對向開啟，需要設(shè)計專用的開盒機(jī)構(gòu)。盒蓋與煙包組之間由一層硫酸紙隔開，煙包組采用“二五平包”裝入禮盒，因此在裝入煙包前需要通過機(jī)構(gòu)揭開硫酸紙。為方便取出盒內(nèi)煙包，在盒內(nèi)還設(shè)置有一段拉舌，在裝入煙包前需要將拉舌捋順、牽引至禮盒的一側(cè)。該產(chǎn)品的煙包為標(biāo)準(zhǔn)支軟包硬化包裝，已實現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，因此需要考慮將煙包自動供料至禮盒包裝生產(chǎn)線上。煙包組與禮盒匯合后，需要通過機(jī)構(gòu)將煙包組一次性裝入禮盒內(nèi)。完成裝填后需要依次放回硫酸紙和關(guān)閉盒蓋，并在禮盒一側(cè)黏貼防偽標(biāo)簽（見圖1）。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

生產(chǎn)線主要由以下功能模塊組成：（1）煙包自動上料裝置。（2）煙包供料輸送系統(tǒng)（含煙包6面檢測，煙包翻倒、提升和換向輸送、煙包堆垛等裝置）。（3）禮盒供料裝置。（4）禮盒填裝系統(tǒng)（包含開閉盒、定位輸送、煙包填裝等裝置）。（5）禮盒成品輸送裝置。（6）禮盒防偽標(biāo)簽貼標(biāo)裝置。（7）條外觀檢測系統(tǒng)。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計

JXS型小包自動上料機(jī)械手從煙盤內(nèi)取出包裹成型的小盒煙包，并以此放入煙包輸送皮帶上，通過煙包轉(zhuǎn)向裝置實現(xiàn)煙包分離，以便進(jìn)行煙包六面質(zhì)量檢測。隨后通過煙包翻倒裝置和提升橫向輸送裝置，實現(xiàn)煙包的并包輸送，最后在煙包堆垛平臺完成“二五平包”堆垛和暫存，完成煙包組的供料輸送。成型的禮盒由皮帶以此輸送至開盒機(jī)構(gòu)，通過縱向拾取和水平輸送機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)禮盒的分流，進(jìn)而實現(xiàn)雙通道生產(chǎn)。在禮盒釋放過程中，通過控制負(fù)壓風(fēng)的通斷控制實現(xiàn)禮盒內(nèi)硫酸紙的縱向拉起和釋放。開盒后的禮盒通過伺服驅(qū)動的同步齒形帶輸送，均勻布置在齒形帶上的夾緊模盒實現(xiàn)全路徑、多工位的禮盒定點夾緊、輸送和定點釋放。在裝填工位通過一個雙工位的煙包輸送轉(zhuǎn)塔，間歇旋轉(zhuǎn)將煙包組依次裝填至禮盒內(nèi)。完成裝填后由輸送通道上的導(dǎo)桿依次完成硫酸紙和盒蓋的放回閉合，包裝完成的禮盒由輸送裝置輸送至貼標(biāo)機(jī)構(gòu)完成側(cè)面標(biāo)簽的粘貼，隨后再由條外觀檢測對禮盒進(jìn)行綜合質(zhì)量檢測（見圖2）。

2 關(guān)鍵部組件設(shè)計和選型

2.1 煙包自動上料裝置

運用JXS型小包自動上料機(jī)械手自動將煙包從煙盤中取出并送入輸送通道，實現(xiàn)煙包供料機(jī)械自動化生產(chǎn)。煙包依次立包擺放在煙盤上，機(jī)械手通過負(fù)壓吸盤一次同時抓取30盒煙包并釋放在輸送皮帶上。

2.2 煙包供料輸送系統(tǒng)

2.2.1 煙包供料輸送

煙包由自動上料裝置供料后，通過換向裝置實現(xiàn)煙包90°的轉(zhuǎn)向，同時將煙包的逐包分離，以方便進(jìn)行煙包六面檢測。煙包輸送通道由400W伺服電機(jī)驅(qū)動，搭配減速比為1：10的減速機(jī)，滿足設(shè)備運行及高低速自動切換，實現(xiàn)煙包的柔性輸送，盡可能降低煙包在輸送過程中造成的表面損傷。煙包提升及橫向輸送裝置將煙包提升并橫向輸送進(jìn)入煙包堆垛推煙裝置。

2.2.2 煙包六面檢測系統(tǒng)

該生產(chǎn)線選用的檢測系統(tǒng)采用6臺視覺檢測系統(tǒng)A1～A6分別對煙包的六個面進(jìn)行檢測，檢測系統(tǒng)安裝在設(shè)備的輸送通道上，在通道和檢測系統(tǒng)的交接處采用兩個加速帶保證煙包可以順利交接到檢測系統(tǒng)中（見表1）。

2.2.3 煙包堆垛推煙裝置

通過堆垛推煙裝置實現(xiàn)煙包的并包，形成“二五平包”的煙包組。煙包碼垛推煙裝置由伺服電機(jī)驅(qū)動提升機(jī)構(gòu)和推煙機(jī)構(gòu)實現(xiàn)煙包堆垛、二維碼關(guān)聯(lián)和橫向推送。堆垛推煙裝置的提升和橫向推送運動由同一個伺服電機(jī)驅(qū)動，通過偏心原盤和連桿驅(qū)動縱向提升，由同步皮帶按照2：1減速后，通過偏心圓盤和推桿驅(qū)動橫向推送，提升機(jī)構(gòu)提升2次，推煙機(jī)構(gòu)向前推送1次，實現(xiàn)煙包的縱向堆疊和橫向推送。

2.3 禮盒裝填系統(tǒng)

禮盒裝填系統(tǒng)是整條生產(chǎn)線的核心，為提升生產(chǎn)效率，裝填系統(tǒng)布置了兩條生產(chǎn)線同時生產(chǎn)?？斩Y盒由供給裝置供料，經(jīng)加速裝置準(zhǔn)確進(jìn)入禮盒開盒工位。禮盒裝填系統(tǒng)主要由開盒機(jī)構(gòu)、移載裝置、多工位模盒定位輸送裝置、拉舌拾取裝置、煙包填裝轉(zhuǎn)塔等功能模塊組成。

2.3.1 禮盒開盒機(jī)構(gòu)設(shè)計

禮盒供料裝置將空禮盒輸送至開盒工位，由400W的伺服電機(jī)，搭配1：50減速比的減速機(jī)，驅(qū)動多連桿機(jī)構(gòu)運動，帶動連桿末端的負(fù)壓吸盤將盒蓋打開至指定位置（見圖3）。

2.3.2 禮盒移載裝置設(shè)計

為實現(xiàn)雙通道的分流供料，設(shè)計禮盒移載裝置完成禮盒的縱向拾取和橫向輸送運動，實現(xiàn)由單通道輸送變換為雙通道生產(chǎn)。條盒移載裝置主要由橫向電缸和縱向電缸聯(lián)合驅(qū)動，橫向電缸驅(qū)動縱向電缸在橫向水平移動，從而實現(xiàn)禮盒的雙通道供料。縱向電缸驅(qū)動負(fù)壓吸嘴實現(xiàn)禮盒的縱向拾取和釋放，同時在拾取和釋放過程中，通過負(fù)壓風(fēng)的通斷控制實現(xiàn)禮盒內(nèi)硫酸紙的縱向拉起和釋放。移載裝置將禮盒釋放至定位輸送帶上時，關(guān)閉左右兩側(cè)的負(fù)壓風(fēng)，禮盒被釋放，中間吸盤的負(fù)壓風(fēng)則不關(guān)閉，縱向電缸向上運動時將硫酸紙拉起一定的角度，隨后輸送帶攜帶禮盒向前運動，中間吸盤的負(fù)壓風(fēng)關(guān)閉，旋轉(zhuǎn)氣缸帶動擋板旋轉(zhuǎn)到位阻擋，避免硫酸紙落回禮盒內(nèi)（見圖4）。

2.3.3 多工位模盒定位輸送裝置

禮盒由專用的定位皮帶輸送（4），定位輸送帶上布置有12個夾緊模盒（2）。定位輸送帶由獨立的伺服電機(jī)5驅(qū)動，移載裝置將禮盒釋放到定位輸送帶的夾緊模盒內(nèi)，氣缸6用于觸發(fā)打開模盒。在定位輸送帶上，禮盒的左、右盒蓋為自由狀態(tài)，由布置在定位輸送帶兩側(cè)的導(dǎo)桿（3）阻擋和定位，完成煙包裝填后，盒蓋在禮盒運動過程中由左右導(dǎo)桿（3）完成關(guān)閉動作。整個定位裝置安裝在型材架（1）上（見圖5），夾緊模盒上設(shè)計了拉簧（6）和連桿（2）實現(xiàn)模盒的自動夾緊，夾緊模盒在整個運動過程中都是處于夾緊狀態(tài)。接收和釋放禮盒時，由布置在軌道上的氣缸觸動輥子（9）帶動連桿（2）打開模盒。夾緊模盒通過基座（1）連接在定位輸送帶上，模盒擋板（5）通過彈簧（4）安裝在搖桿（3）上，實現(xiàn)柔性夾緊，避免損傷禮盒表面。通過擋塊（8）可以控制模盒左擋板（7）和右擋板（5）的開合角度（見圖6）。

2.3.4 拉舌拾取裝置

禮盒被輸送至拉舌拾取工位時（見圖7），升降氣缸（1）攜帶負(fù)壓吸盤組件到達(dá)禮盒內(nèi)部，打開氣缸（3）處于完全打開狀態(tài)，負(fù)壓吸盤需吸住拉帶;升降氣缸和打開氣缸同時沿導(dǎo)軌（2）和（3）收回，實現(xiàn)將拉舌拾取和捋順的同時復(fù)合運動。

2.3.5 煙包填裝轉(zhuǎn)塔

完成堆垛的煙包組（1）由推桿推入填裝轉(zhuǎn)塔的模盒（2）內(nèi)，由伺服電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸（3）帶動轉(zhuǎn)塔旋轉(zhuǎn)至煙包裝填工位上方等待，多工位模盒定位輸送裝置輸送禮盒到位后，利用條盒二次定位裝置（5）將條盒二次定位，氣缸（4）將“二五平包”的煙包組壓入禮盒內(nèi)。填裝轉(zhuǎn)塔通過機(jī)架（6）布置在定位輸送裝置上方（見圖8）。

為避免煙包在禮盒內(nèi)晃動，煙包與禮盒內(nèi)盒之間的間隙量很小，在寬度方向上間隙小于0.5mm，長度方向上間隙小于1mm，另外禮盒尺寸存在一定誤差，因此為保障順利壓入煙包組而不與禮盒內(nèi)壁發(fā)生干涉，需要在煙包組裝入禮盒前，提前給煙包組一定的壓縮量。裝填轉(zhuǎn)塔模盒（2）的擋板設(shè)計為楔形，氣缸（4）將煙包推出模盒時，在模盒出口處對煙包組進(jìn)行適當(dāng)壓縮。

2.4 禮盒成品輸送及防偽貼標(biāo)

合格的禮盒被推入成品輸送線，光電感應(yīng)到禮盒后發(fā)出信號，伺服電機(jī)驅(qū)動貼標(biāo)頭完成貼標(biāo)，隨后通過毛刷板將標(biāo)簽壓牢，貼標(biāo)動作完成后禮盒輸送至下一個工位進(jìn)行質(zhì)量檢測。

3 生產(chǎn)線運行情況討論

設(shè)計研發(fā)的自動化裝填生產(chǎn)線，設(shè)備聯(lián)動調(diào)試完成后，空車運行穩(wěn)定，各功能模塊生產(chǎn)運行匹配良好。以額定轉(zhuǎn)速30條/min運行，每天運行16小時帶料生產(chǎn)，設(shè)備運行時間刨除設(shè)備日保養(yǎng)（1.5h）和過程保養(yǎng)（6次，每次≤5min）的時間，日平均產(chǎn)能142.5箱。按照卷煙工廠設(shè)備運行效率核算（機(jī)組實際產(chǎn)量/額定轉(zhuǎn)速的理論產(chǎn)量）統(tǒng)計，設(shè)備平均運行效率72%，次品剔除率低于0.21%，產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)檢驗符合該品牌工藝質(zhì)量要求。

4 結(jié)論

（1）卷煙禮盒包裝外觀尺寸、包裝方式與傳統(tǒng)卷煙條盒差別明顯，各廠家為體現(xiàn)產(chǎn)品的差異性或新穎性，禮盒的外形尺寸、開啟方式等通常也差異巨大，要實現(xiàn)禮盒產(chǎn)品機(jī)械化生產(chǎn)，不可避免的需要根據(jù)禮盒的性能特性設(shè)計專用的機(jī)械裝置。

（2）設(shè)計研發(fā)的云煙（軟大重九）禮盒自動化裝填生產(chǎn)線，實現(xiàn)了卷煙禮盒機(jī)械化包裝代替手工包裝生產(chǎn)的功能需求，相較于人工包裝，生產(chǎn)效率大幅提升，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性明顯提高。

（3）設(shè)計研發(fā)的禮盒開盒裝置、禮盒夾緊輸送模盒、硫酸紙取出裝置、拉帶捋順打開裝置、煙包裝填裝置等專用裝置，對于卷煙禮盒包裝專用設(shè)備的設(shè)計都具有典型的參考價值。

（4）卷煙禮盒差異性限制了其機(jī)械化包裝設(shè)備的通用性，如何實現(xiàn)設(shè)備的多規(guī)格、小批量柔性化生產(chǎn)將成為下一步該類型非標(biāo)設(shè)備設(shè)計研發(fā)的新方向。大面積采用非標(biāo)設(shè)計，廣泛集成智能化、柔性化執(zhí)行終端是解決該類問題的關(guān)鍵。

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