自動裹膜裝箱系統工藝研究與設計

田惠蘭， 趙憲奎， 陳 清

（1.郴州卷煙廠， 湖南 郴州 423026； 2.東方機器制造昆明有限公司， 云南 昆明 650206）

0 引言

隨著近20 年的發展，我國煙草行業卷煙成品的裝封箱系統工藝流程已逐步形成了卷接包機+條煙輸送線+裝封箱機+成品箱輸送線+高架立庫的自動化生產工藝模式。 但出口卷煙成品由于要考慮到海運等長途運輸過程中溫度和濕度等因素對產品質量的影響， 所以要求對相應的成品條煙先裝入塑料袋進行密封后再裝入紙箱；造成實際生產過程中卷接包機出來的出口卷煙成品只能采用人工直接裝塑料袋+人工裝紙箱后再入庫的工藝模式。目前出口卷煙成品的裝箱工藝存在以下不足：①人員勞動強度大，人工成本高；②質量無法保證，不利用質量追溯；③生產現場混亂，自動化程度低；④成品煙箱無法和高架立庫自動對接。 上述傳統出口煙裝箱系統工藝模式制約了出口卷煙成品的自動化生產。

1 設計思路

如何克服現有技術存在的人員勞動強度大、人工成本高、不利用質量追溯、實現自動化生產，本文提出研究設計一種自動裹膜裝箱系統，以及基于該自動裹膜裝箱系統進行自動裹膜裝箱的工藝。 解決長期以來存在的矛盾和問題，實現多品規出口卷煙成品的柔性化共線生產，出口卷煙產品質量可追溯到包裝機組的目的及質量信息化管理。

2 系統工藝設計方案

2.1 工藝流程設計

卷接包機+條煙輸送線+堆垛機+煙垛周轉箱+煙垛信息掃碼機+煙垛周轉箱輸送機+煙垛信息掃碼機+煙垛推送機+煙垛自動裹膜機+煙垛裹膜后的整型機+煙垛裹膜熱收縮機+煙垛打碼機+煙垛輸送機+煙垛掃碼機+裝封箱機+成品箱輸送線+高架立庫的自動化生產工藝模式。

2.2 自動裹膜裝箱系統設備組成

自動裹膜裝箱系統設備組成包括下列設備： 如圖1所示，其中卷接包機組、條煙輸送線、堆垛機、煙垛周轉箱、煙垛周轉箱輸送機、煙垛信息RFID 碼讀寫器、裹膜熱收縮機、打碼機、煙垛信息掃碼機、裝封箱機、成品箱輸送線和高架立庫都是常規設備， 自動裹膜裝箱系統就是新設計的一條支線，主要組成設備有：

圖1 自動裹膜裝箱系統工藝布置示意圖

煙垛周轉箱輸送機1， 用于將裝有不同品名條煙的煙垛周轉箱輸送至對應的煙垛自動裹膜工位； 并將空周轉箱送出；煙垛信息RFID 碼讀寫器2，每個煙垛周轉箱底部設置有RFID 碼（電子信息芯片），設置在煙垛周轉箱輸送機上的RFID 碼信息讀寫器可讀或寫煙垛周轉箱RFID 碼， 用于對煙垛周轉箱上的電子標簽進行讀寫，并將掃碼信息送給控制器；煙垛推送機3，用于將煙垛周轉箱內的煙垛推送至煙垛自動裹膜機中； 煙垛自動裹膜機4，用于對送入的煙垛進行自動裹膜并抽真空；煙垛裹膜后的整型機5，用于將裹膜后的煙垛進行整型；煙垛裹膜熱收縮機6， 用于對裹膜、 整型后的煙垛進行熱收縮處理；煙垛打碼機7，用于接收控制器發來的掃碼信息，并對熱收縮處理后的煙垛進行電子標簽打碼， 使該煙垛的電子標簽與煙垛周轉箱上的電子標簽一致， 以證明該煙垛的品名信息； 煙垛輸送機8， 用于將送至煙垛裝封箱機；煙垛掃碼機9，用于讀取煙垛上的條碼信息；煙垛裝封箱機10，用于將煙垛送入紙箱中后，對紙箱進行封箱；成品煙箱輸送機11，用于將裝有煙垛并完成封箱的煙箱輸送至倉庫保存。

2.3 工作原理

條煙卷接包機生產出來的條煙經過條煙輸送線把條煙送到堆垛機， 堆垛機將條煙按5 條一層堆碼5 層后就將這25 條煙推入煙垛周轉箱，堆垛機再按5 條一層堆碼5 層后再次將25 條煙推入煙垛周轉箱，煙垛周轉箱里共有50 條煙，每個煙垛周轉箱底部設置有RFID 碼芯片（電子信息芯片）， 此時通過設置在煙垛周轉箱輸送機上的RFID 碼信息讀寫器將此箱煙的相關信息包括卷接包機臺號、生產時間、品牌和規格等等寫入煙垛周轉箱RFID碼芯片； 煙垛周轉箱經過煙垛周轉箱輸送機輸送至煙垛自動裹膜機入口的煙垛推送機處， 設置在煙垛周轉箱輸送機上的RFID 碼信息讀寫器將此箱煙的相關信息讀取，信息傳送給電控柜的控制器， 經過識別條煙的品牌和規格后選擇該進入哪臺自動裹膜機， 信息并同時傳送給煙垛裹膜熱收縮機出口的煙垛打碼機進行和條碼捆綁，煙垛推送機將煙垛從周轉箱里推出并送入自動裹膜機，自動裹膜機經過前后封、抽真空和兩側封，經過整型機將裹膜后的煙垛進行整型， 輸送進入熱收縮機對煙垛外層的PE 膜進行熱收縮處理，煙垛走出熱收縮機后打碼機進行打碼，此條碼已捆綁條煙信息，經過煙垛輸送機將煙垛送至裝封箱機， 裝封箱機入口有掃碼器進行讀取捆綁的條煙信息， 裝封箱機根據信息選擇對應的品牌紙箱進行裝封箱，煙箱經過成品煙箱輸送機輸送至高架立庫存放。

3 機械設計

生產線中的常規設備這里不再做詳細介紹， 本文重點介紹自動裹膜機，此裹膜機最大的特點是可以抽真空，自動裹膜機工作原理如圖2～4 所示。

圖2 自動裹膜機工作原理

圖3 自動裹膜機主視圖

圖4 自動裹膜機俯視圖

煙垛自動裹膜機包括機架A1，對稱設置在機架A1 上、下位置的上、 下卷輥A2，分別套裝在上、 下卷輥A2 上的上、 下PE膜卷，上、下PE 膜卷端部引出后分別繞過對應設置的上、 下支撐張緊輥組A13、A14 后向前延伸，形成頂面、底面包裹煙垛a 的PE 膜帶，PE 膜帶入口側、出口側的機架A1 上間隔設有輸入、輸出皮帶輸送機A11、A12，輸入、輸出兩皮帶輸送機A11、A12 之間的機架A1 上、 下位置分別設有上、下封切熱熔刀A3，輸出皮帶輸送機A12 兩外側的機架上對稱設有抽真空裝置A5、 兩內側的機架A1 上對稱設有左、右封切熱熔刀A4，以便通過上、下封切熱熔刀A3 對延伸出的上、下PE 膜卷端部進行熱熔連接后，即可形成頂面、前面、底面包裹煙垛a 的PE 膜帶，煙垛a 隨著輸入皮帶輸送機A11 的移動被PE 膜帶從頂面、前面、底面包裹后， 再次通過上、 下封切熱熔刀A3 對后面的PE膜帶進行熱熔連接的同時， 從具有一定寬度的熱熔連接位置中部切斷， 既作為包裹前煙垛后面的PE 膜封閉端，又作為包裹后煙垛前面的PE 膜封閉端，其中：

上、下封切熱熔刀A3，如圖5 所示，包括：固定在機架A1 上的上安裝板B1 和下安裝板B9，上、下安裝板B1、B9兩端之間分別設有導向桿B5，兩導向桿B5 上端均滑動連接有上滑塊B4， 兩上滑塊B4 通過中間的上連桿相連，上連桿上端與固定在上安裝板B1 上的上氣缸B2 活塞桿相連、下端連接有上條形熱熔刀B3，以便在上氣缸B2 帶動下使上連桿、 上條形熱熔刀B3、 上滑塊B4 沿導向桿B5上、下滑動；兩導向桿B5 下端均滑動連接有下滑塊B7，兩下滑塊B7 通過中間的下連桿相連，下連桿下端與固定在下安裝板B9 上的下氣缸B8 活塞桿相連、 上端連接有下條形熱熔刀B6，以便在下氣缸B8 帶動下使下連桿、下條形熱熔刀B6、下滑塊B7 沿導向桿B5 上、下滑動。

所述上條形熱熔刀B3 下端面中部設有凸起，所述下條形熱熔刀B6 上端面中部設有凹槽，以便上、下條形熱熔刀B3、B6 嚙合時，在熱熔上、下薄膜的同時切斷后端的薄膜。

左、右封切熱熔刀A4，如圖6 所示，包括：分別固定在機架A1 上的上安裝板B16 和下安裝板B17，上安裝板B16 兩端分別設有通孔， 兩根導向桿B11 下端分別穿過通孔向下延伸后與滑塊B12 相連， 滑塊B12 中部上端與固定在上安裝板B16 上的氣缸B10 活塞桿相連、 下端連接有上條形熱熔刀B13， 下安裝板B17 上通過兩根調節螺桿B15 連接有支撐塊B14， 支撐塊B14 上端面連接有下條形熱熔刀B18， 且上條形熱熔刀B13 下端面中部設有凸起、下條形熱熔刀B18 上端面中部設有凹槽，以便在氣缸B10 帶動下，使滑塊B12 向下移動后，使上條形熱熔刀B13 與下條形熱熔刀B18 嚙合時， 在熱熔薄膜的同時切斷外端的薄膜。

圖5 上、下封切熱熔刀

圖6 左、右封切熱熔刀

抽真空裝置A5， 如圖7 所示， 包括鴨嘴形吸風罩B18，以及與鴨嘴形吸風罩B18 相連的抽風機B19，以便煙垛和薄膜隨輸出皮帶輸送機前入到抽真空工位時，通過抽風機B19 使鴨嘴形吸風罩B18 入口形成負壓， 從而將煙垛、薄膜內的空氣抽出，使薄膜緊貼于煙垛上，同時使前、后側的敞口薄膜閉合而方便通過對應的前、后封切熱熔刀A4 進行熱封、切斷。

圖7 抽真空裝置

圖8 整型裝置

煙垛裹膜后的整型裝置4，如圖8 所示，包括：固定在機架A1 上的支架C1， 固定在支架C1 后側的翻轉式擋件，以及固定在支架C1 前側的移動式整形組件，其中：所述翻轉式擋件包括通過鉸鏈分別鉸接在支架C1頂部兩端的翻轉氣缸C2， 兩翻轉氣缸C2 的關節軸承C4 通過連桿C5分別固定在轉軸C7 兩端， 轉軸C7 兩端分別通過軸承C6 固定在支架C1 上， 轉軸C7 上固定有翻板C8，以便在翻轉氣缸C2 帶動下，通過關節軸承C4 帶動轉軸C7、翻板C8作90°翻轉，用于擋住或放行煙垛a。

移動式整形組件包括前整形板C13 以及與前整形板C13 相連的移動組件，和左、右側整形板C18 以及分別與左、 右側整形板C18 相連的移動件， 其中： 與前整形板C13 相連的移動組件包括間隔固定在前整形板C13 背面的兩豎直滑塊C12， 兩豎直滑塊C12 套接在對應的豎直導桿C11 上， 豎直導桿C11 的上端固定在倒L 形支板C10 上端的水平板上、下端固定在連板C20 上，倒L 形支板C10 上端的水平板上固定有升降氣缸C9， 升降氣缸C9 活塞桿端部連接在前整形板C13 上，倒L 形支板C10的豎直板下端固定在連板C20 上，連板C20 兩端分別固定有水平滑塊C14， 兩水平滑塊C14 分別套接在對應的第一水平導桿C15 上， 兩第一水平導桿C15 間隔固定在支架C1 上， 前整形板C13 位于兩第一水平導桿C15 之間，且倒L 形支板C10 背面與水平氣缸C16 活塞桿相連，水平氣缸C16 座固定在支架C1 上， 以便通過升降氣缸C9 帶動前整形板C13、豎直滑塊C12 沿豎直導桿C11 上下移動，實現高度整形， 再通過水平氣缸C16 帶動倒L 形支板C10、連板C20、前整形板C13、水平滑塊C14 沿第一水平導桿C15 前、后移動，實現前、后位置整形。

所述分別與左、 右側整形板C18 相連的移動件均包括固定在支架C1 上的兩根第二水平導桿C17，兩根第二水平導桿C17 分別與對應的左或右側整形板C18 上的通孔滑動配接， 左或右側整形板C18 外側與水平氣缸C19活塞桿相連，水平氣缸C19 座固定在支架C1 上，以便在水平氣缸C19 帶動下使左或右側整形板C18 沿第二水平導桿C17 移動，實現左、右側整形。

4 安裝與調試

經現場調試， 反復測試不同厚度的PE 膜進行封膜，并調整相應的烙鐵溫度，達到需要煙垛封膜質量。自動裹膜機主要技術參數見表1、表2。

表1 PE 膜參數

表2 自動裹膜機參數設定

5 結束語

經過實際生產運行， 本文所設計的自動裹膜裝箱系統工藝和設備實現了自動化生產多品規出口卷煙成品的柔性化共線生產，出口卷煙產品質量可追溯到包裝機組的目的及質量信息化管理；克服了現有技術存在的人員勞動強度大、人工成本高、不利于質量追溯的問題。 自動裹膜裝箱系統工藝合理，設備運行穩定，性能達到設計要求。