異形煙包六面整形裝置的設計

鐘龍圣，廖艷培

廣東中煙工業有限責任公司梅州卷煙廠，廣東省梅州市梅江區環市北路 514011

為滿足消費者對卷煙產品的需求，各卷煙生產企業在產品包裝上進行了大量的改革創新，開發了許多形狀各異的異形煙包，以提升市場占有率［1-2］。小盒煙包透明紙熨燙整形是煙包外觀包裝的一個重要環節［3］，經過整形裝置加工后的煙包，外表面平整美觀，滿足了卷煙工藝要求［4-5］。但由于異形煙包尺寸的特殊性，ZB43等包裝機組使用的CH 盒外透明紙包裝機整形器無法對其進行整形加工［6-7］，只能采用人工熨燙整形方式進行處理，效率低，耗時耗力，且無法保證產品包裝品質。目前對于煙包整形已有較多研究和改進，廖艷培等［8］通過增加冷卻吹風裝置，解決了整形過程中因煙包溫度過高而產生錯位粘連問題；董世謙［9］通過改進烙熱板尺寸，有效解決了FOCKE 350包裝機組煙包側邊封接粘連和起皺問題；郭紅廣［10］采用加長烙熱板部件搖桿、增大烙熱板運動幅度、減少加熱頻次等方法，改善了FOCKE 350包裝機組小盒整形裝置的“擠煙”現象。但對于異形煙包透明紙整形的研究較少。為此，基于原CH盒外透明紙包裝機煙包整形器的工作原理，設計了異形煙包六面整形裝置，以提高異形煙包透明紙的整形效率和產品包裝品質。

1 系統組成

普通小盒煙包的外形尺寸為88 mm×56 mm×24 mm，其內部煙支排列為7+6+7，而異形煙包的外形尺寸為90 mm×85 mm×19 mm，其內部煙支排列為10+10。目前包裝機組中使用的CH 煙包整形器入口通道尺寸約為88.5 mm，無法滿足異形煙包外形尺寸的要求，而且CH煙包整形器只能對小盒煙包的上下兩平面進行整形加工，不能加工其他4個側面。

為解決該問題設計的異形煙包六面整形裝置主要由短側面整形裝置、皮帶輸送機、長側面整形裝置、控制系統和平面整形裝置等部分組成，見圖1。其工作流程為:異形煙包經透明紙包裝機輸送帶進入短側面整形裝置1，完成短側邊整形加工；隨后經皮帶輸送機2進入長側面整形裝置3，完成長側邊整形；最后進入平面整形裝置5，完成上、下兩個平面整形。整形裝置的烙熱板由PLC 控制，能夠根據設備運行狀態自動實現閉合或斷開。

圖1 異形煙包六面整形器結構圖

（1）短側面整形裝置位于包裝機出口位置，由支座、側面烙熱板、傳感器、溫度控制器、氣缸和防護板構成，見圖2。異形煙包完成透明紙包裝后，經過原機傳送帶進入短側面整形裝置，兩個短側面烙熱板由PLC 控制氣動元件（電磁閥、氣缸）實現往復運動，對異形煙包的短側面進行整形加工。長側面與短側面整形裝置結構相似，位于皮帶輸送機中間位置，同樣由PLC 控制氣動元件整形加工煙包的長側面。

圖2 煙包短側面整形裝置結構圖

（2）平面整形裝置由傳動部件、齒輪箱、傳動軸、上下烙熱板、氣缸、上下連桿、門組件和檢測器構成。在運行過程中，采用齒輪、槽凸輪和連桿控制上下烙熱板，使其運動狀態與原機同步。由PLC控制氣動元件，推動烙熱板工作。工作時，上下平面烙熱板為熱板狀態；停機時，上下平面烙熱板為冷板狀態，以避免煙包受熱時間過長而影響產品品質。

（3）皮帶輸送機由機架、毛刷、輸送帶和傳動部件構成，位于短側面整形裝置的出口處，用于輸送異形煙包完成長側面和上下平面的整形加工。皮帶輸送機上安裝有兩個毛刷，前端毛刷安裝角度為45°，主要用于緩沖煙包，實現煙包90°旋轉輸送。

（4）控制系統與上述裝置的驅動器、檢測開關、傳感器連接，采用PLC 作為控制核心，其工作狀態與原機同步，可靠地完成系統位置檢測和動作控制。通過觸摸屏顯示，系統可提供設備運行情況、溫度狀態、設備故障等信息，并可在屏幕上操作和閱讀程序。

2 技術實現

2.1 電氣控制

電氣控制系統主要由1個PLC控制器、4個二位五通電磁閥和1 個三位四通手柄閥組成，見圖3。控制電路和氣路驅動9 個氣缸自動完成煙包六面整形（兩短側面、兩長側面、上下兩平面）和推煙包等功能。在生產過程中，在包裝機推板的盡頭位置，安裝有一個光電接近開關，推板每推動一次小盒煙包，光電接近開關得到一個脈沖信號，脈沖信號經過PLC 控制二位五通電磁閥D 動作（動作時間可根據需要調整），從而驅動雙作用氣缸運動，完成對小盒煙包整形和推煙包動作。其運動狀態與原機同步，可以滿足ZB43包裝機組額定生產能力60 包/分鐘的要求。

圖3 異形煙包六面整形器電氣控制原理圖

2.2 溫度控制

系統采用歐姆龍TC101 溫控模塊、PWS6600觸摸屏、鉑電阻PT100 對發熱管（110 V×300 W）進行加熱控制。其中，TC101 溫控模塊具有兩個獨立的控制回路，每個控制回路根據設置點（在觸摸屏上設定）獨立加溫。控制回路的加熱周期為2 s，如果發熱管低于設定溫度，發熱管輸出增加。通過自動調節功能設置PID 參數，控制發熱管的振幅和周期，使發熱管溫度保持穩定，從而達到最佳的溫控效果。當鉑電阻出現接觸不良或斷路，以及烙熱板溫度達到高溫報警溫度時，直流繼電器Q1斷電，加熱主回路交流電源斷開，使ZB43包裝機組停機，避免出現煙包整形品質問題。為更換方便，發熱管和鉑電阻采用了前置安裝方式。

2.3 烙熱板移動速度

將ZB43 包裝機組的小包脈沖信號與PLC 的輸入點連接，反饋到程序進行運算比較。當包裝機組實際速度低于設定值時，PLC輸出信號，電磁閥一端得電，驅動氣缸動作，使烙熱板移出，進入冷板工作狀態，避免了由于熨燙時間過長而燙壞煙包。

2.4 故障停機保護

異形煙包六面整形器安裝有3 個傳感器S1，S2和S3，分別用于長、短、平面整形裝置進口位置煙包堵塞檢測、故障處理時停機保護和防護門安全檢測。將PLC-CQM1H 的C1 各個COM 端與CH 機的3S212 進行串接，當傳感器S1，S2，S3 任何一處出現異常信號時，PLC 輸入觸電將獲得該異常信號，輸出點C1 與COM 端斷開，使ZB43 包裝機組發出故障報警信號。另外，烙熱板外部加裝有防護板，以防止人員燙傷。

3 應用效果

異形煙包六面整形裝置的使用，有效提高了煙包整形效率，實現了異形煙包透明紙整形加工工序的自動化，滿足了ZB43包裝機組額定生產能力60 包/分鐘的要求，消除了小盒煙包透明紙松弛、疲軟、折皺等缺陷，缺陷煙包剔除量由改進前的27 包/班次降低為4 包/班次，保證了卷煙產品品質。

［1］江平.“黃鶴樓”品牌異型煙包裝創新設計研究［D］.武漢:湖北工業大學，2010.

［2］馮玉.步進電機與凸輪聯合控制在煙包透明紙包裝中的應用［J］.包裝工程，2012(19):113-116.

［3］劉偉鋒，王維平.GDX2 小盒透明紙包裝折疊部件的改進［J］.煙草科技，2004（7）:21，48.

［4］張純旺，王海濱，李健，等.軟盒硬包卷煙透明紙包裝技術探析［J］.中國質量，2010(10):94-95.

［5］王向偉，遲車仁.香煙包裝機盒包薄膜平整度影響因素的研究［J］.包裝工程，2008(10):56-58.

［6］周奎田.Focke401透明紙包裝機側邊成型熱封裝置的改進［J］.設備與儀器，2007（12）:24-26.

［7］蒲偉權，徐宏武，文愛民，等.GDX2CH煙包整形器:中國，20080167［P］.2008-05-06.

［8］廖艷培，侯明猷.GDX2包裝機組小盒四面整形裝置的改進［J］.煙草科技，2011(11):27-29.

［9］董世謙.FOCKE350 包裝機組小包透明紙起皺現象的消除［J］.煙草科技，2001(2):22-23.

［10］郭紅廣.FOCKE 小包透明紙整形器的應用與改進［J］.科技致富向導，2009(14):58.