YB65A 型硬條包裝機小盒煙包翻轉裝置的設計

陸宇楨，馬 立，呂小波*，刀榮貴，周 波，張進武，吳 杰

1. 上海煙草機械有限責任公司，上海市浦東新區錦繡東路2555 號 201206

2. 紅塔煙草（集團）有限責任公司玉溪卷煙廠，云南省玉溪市紅塔區紅塔大道118 號 653100

為了適應新的消費形勢、滿足卷煙市場個性化需求，煙草行業提出了構建中支卷煙[1-2]品類的發展方向。中支卷煙是介于常規卷煙與細支卷煙之間的一種卷煙品類，煙支周長20 mm（7 mm），比常規卷煙的24.5 mm（mm）圓周稍細，比細支卷煙的17 mm（mm）圓周稍粗，且在煙支長度上也有所變化。中支卷煙在降焦減害[3-4]、節能環保和降本增效等方面具有優勢，并以其外觀新穎別致、焦油釋放量低獲得廣泛關注。在使用YB65A 型硬條包裝機對中支卷煙進行包裝時，小盒煙包按照傳統的二五平包方式包裝，條盒長度達333 mm，厚度只有30 mm，由此造成卷煙銷售時陳列擺放不穩、消費者攜帶不便等問題。針對YB65A 包裝機已有較多研究，楊本才等[5-6]利用壓縮空氣對YB65A 包裝機送紙下通道進行改造，提高了設備對條盒紙的適應性及輸送的穩定性；同時設計了長邊定位裝置，解決了條盒長邊封口折疊時折疊定位容易散開等問題；萬斌等[7]通過改變條盒紙庫托架尺寸、增加潤滑裝置和光纖檢測裝置，及時剔除不合格條盒；羅文成等[8]針對FOCKE350S 硬盒包裝機小盒煙包翻轉機構設計了反向轉動的圓錐齒輪機構和翻轉垂直塔部件，解決了小盒煙包透明紙拉線搭口位置互換等問題。但對于YB65A 包裝機小盒煙包翻轉機構的研究則鮮見報道。為此，設計了一種小盒煙包翻轉裝置，將二五平包方式改進為立式包裝，旨在提高中支卷煙外觀包裝質量，構建適應中支卷煙加工需求的多樣化生產線。

1 問題分析

YB65A 包裝機原采用二五平包包裝方式，見圖1。條盒包裝過程為：將包裹好透明紙并排列成“五包平列、上下兩層”的小盒煙包輸送到包裝位置，紙庫內的條盒紙被吸取輸送到輸送裝置，上膠器對條盒紙的封口折邊進行涂膠，然后條盒紙被輸送到包裝位置等待小盒煙包推入，包裝后的條盒紙打開方向為側面，可以看到小盒煙包的底部或頂部。中支卷煙采用二五平包方式包裝后，條盒長度達333 mm，厚度僅有30 mm，在卷煙銷售陳列時容易擺放不穩，消費者也攜帶不方便，因此需要將二五平包方式改進為立式包裝。

圖1 二五平包包裝方式示意圖Fig.1 Schematic diagram of horizontal packet arrangement in cigarette carton

2 系統設計

改進后在YB55A 型盒外透明紙包裝機與YB65A 型硬條包裝機之間設計了一種煙包翻轉裝置[9]，使YB55A 透明紙包裝機輸出的小盒煙包翻轉90°后進入YB65A 包裝機輸入通道，見圖2。條盒立式包裝過程為：從YB55A 透明紙包裝機輸出的2 盒平放的小盒煙包，由推桿推入小盒煙包翻轉裝置，裝置夾持煙包翻轉90°后，再依次對其他小盒煙包翻轉90°，然后將10 包側立的煙包推入條盒紙包裝位置，完成條盒包裝。改進后條盒紙打開方向為上方，可以看到煙包側面。

圖2 立式包裝方式示意圖Fig.2 Schematic diagram of vertical arrangement in cigarette carton

2.1 結構組成

煙包翻轉裝置主要由往復運動機構和翻轉運動機構組成。其中，往復運動機構包括翻包凸輪、動力輸出軸、導向桿、導軌、擺桿、滑座等部件，見圖3。在YB55A 型盒外透明紙包裝機的動力輸出軸2 的帶動下，翻包凸輪1 轉動，進而帶動擺桿5 擺動；滑座7 安裝在導向桿3 上，沿著導向桿方向滑動；擺桿5 與滑座7 通過連桿8 連接，擺桿5 擺動帶動滑座7 沿著導向桿3 滑動；滑座7 兩邊分別安裝了導軌4，用于對滑座進行導向和支撐；翻包模盒6安裝在滑座7 上，隨滑座一起滑動。因此，通過翻包凸輪1 的轉動最終實現翻包模盒6 的往復運動。

圖3 往復運動機構示意圖Fig.3 Schematic diagram of reciprocating motion mechanism

翻轉運動機構包括軸、翻包模盒、連桿、支架、滾子、固定凸輪等部件，見圖4。其中，連桿3 的一端安裝有滾子5，滾子嵌在固定凸輪6 的軌跡槽內，連桿3 的另一端安裝在軸1 上，軸1 安裝在支架4 的孔內，支架4 固定在滑座上，可以隨滑座做前后往復運動；翻包模盒2 安裝在軸1 上，當支架4隨滑座做往復運動時，連桿3 在固定凸輪6 的作用下擺動，進而帶動翻包模盒2 轉動，最終實現翻包模盒2 的翻轉運動。

圖4 翻轉運動機構示意圖Fig.4 Schematic diagram of turning motion mechanism

2.2 翻包凸輪的設計

改進后在YB55A 透明紙包裝機與YB65A 包裝機之間的拼接箱體內增加了一個翻包凸輪。凸輪通過擺桿帶動滑座前后移動，實現翻包模盒的翻轉運動，將平放的2 盒煙包翻轉90°后，送入YB65A 包裝機輸入通道進行包裝。

2.2.1 滑座滑動相位

由YB55A 透明紙包裝機相位表可知，輸出轉盤雙聯推桿的推進相位是80°，因此滑座的停頓相位至少為80°。另外，根據雙聯推桿的行程及翻轉裝置卡口位置，得知滑座的位移行程為109 mm，由此可確定滑座滑動相位，見圖5。

2.2.2 翻包凸輪運動軌跡

為確保翻包凸輪的工作性能，本設計中采用等躍度5 次項運動規律[10]對滑座運動軌跡進行優化，運動方程式為：

圖5 滑座滑動相位圖Fig.5 Diagram of sliding phase of sliding seat

式中：s 為從動件位移，mm；h 為從動件的最大運動距離，mm；φ 為角位移，（°），φ∈[0，φ]；φ 為推程角，（°）?；爻潭沃?，φ∈[0，140°]，h=109 mm，φ=140°；停頓段中，φ∈[0，80°]，h=109 mm，φ=80°；升程段中，φ∈[0，140°]，h=109 mm，φ=140°。

根據滑座運動軌跡數據（圖6a），利用CREO軟件的模擬分析功能，繪制出翻包凸輪運動軌跡曲線（圖6b），并建立翻包凸輪模型。將翻包凸輪模型導入翻轉裝置，通過CREO 軟件的仿真功能，對滑座的運動性能進行驗證。結果表明：由翻包凸輪帶動并控制的滑座位移行程及相位關系準確，能夠滿足煙包翻轉裝置的設計要求。

圖6 翻包凸輪的軌跡曲線Fig.6 Trajectory curve of packet turning cam

2.3 動力機構設計

ZB45 型包裝機組輔機部分的動力由安裝在YB55A 型盒外透明紙包裝機上的電機提供，輸出軸將動力輸出后通過萬向聯軸器及斜齒輪分別傳遞給YB65A 型硬條包裝機和YB95A 型條外透明紙包裝機。為了在YB55A 型盒外透明紙包裝機與YB65A 型硬條包裝機之間增加煙包翻轉裝置，重新設計了傳動軸1，在傳動軸1 上安裝法蘭2，翻包凸輪3 與法蘭2 用螺釘連接，見圖7。調整時，松開螺釘，轉動凸輪即可調整起止相位。在傳動軸1 的末端，安裝有萬向聯軸器4，通過萬向聯軸器4，將動力傳遞給YB65A 型硬條包裝機。

圖7 改進后的動力傳遞圖Fig.7 Diagram of power transmission after modification

2.4 進包通道的優化

小盒煙包由水平位置進入翻包模盒后，始終被左、右擋塊夾持，防止煙包在翻轉過程中掉落，見圖8。為了使煙包從翻包模盒中順利分離，對進包通道進行了優化設計。改進后煙包分離機構主要由上、下掛鉤和左、右擋板組成，見圖9。上、下掛鉤的預緊力由彈簧提供。翻包模盒翻轉90°后，在翻包凸輪的帶動下繼續沿水平方向運動，在此過程中，通過左、右擋板將夾持煙包的左、右擋塊逐漸打開。當翻包模盒到達行程終點時，左、右擋塊完全打開，再由下掛鉤和上掛鉤對煙包進行定位，保證煙包在終點處呈側立狀態。

圖8 左右擋塊安裝位置圖Fig.8 Installation location of left and right blocking blocks

圖9 小盒煙包分離機構示意圖Fig.9 Schematic diagram of cigarette packet separating mechanism

3 應用效果

3.1 試驗設計

材料：“玉溪（中支阿詩瑪）”、“玉溪（中支和諧）”牌卷煙[紅塔煙草（集團）有限責任公司玉溪卷煙廠提供]。

設備：ZB45 包裝機組（上海煙草機械有限責任公司）。

方法：根據卷煙企業對標指標計算公式及設備信息管理系統數據，包裝設備運行效率=機組產量/（實際運行時間-停機時間）/理論臺時×100%，其中外部原因停機時間=換號時間+日保養時間+試驗時間+班前保養時間+水電氣影響時間+吃飯停機時間，理論臺時=6 箱/h（1 箱=50 000支）。ZB45 包裝機組中YB65A 型硬條包裝機煙包翻轉裝置安裝調試完成后，按250 包/min 生產速度運行，分別統計改進前后各3 個月的設備運行效率。根據GB5606—2005《卷煙》系列國家標準[11]對條盒外觀質量進行檢測。

3.2 數據分析

改進后ZB45 包裝機組實現了小盒煙包立式包裝生產，條盒外觀質量滿足工藝要求。由表1可見，設備運行效率由改進前的76.86%提高到85.40%，改進后減少了設備實際運行時間和停機時間。機組運行平穩，保證了生產正常運行。

表1 改進前和改進后設備運行效率對比Tab.1 Comparison of equipment running efficiency before and after modification

4 結論

基于凸輪機構往復式運動特征，設計了一種小盒煙包翻轉裝置，利用翻包模盒攜帶小盒煙包實現翻轉，將小盒煙包的包裝方式由二五平包改為立式包裝，解決了陳列銷售時條盒擺放不穩、攜帶不方便等問題。以ZB45 包裝機組生產的“玉溪”牌卷煙為對象進行測試，結果表明：翻轉裝置可以準確地將兩包水平放置的小盒煙包翻轉90°，實現小盒煙包立式包裝方式，條盒外觀質量滿足工藝要求，包裝機組運行效率由76.86%提高到85.40%，有效提高了包裝機組的生產適應性。