基于側開式預制條盒卷煙裝填設備的開發與應用

呂小波，馬立，桑叢，李軍，邱仕強，徐仕瑞，聶鑫，李芯茸

基于側開式預制條盒卷煙裝填設備的開發與應用

呂小波，馬立，桑叢，李軍，邱仕強，徐仕瑞，聶鑫，李芯茸

（紅塔煙草集團有限責任公司，云南 玉溪 653100）

為解決預制條盒中支“玉溪境界”軟盒硬化產品生產過程中存在的人工包裝效率低下且成本較高問題。通過對YB65條盒包裝機進行結構分析和改進，僅保留原機的二五排列的煙包推入裝置，重新設計預制條盒供料及側蓋打開裝置、煙包推入裝置及預制條盒輸出裝置。預制條盒裝填技術改變了原有條盒紙成型工藝，并對YB65條盒包裝機與YB95條盒透明紙包裝機的設備布局及相位進行調整，實現了側開式預制條盒卷煙的包裝成型工藝。以中支“玉溪境界”為測試對象，裝填設備聯機運行時速度達25條/min，設備效率達75.4%，廢品剔除率為0.84%，較人工裝填效率提升了19.3倍。設備投入使用后，實現了側開式預制條盒卷煙的全自動生產，設備運行穩定可靠，且效率提升顯著。

預制條盒；側開式；YB65條盒包裝機；煙包裝填；效率

預制條盒卷煙包裝屬于異形包裝的一種，預制條盒在高端卷煙中使用較多，其對增強煙包保護能力、提升卷煙檔次感、品質感效果顯著[1-2]，同時可以將卷煙品牌和卷煙企業文化，包裝風格所承載的信息直接地傳遞給消費者[3-6]，但預制條盒與常規條盒紙在輸送、成型過程中差異較大，現有包裝設備無法滿足生產需求[7]，在實際生產中，各卷煙企業大多采用手工包裝方式，由此帶來生產效率低、成本高、供貨周期長等問題[8]。針對以上問題，國外卷煙企業采用預制盒包裝少，且批量小，常采用手工包裝方式；國內已有卷煙廠開發了5支裝、罐裝、全開式、上開蓋式等異形煙條包裝設備，且有較多技術積累。如陸宇楨等[9]基于YB65A型條盒包裝機開發了煙包翻轉裝置，實現了“十包立式”包裝卷煙的生產，使包裝機組運行效率由76.86%提高到85.40%；張欽等[10]開發出了基于X射線的異形煙煙包缺支檢測系統，提高了異形煙包缺支檢測效率；楊旭東等[11]針對異形煙條人工分揀效率低下的問題，開發了全自動異型煙碼垛及包裝流水線系統，實現了異形煙條的全自動堆垛及分揀；王偉琦等[12]為解決需人工完成預制條盒外透明紙包裝效率低下問題,對YB95設備增加了獨立動力裝置及控制系統，實現了預制條盒透明紙自動化包裝，提高了條透明紙包裝質量及效率，陳濤等[13]為適應云煙“軟大重九”的生產，解決人工成本高,生產效率低等問題，開發了上開蓋式預制條盒卷煙生產設備。楊可杰等[14]為滿足立群“休閑云端”預制條盒卷煙的大批量生產需求，開發出了全開式預制條盒卷煙包裝設備，提高了全開式預制條盒卷煙的生產效率。目前行業內針對預制條盒包裝研究較多，但是對于側開式預制條盒卷煙包裝設備的研究未見報道，為此，以云南中煙紅塔集團生產的中支“玉溪境界”卷煙產品為對象，通過對側開式預制條盒卷煙成型方式及特點進行研究，在YB65條盒包裝機上進行改造，研發側開式預制條盒卷煙裝填設備，填補了側開式預制條盒卷煙包裝研究空白，實現對側開式預制條盒卷煙包裝工藝的全自動聯機生產，提高了生產效率，降低了生產成本。

1 存在問題

傳統條盒紙厚度約為0.3 mm，條盒紙為平面結構，且采用預裁切在線成型工藝，而中支“玉溪境界”預制條盒厚度為2.0 mm，采用預成型在線裝填工藝，預制條盒為立體結構，開啟方式為側開蓋式，對煙包的保護能力顯著增強，同時對卷煙產品品質感及高端感提升明顯。傳統條盒紙與側開式預制條盒結構對比見圖1。因預制條盒材質及成型工藝變化較大，原有YB65條盒包裝機已無法滿足生產要求，如果采用手工包裝生產，則存在生產效率低、成本高等問題，不能滿足側開式預制條盒卷煙批量化生產的需求。

圖1 傳統條盒紙與側開式預制條盒對比

2 改進方法

針對預制條盒中支“玉溪境界”軟盒硬化產品生產過程中存在的人工包裝效率低下且成本較高的問題，通過對YB65條盒包裝機進行結構分析和改進，改造僅保留原機的二五排列的煙包推入裝置，重新設計預制條盒供料及側蓋打開裝置，煙包推入裝置及預制條盒輸出裝置。預制條盒裝填技術改變了原有條盒紙成型工藝，并對YB65條盒包裝機與YB95條盒透明紙包裝機的設備布局及相位進行調整，實現側開式預制條盒卷煙的包裝成型工藝。

2.1 成型工藝

保留YB65條盒包裝機的傳動箱體，拆除條盒紙輸送及上膠裝置，并將YB95設備向右側平移230 mm（約為一條煙條長度），增加預制條盒料庫供料裝置、橫向煙包推送裝置、預制煙條輸出裝置。其工藝流程為：YB55小盒透明紙包裝機輸出的煙包由雙聯推桿將二五平包的10盒煙組向右推送5盒煙包寬度距離后（1位置），由YB65條盒包裝機原機的推入裝置將二五排列的煙包向前推送278 mm（2位置），再由橫向煙包推桿將煙包推入已打開側蓋的預制條盒內（3位置），煙包裝填完成后，由預制條盒輸出裝置推桿將預制條盒推出，同時由盒蓋閉合機構完成側開蓋的閉合，輸送至YB95條盒透明紙包裝機（4位置）；推桿回退時預制條盒在料庫內因重力自由下落（5位置），在料庫末端由開蓋機構將預制條盒一側盒蓋打開（6位置），下落到料庫最底端后再次完成煙包裝填，其工藝路線見圖2。

1.YB55小盒透明紙包裝機輸出煙包；2.YB65條盒包裝機推煙桿將煙組向前輸送；3.橫向推桿完成煙包裝填；4.預制條盒輸出；5.預制條盒在料庫內自由下落；6.開蓋。

2.2 結構組成

側開式預制條盒卷煙裝填設備安裝于YB65條盒包裝機的箱體上并與YB95條盒透明紙輸入通道連接，功能為將YB55小盒透明紙包裝機輸出的煙包完成預制條盒裝填后輸入至YB95條盒透明紙包裝機第一提升器，完成條盒透明紙的包裝。YB55小盒透明紙包裝機通過萬向聯軸器將動力分別提供給YB65條盒包裝機和YB95條盒透明紙包裝機，側開式預制條盒卷煙裝填設備為外置動力，并保持整套系統密切結合、協調一致，因此系統設計時要做到：YB55小盒透明紙包裝機、YB65條盒包裝機、YB95條盒透明紙及側開式預制條盒卷煙裝填設備相位協調一致；需拆除原YB65條盒包裝機的條盒紙輸送、成型及檢測機構，充分利用設備原有的安裝空間；增加缺包檢測、煙包阻塞檢測，當發生缺包或煙包變形時及時停機[15]，杜絕質量缺陷和防止設備損壞[16]。側開式預制條盒卷煙裝填設備結構組成見圖3。

圖3 側開式預制條盒卷煙裝填設備示意圖

如圖3所示，側開式預制條盒卷煙裝填設備包括煙包裝填機構、條盒供給機構、煙條輸出機構、YB65推桿。YB65推桿將YB55小盒透明紙包裝機二五平包排列的煙組向前推送至煙包裝填機構，完成缺包及煙包變形檢測后被推入已打開盒蓋的預制條盒內，完成煙包裝填；條盒供給機構設置有料庫，預制條盒在重力作用下自由下落，在料庫末端由吸盤打開預制條盒的一側盒蓋，等待煙組推入；完成煙包裝填后，由煙條輸出機構將煙條推出，且由盒蓋閉合機構完成盒蓋閉合，最后輸出至YB95條盒透明紙包裝機的第一提升器，由YB95條盒透明紙包裝機完成條盒透明紙包裹。

2.2.1 煙包裝填機構

煙包裝填機構包括底板、氣缸、煙包推板、煙包到位檢測器、煙包變形檢測器、擺桿座、煙包變形檢測擺桿、擋板、缺包檢測器、YB65條盒包裝機下折疊片、YB65條盒包裝機推桿，見圖4。擋板上設置5個缺包檢測器，可完成缺煙包檢測，同時設置煙包到位檢測器，可檢測煙包是否推送到位。當煙包發生變形時，煙包變形擺桿檢測會發生擺動，觸發煙包變形檢測器，將信號傳遞到控制系統，設備停機。當煙包推送到位后，煙包推板在氣缸的推動下，完成煙包的裝填。

2.2.2 預制條盒供給機構

預制條盒供給機構包括底板、旋轉氣缸支架、旋轉氣缸、料庫、開蓋檢測器、吸盤、旋轉氣缸擺臂、盒蓋擋片，見圖5。料庫安裝于底板上，預制條盒可在料庫內自由下落，完成預制條盒供給。旋轉氣缸擺臂上安裝有吸盤，吸盤與負壓氣路相連，在旋轉氣缸的帶動下，旋轉氣缸擺臂可在0°至100°間擺動，實現預制條盒左側盒蓋打開；并在旋轉氣缸擺臂上方設置開蓋檢測器，可對預制條盒開蓋狀態進行檢測，當盒蓋未打開時，檢測器將信號傳遞給控制系統，設備停機。當打開盒蓋的預制條盒下落至底板時，盒蓋擋片為盒蓋提供支撐，使預制條盒始終保持盒蓋打開狀態，便于完成煙包裝填。

1.底板；2.氣缸；3.煙包推板；4.煙包到位檢測器；5.煙包變形檢測器；6.擺桿座；7.煙包變形檢測擺桿；8.擋板；9.缺包檢測器；10.YB65條盒包裝機下折疊片；11.YB65條盒包裝機推桿。

1.底板；2.旋轉氣缸支架；3.旋轉氣缸；4.料庫；5.開蓋檢測器；6.吸盤；7.旋轉氣缸擺臂；8.盒蓋擋片。

2.2.3 煙條輸出機構

煙條輸出機構，如圖6所示，包括底板、盒蓋導片、盒蓋導桿、輸出通道、后部擋板、導向片、活動導片、煙條推板、氣缸。活動導片由氣缸帶動，可自由上下移動，當預制條盒下落前，活動導片向上運動，對預制條盒起導向作用，當完成煙包裝填后，活動導片下落，煙條推板由氣缸帶動，推動煙條向前輸送，預制條盒盒蓋在盒蓋導桿、盒蓋導片、導向片的導向作用下，完成預制條盒盒蓋閉合，由煙條推板的推動下向前輸送，經輸出通道輸送至YB95第1提升器，完成煙條的輸送。

1.底板；2.盒蓋導片；3.盒蓋導桿；4.輸出通道；5.后部擋板；6.導向片；7.活動導片；8.煙條推板；9.氣缸。

2.2.4 控制系統設計

側開式預制條盒卷煙裝填設備在YB65條盒包裝機基礎上進行改造，通過對傳動萬向聯軸器的調整，使YB95條盒透明紙包裝機第1提升器相位與裝填設備煙條推出相位協調一致。改進前YB65推桿、YB95第1提升器相位圖見圖7，改進后YB95第1提升器、煙包推板板、煙條推板、活動導板、旋轉氣缸相位圖見圖8。對比圖7與圖8可得，改進后第1提升器運動節拍向后推遲，由原來的在相位78°下降變為從150°開始下降，由原相位190°上升變為從260°開始上升，使煙包推板，煙條推板，活動導片運動相位協調，不發生干涉。

圖7 改進前相位圖

圖8 改進后相位圖

煙包推板需要保證煙組推送到位后開始運動，YB65推桿在155°達到行程頂點，煙組推送到位，煙包推板在160 °相位時開始動作，在180°時將煙組完全推入預制條盒完成煙包裝填，并快速返回；煙條推板將煙條推入第一提升器時需保證第1提升器處于最低位置保持靜止狀態，即推動相位需在第1提升器靜止相位在180°～260°，且需在煙包推板完成煙組裝填相位180°之后，設計煙條推板在相位185°時開始向前推動煙條，在220°時完成煙條推出，255°時煙條推板返回至起點位置；活動導片在預制條盒下落時起導向作用，但當煙條推板運動時需保持在最低點，防止與煙條推板發生干涉，活動導片在180°～260°間保持在行程最低點；旋轉氣缸需在煙條推板完成煙條推出前完成盒蓋開啟，設計旋轉氣缸在150°時完成盒蓋開啟，且在255°時負壓關閉，便于預制條盒下落，完成單次煙組裝填，其單次煙組裝填流程見圖9。

3 效果驗證

3.1 試驗設計

材料：中支“玉溪境界”牌卷煙，紅塔煙草集團有限責任公司玉溪卷煙廠提供。

設備：ZB25包裝機組包括YB25軟盒包裝機、YB55小盒透明紙包裝機、YB65條盒包裝機、YB95條盒透明紙包裝機（上海煙草機械有限責任公司）。

方法：測試設備運行效果和廢品率。按設備25條/min的生產速度計算，單班理論生產時間為5.5 h計算（減去班前保養及班中保養時間0.5 h），連續統計3周實際產量、生產時間、設備運行效率（機組效率=實際產量/額定生產速度下的理論產量×100%）、廢品率。

圖9 改進后流程

3.2 數據分析

由表1可見，改進后平均每周產量為295箱（1箱=250條=5萬支卷煙），平均生產時間為73.1 h，平均設備效率為75.4%，平均廢品率0.84%，整線設備運行需要3名操作工；如依靠手工包裝，則單條產線需要8名操作工完成半成品煙條的拆解、重新裝填、條盒透明紙包裝等工序，其單周產量平均為15.3箱，因此，設備應用后，人工成本可減少5人，周產量提升19.3倍，且產品符合工藝質量要求。

表1 改造前后主要數據比較表

Tab.1 Comparison of main data before and after modification

4 結語

由于側開式預制條盒在條盒輸送、成型工藝上變化較大，，且考慮條盒透明紙包裝機與條盒包裝機的動力傳遞與動作協調，在原YB65條盒包裝機上進行改造，拆除原條盒輸送、上膠系統，增加煙包裝填機構、條盒供給機構、煙條輸出機構，能高效、穩定地完成側開式預制條盒的煙包裝填，實現了側開式預制條盒卷煙包裝的全自動聯機生產。結果表明：以中支“玉溪境界”為測試對象，設備運行速度達25條/min，裝置應用后設備運行穩定可靠，設備效率達75.4%，廢品率為0.84%，相比改造前單周產量提高19.3倍，效率提升明顯。該技術可為提高卷煙異型包裝生產效率提供技術參考。

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Development and Application of Cigarette Filling Equipment Based on Side-open Prefabricated Carton

LYU Xiao-bo, MA Li, SANG Cong, LI Jun, QIU Shi-qiang, XU Shi-rui, NIE Xin, LI Xin-rong

(Hongta Tobacco (Group) Co., Ltd., Yunnan Yuxi 653100, China)

The work aims to solve the inefficiency and high cost of manual packaging in the production process of soft box hardening product of "Yuxi Jingjie" in prefabricated carton. Through structure analysis and improvement on YB65 carton packaging machine, only the 25-row cigarette bag pushing device of the original machine was retained. The prefabricated carton feeding and side cover opening device, the cigarette bag pushing device and the prefabricated carton output device were redesigned. The prefabricated carton filling technology changed the original carton paper forming process, and adjusted the equipment layout and phase of YB65 carton packaging machine and YB95 carton transparent paper packaging machine, thus realizing the packaging process of side-open prefabricated carton cigarette. Taking "Yuxi Jingjie" in Zhongzhi as the test object, the online running speed of filling equipment reached 25 cartons/min, the equipment efficiency reached 75.4%, the rejection rate of waste was 0.84%, and the efficiency of was increased by 19.3 times compared with manual filling. After putting the equipment into service, the fully automatic production of side-open prefabricated carton cigarettes is realized. The equipment runs stably and reliably, and the efficiency is improved significantly.

prefabricated cartons; side-open type; YB65 carton packaging machine; cigarette packaging filling; efficiency

TS434

A

1001-3563(2022)17-0282-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.037

2022–04–28

紅塔集團科技類重點項目（2020GY04）

呂小波（1971—），男，高級工程師，主要研究方向為煙機設備維修及技術創新。

李軍（1995—），男，工程師，主要研究方向為煙機設備修理。

責任編輯：曾鈺嬋