基于側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙裝填設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

呂小波，馬立，桑叢，李軍，邱仕強(qiáng)，徐仕瑞，聶鑫，李芯茸

基于側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙裝填設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用

呂小波，馬立，桑叢，李軍，邱仕強(qiáng)，徐仕瑞，聶鑫，李芯茸

（紅塔煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，云南 玉溪 653100）

為解決預(yù)制條盒中支“玉溪境界”軟盒硬化產(chǎn)品生產(chǎn)過程中存在的人工包裝效率低下且成本較高問題。通過對(duì)YB65條盒包裝機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和改進(jìn)，僅保留原機(jī)的二五排列的煙包推入裝置，重新設(shè)計(jì)預(yù)制條盒供料及側(cè)蓋打開裝置、煙包推入裝置及預(yù)制條盒輸出裝置。預(yù)制條盒裝填技術(shù)改變了原有條盒紙成型工藝，并對(duì)YB65條盒包裝機(jī)與YB95條盒透明紙包裝機(jī)的設(shè)備布局及相位進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙的包裝成型工藝。以中支“玉溪境界”為測(cè)試對(duì)象，裝填設(shè)備聯(lián)機(jī)運(yùn)行時(shí)速度達(dá)25條/min，設(shè)備效率達(dá)75.4%，廢品剔除率為0.84%，較人工裝填效率提升了19.3倍。設(shè)備投入使用后，實(shí)現(xiàn)了側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙的全自動(dòng)生產(chǎn)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，且效率提升顯著。

預(yù)制條盒；側(cè)開式；YB65條盒包裝機(jī)；煙包裝填；效率

預(yù)制條盒卷煙包裝屬于異形包裝的一種，預(yù)制條盒在高端卷煙中使用較多，其對(duì)增強(qiáng)煙包保護(hù)能力、提升卷煙檔次感、品質(zhì)感效果顯著[1-2]，同時(shí)可以將卷煙品牌和卷煙企業(yè)文化，包裝風(fēng)格所承載的信息直接地傳遞給消費(fèi)者[3-6]，但預(yù)制條盒與常規(guī)條盒紙?jiān)谳斔汀⒊尚瓦^程中差異較大，現(xiàn)有包裝設(shè)備無法滿足生產(chǎn)需求[7]，在實(shí)際生產(chǎn)中，各卷煙企業(yè)大多采用手工包裝方式，由此帶來生產(chǎn)效率低、成本高、供貨周期長(zhǎng)等問題[8]。針對(duì)以上問題，國(guó)外卷煙企業(yè)采用預(yù)制盒包裝少，且批量小，常采用手工包裝方式；國(guó)內(nèi)已有卷煙廠開發(fā)了5支裝、罐裝、全開式、上開蓋式等異形煙條包裝設(shè)備，且有較多技術(shù)積累。如陸宇楨等[9]基于YB65A型條盒包裝機(jī)開發(fā)了煙包翻轉(zhuǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)了“十包立式”包裝卷煙的生產(chǎn)，使包裝機(jī)組運(yùn)行效率由76.86%提高到85.40%；張欽等[10]開發(fā)出了基于X射線的異形煙煙包缺支檢測(cè)系統(tǒng)，提高了異形煙包缺支檢測(cè)效率；楊旭東等[11]針對(duì)異形煙條人工分揀效率低下的問題，開發(fā)了全自動(dòng)異型煙碼垛及包裝流水線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了異形煙條的全自動(dòng)堆垛及分揀；王偉琦等[12]為解決需人工完成預(yù)制條盒外透明紙包裝效率低下問題,對(duì)YB95設(shè)備增加了獨(dú)立動(dòng)力裝置及控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制條盒透明紙自動(dòng)化包裝，提高了條透明紙包裝質(zhì)量及效率，陳濤等[13]為適應(yīng)云煙“軟大重九”的生產(chǎn)，解決人工成本高,生產(chǎn)效率低等問題，開發(fā)了上開蓋式預(yù)制條盒卷煙生產(chǎn)設(shè)備。楊可杰等[14]為滿足立群“休閑云端”預(yù)制條盒卷煙的大批量生產(chǎn)需求，開發(fā)出了全開式預(yù)制條盒卷煙包裝設(shè)備，提高了全開式預(yù)制條盒卷煙的生產(chǎn)效率。目前行業(yè)內(nèi)針對(duì)預(yù)制條盒包裝研究較多，但是對(duì)于側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙包裝設(shè)備的研究未見報(bào)道，為此，以云南中煙紅塔集團(tuán)生產(chǎn)的中支“玉溪境界”卷煙產(chǎn)品為對(duì)象，通過對(duì)側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙成型方式及特點(diǎn)進(jìn)行研究，在YB65條盒包裝機(jī)上進(jìn)行改造，研發(fā)側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙裝填設(shè)備，填補(bǔ)了側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙包裝研究空白，實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙包裝工藝的全自動(dòng)聯(lián)機(jī)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

1 存在問題

傳統(tǒng)條盒紙厚度約為0.3 mm，條盒紙為平面結(jié)構(gòu)，且采用預(yù)裁切在線成型工藝，而中支“玉溪境界”預(yù)制條盒厚度為2.0 mm，采用預(yù)成型在線裝填工藝，預(yù)制條盒為立體結(jié)構(gòu)，開啟方式為側(cè)開蓋式，對(duì)煙包的保護(hù)能力顯著增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)卷煙產(chǎn)品品質(zhì)感及高端感提升明顯。傳統(tǒng)條盒紙與側(cè)開式預(yù)制條盒結(jié)構(gòu)對(duì)比見圖1。因預(yù)制條盒材質(zhì)及成型工藝變化較大，原有YB65條盒包裝機(jī)已無法滿足生產(chǎn)要求，如果采用手工包裝生產(chǎn)，則存在生產(chǎn)效率低、成本高等問題，不能滿足側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙批量化生產(chǎn)的需求。

圖1 傳統(tǒng)條盒紙與側(cè)開式預(yù)制條盒對(duì)比

2 改進(jìn)方法

針對(duì)預(yù)制條盒中支“玉溪境界”軟盒硬化產(chǎn)品生產(chǎn)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(duì)YB65條盒包裝機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和改進(jìn)，改造僅保留原機(jī)的二五排列的煙包推入裝置，重新設(shè)計(jì)預(yù)制條盒供料及側(cè)蓋打開裝置，煙包推入裝置及預(yù)制條盒輸出裝置。預(yù)制條盒裝填技術(shù)改變了原有條盒紙成型工藝，并對(duì)YB65條盒包裝機(jī)與YB95條盒透明紙包裝機(jī)的設(shè)備布局及相位進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)側(cè)開式預(yù)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(jī)的傳動(dòng)箱體，拆除條盒紙輸送及上膠裝置，并將YB95設(shè)備向右側(cè)平移230 mm（約為一條煙條長(zhǎng)度），增加預(yù)制條盒料庫供料裝置、橫向煙包推送裝置、預(yù)制煙條輸出裝置。其工藝流程為：YB55小盒透明紙包裝機(jī)輸出的煙包由雙聯(lián)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(jī)原機(jī)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(cè)蓋的預(yù)制條盒內(nèi)（3位置），煙包裝填完成后，由預(yù)制條盒輸出裝置推桿將預(yù)制條盒推出，同時(shí)由盒蓋閉合機(jī)構(gòu)完成側(cè)開蓋的閉合，輸送至YB95條盒透明紙包裝機(jī)（4位置）；推桿回退時(shí)預(yù)制條盒在料庫內(nèi)因重力自由下落（5位置），在料庫末端由開蓋機(jī)構(gòu)將預(yù)制條盒一側(cè)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(jī)輸出煙包；2.YB65條盒包裝機(jī)推煙桿將煙組向前輸送；3.橫向推桿完成煙包裝填；4.預(yù)制條盒輸出；5.預(yù)制條盒在料庫內(nèi)自由下落；6.開蓋。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙裝填設(shè)備安裝于YB65條盒包裝機(jī)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(jī)輸出的煙包完成預(yù)制條盒裝填后輸入至YB95條盒透明紙包裝機(jī)第一提升器，完成條盒透明紙的包裝。YB55小盒透明紙包裝機(jī)通過萬向聯(lián)軸器將動(dòng)力分別提供給YB65條盒包裝機(jī)和YB95條盒透明紙包裝機(jī)，側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙裝填設(shè)備為外置動(dòng)力，并保持整套系統(tǒng)密切結(jié)合、協(xié)調(diào)一致，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要做到：YB55小盒透明紙包裝機(jī)、YB65條盒包裝機(jī)、YB95條盒透明紙及側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙裝填設(shè)備相位協(xié)調(diào)一致；需拆除原YB65條盒包裝機(jī)的條盒紙輸送、成型及檢測(cè)機(jī)構(gòu)，充分利用設(shè)備原有的安裝空間；增加缺包檢測(cè)、煙包阻塞檢測(cè)，當(dāng)發(fā)生缺包或煙包變形時(shí)及時(shí)停機(jī)[15]，杜絕質(zhì)量缺陷和防止設(shè)備損壞[16]。側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙裝填設(shè)備結(jié)構(gòu)組成見圖3。

圖3 側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙裝填設(shè)備示意圖

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

2.2.1 煙包裝填機(jī)構(gòu)

煙包裝填機(jī)構(gòu)包括底板、氣缸、煙包推板、煙包到位檢測(cè)器、煙包變形檢測(cè)器、擺桿座、煙包變形檢測(cè)擺桿、擋板、缺包檢測(cè)器、YB65條盒包裝機(jī)下折疊片、YB65條盒包裝機(jī)推桿，見圖4。擋板上設(shè)置5個(gè)缺包檢測(cè)器，可完成缺煙包檢測(cè)，同時(shí)設(shè)置煙包到位檢測(cè)器，可檢測(cè)煙包是否推送到位。當(dāng)煙包發(fā)生變形時(shí)，煙包變形擺桿檢測(cè)會(huì)發(fā)生擺動(dòng)，觸發(fā)煙包變形檢測(cè)器，將信號(hào)傳遞到控制系統(tǒng)，設(shè)備停機(jī)。當(dāng)煙包推送到位后，煙包推板在氣缸的推動(dòng)下，完成煙包的裝填。

2.2.2 預(yù)制條盒供給機(jī)構(gòu)

預(yù)制條盒供給機(jī)構(gòu)包括底板、旋轉(zhuǎn)氣缸支架、旋轉(zhuǎn)氣缸、料庫、開蓋檢測(cè)器、吸盤、旋轉(zhuǎn)氣缸擺臂、盒蓋擋片，見圖5。料庫安裝于底板上，預(yù)制條盒可在料庫內(nèi)自由下落，完成預(yù)制條盒供給。旋轉(zhuǎn)氣缸擺臂上安裝有吸盤，吸盤與負(fù)壓氣路相連，在旋轉(zhuǎn)氣缸的帶動(dòng)下，旋轉(zhuǎn)氣缸擺臂可在0°至100°間擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制條盒左側(cè)盒蓋打開；并在旋轉(zhuǎn)氣缸擺臂上方設(shè)置開蓋檢測(cè)器，可對(duì)預(yù)制條盒開蓋狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)盒蓋未打開時(shí)，檢測(cè)器將信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)，設(shè)備停機(jī)。當(dāng)打開盒蓋的預(yù)制條盒下落至底板時(shí)，盒蓋擋片為盒蓋提供支撐，使預(yù)制條盒始終保持盒蓋打開狀態(tài)，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(cè)器；5.煙包變形檢測(cè)器；6.擺桿座；7.煙包變形檢測(cè)擺桿；8.擋板；9.缺包檢測(cè)器；10.YB65條盒包裝機(jī)下折疊片；11.YB65條盒包裝機(jī)推桿。

1.底板；2.旋轉(zhuǎn)氣缸支架；3.旋轉(zhuǎn)氣缸；4.料庫；5.開蓋檢測(cè)器；6.吸盤；7.旋轉(zhuǎn)氣缸擺臂；8.盒蓋擋片。

2.2.3 煙條輸出機(jī)構(gòu)

煙條輸出機(jī)構(gòu)，如圖6所示，包括底板、盒蓋導(dǎo)片、盒蓋導(dǎo)桿、輸出通道、后部擋板、導(dǎo)向片、活動(dòng)導(dǎo)片、煙條推板、氣缸。活動(dòng)導(dǎo)片由氣缸帶動(dòng)，可自由上下移動(dòng)，當(dāng)預(yù)制條盒下落前，活動(dòng)導(dǎo)片向上運(yùn)動(dòng)，對(duì)預(yù)制條盒起導(dǎo)向作用，當(dāng)完成煙包裝填后，活動(dòng)導(dǎo)片下落，煙條推板由氣缸帶動(dòng)，推動(dòng)煙條向前輸送，預(yù)制條盒盒蓋在盒蓋導(dǎo)桿、盒蓋導(dǎo)片、導(dǎo)向片的導(dǎo)向作用下，完成預(yù)制條盒盒蓋閉合，由煙條推板的推動(dòng)下向前輸送，經(jīng)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(dǎo)片；3.盒蓋導(dǎo)桿；4.輸出通道；5.后部擋板；6.導(dǎo)向片；7.活動(dòng)導(dǎo)片；8.煙條推板；9.氣缸。

2.2.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙裝填設(shè)備在YB65條盒包裝機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，通過對(duì)傳動(dòng)萬向聯(lián)軸器的調(diào)整，使YB95條盒透明紙包裝機(jī)第1提升器相位與裝填設(shè)備煙條推出相位協(xié)調(diào)一致。改進(jìn)前YB65推桿、YB95第1提升器相位圖見圖7，改進(jìn)后YB95第1提升器、煙包推板板、煙條推板、活動(dòng)導(dǎo)板、旋轉(zhuǎn)氣缸相位圖見圖8。對(duì)比圖7與圖8可得，改進(jìn)后第1提升器運(yùn)動(dòng)節(jié)拍向后推遲，由原來的在相位78°下降變?yōu)閺?50°開始下降，由原相位190°上升變?yōu)閺?60°開始上升，使煙包推板，煙條推板，活動(dòng)導(dǎo)片運(yùn)動(dòng)相位協(xié)調(diào)，不發(fā)生干涉。

圖7 改進(jìn)前相位圖

圖8 改進(jìn)后相位圖

煙包推板需要保證煙組推送到位后開始運(yùn)動(dòng)，YB65推桿在155°達(dá)到行程頂點(diǎn)，煙組推送到位，煙包推板在160 °相位時(shí)開始動(dòng)作，在180°時(shí)將煙組完全推入預(yù)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(shí)需保證第1提升器處于最低位置保持靜止?fàn)顟B(tài)，即推動(dòng)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(shè)計(jì)煙條推板在相位185°時(shí)開始向前推動(dòng)煙條，在220°時(shí)完成煙條推出，255°時(shí)煙條推板返回至起點(diǎn)位置；活動(dòng)導(dǎo)片在預(yù)制條盒下落時(shí)起導(dǎo)向作用，但當(dāng)煙條推板運(yùn)動(dòng)時(shí)需保持在最低點(diǎn)，防止與煙條推板發(fā)生干涉，活動(dòng)導(dǎo)片在180°～260°間保持在行程最低點(diǎn)；旋轉(zhuǎn)氣缸需在煙條推板完成煙條推出前完成盒蓋開啟，設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)氣缸在150°時(shí)完成盒蓋開啟，且在255°時(shí)負(fù)壓關(guān)閉，便于預(yù)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(yàn)證

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：中支“玉溪境界”牌卷煙，紅塔煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司玉溪卷煙廠提供。

設(shè)備：ZB25包裝機(jī)組包括YB25軟盒包裝機(jī)、YB55小盒透明紙包裝機(jī)、YB65條盒包裝機(jī)、YB95條盒透明紙包裝機(jī)（上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

方法：測(cè)試設(shè)備運(yùn)行效果和廢品率。按設(shè)備25條/min的生產(chǎn)速度計(jì)算，單班理論生產(chǎn)時(shí)間為5.5 h計(jì)算（減去班前保養(yǎng)及班中保養(yǎng)時(shí)間0.5 h），連續(xù)統(tǒng)計(jì)3周實(shí)際產(chǎn)量、生產(chǎn)時(shí)間、設(shè)備運(yùn)行效率（機(jī)組效率=實(shí)際產(chǎn)量/額定生產(chǎn)速度下的理論產(chǎn)量×100%）、廢品率。

圖9 改進(jìn)后流程

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可見，改進(jìn)后平均每周產(chǎn)量為295箱（1箱=250條=5萬支卷煙），平均生產(chǎn)時(shí)間為73.1 h，平均設(shè)備效率為75.4%，平均廢品率0.84%，整線設(shè)備運(yùn)行需要3名操作工；如依靠手工包裝，則單條產(chǎn)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(chǎn)量平均為15.3箱，因此，設(shè)備應(yīng)用后，人工成本可減少5人，周產(chǎn)量提升19.3倍，且產(chǎn)品符合工藝質(zhì)量要求。

表1 改造前后主要數(shù)據(jù)比較表

Tab.1 Comparison of main data before and after modification

4 結(jié)語

由于側(cè)開式預(yù)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(jī)與條盒包裝機(jī)的動(dòng)力傳遞與動(dòng)作協(xié)調(diào)，在原YB65條盒包裝機(jī)上進(jìn)行改造，拆除原條盒輸送、上膠系統(tǒng)，增加煙包裝填機(jī)構(gòu)、條盒供給機(jī)構(gòu)、煙條輸出機(jī)構(gòu)，能高效、穩(wěn)定地完成側(cè)開式預(yù)制條盒的煙包裝填，實(shí)現(xiàn)了側(cè)開式預(yù)制條盒卷煙包裝的全自動(dòng)聯(lián)機(jī)生產(chǎn)。結(jié)果表明：以中支“玉溪境界”為測(cè)試對(duì)象，設(shè)備運(yùn)行速度達(dá)25條/min，裝置應(yīng)用后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，設(shè)備效率達(dá)75.4%，廢品率為0.84%，相比改造前單周產(chǎn)量提高19.3倍，效率提升明顯。該技術(shù)可為提高卷煙異型包裝生產(chǎn)效率提供技術(shù)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(tuán)科技類重點(diǎn)項(xiàng)目（2020GY04）

呂小波（1971—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闊煓C(jī)設(shè)備維修及技術(shù)創(chuàng)新。

李軍（1995—），男，工程師，主要研究方向?yàn)闊煓C(jī)設(shè)備修理。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋