高速卷煙包裝機噴膠裝置清潔工具設計

鄧永祥

（廣西中煙工業有限責任公司，南寧 530001）

隨著行業設備裝備的不斷升級進步，現階段主流卷煙包裝機的機型已由ZB25/ZB45 包裝機組升級為ZB416 型高速卷煙包裝機組，該機型機組中的輔機為C800/BV 硬條及條外透明紙包裝機條盒紙中用于粘貼成形的黏合劑的涂抹方式已由原采用上膠板涂膠的機械上膠方式，改進為電控噴膠的方式，條盒紙黏合用膠均為噴膠系統提供。近年來，廣西中煙工業有限責任公司也持續升級高速包裝機組，其數量逐步增多。噴膠系統有別于常規卷煙包裝機組的條盒涂膠裝置，其是由儲膠桶、高壓膠泵、調壓器、密封膠管、分配器、噴膠槍及控制部件等組成，該系統作用是在條盒紙指定位置上由噴膠槍在高壓膠泵作用下噴射一定數量直徑僅為0.35 mm 的膠滴，實現粘貼條盒的目的，由于噴膠方式可控性及膠水利用率方面有很大優勢，已成為目前卷煙包裝機的主流。

1 設備結構及設備工作原理

ZB416 型高速卷煙包裝機組分為主機YB416（生產小盒煙包）和輔機C800/BV（在小盒外包裹透明紙后包裝為條煙）兩大部分，輔機又分為C800 和BV。BV硬條及條外透明紙包裝機主要是將來自C800 小盒外透明紙包裝機提供的合格單包排列煙包，通過螺旋堆疊提升器以“二五平包”方式組合為10 包小盒煙包連續排列的雙層煙包，輸入到BV 硬條及條外透明紙包裝機，然后在一號輪進行10 包小盒煙包外包裹條盒紙并折疊完成硬條包裝，一號輪與二號輪間進行透明紙及拉線供料，最后在二號輪進行硬條外包裹上透明紙，完成合格、完全的硬條包裝，并將條包輸送給下一工序[1]。

條盒紙的吸取、上膠是BV 硬條及條外透明紙包裝機的關鍵工序，其工藝過程如下：條盒紙在料庫內經過吸盤吸取、單張分離后，由吸風輸送帶向下輸送，當條盒紙經過噴膠裝置工位設定的相位時，垂直安裝在輸送通道上的噴膠器高速向條盒紙的上膠位噴射出一定數量的點狀膠水，已噴涂膠水的條盒紙繼續輸送到包裝工位后將二五平包的10 包小盒煙包包裹成條盒，條盒紙上的點狀膠水干涸后將條盒紙粘貼固定成型。成型的條盒送入下一工序進行透明紙的包裝，BV 硬條及條外透明紙包裝機工藝流程示意圖如圖1 所示。

圖1 BV 硬條及條外透明紙包裝機工藝流程示意圖

BV 作為一種全新的硬條及條外透明紙包裝機，其采用電控的噴膠系統來進行條盒紙的上膠。高壓膠泵從膠桶中抽取出的膠水經過增壓后由分配器將膠水流分配給數個噴膠槍。噴膠槍有3 個位置，分別是工作位置、噴膠位置和停止位置。在正常工作時，噴膠槍處于工作位置，當條盒紙在輸送通道內輸送時，在條盒紙噴上膠水點；當停機時間達到設定值時，噴膠槍從工作位置返回停止位置；當機器啟動發出噴膠指令時，噴膠槍從停止位置轉動到噴膠位置，噴掉噴膠槍頭部的一段有凝結趨勢的膠水，使噴膠槍頭保持干凈，然后噴膠槍繼續轉動到工作位置，等待工作開始[2]。

2 存在問題

實際生產中該機組經常出現條盒噴膠器在條盒輸送到位后，噴膠器未能在條盒紙的上膠區域內噴射出設定的點狀膠水，條盒紙輸送到包裝工位后將二五平包的煙包包裹成條盒，但由于條盒紙沒有膠水的粘貼定型，條盒送入下一工序進行透明紙包裝前，由于條盒外各面無定位或壓板的保護、支撐作用，盒內的10 包煙會散開。散開的煙包和條盒紙在透明紙包裝及折疊過程中會造成輸送堵塞、設備卡機，輕則觸發設備內的產品過程包裝質量檢測或堵塞檢測而停機，影響設備生產效率、增加原輔材料的消耗，重則造成煙條推桿或包裝折疊零件的變形或斷裂。

膠黏劑是卷煙制造過程中不可缺少的用于卷煙包裝材料黏合的原輔材料。目前，國內卷煙生產中使用的膠黏劑大多是以乙酸乙烯酯為主要原料合成的一種熱塑性白乳膠[3]。BV 硬條及條外透明紙包裝機中條盒紙的黏合劑即為白乳膠，白乳膠是以水為分散介質進行乳液聚合而得，是一種水性環保膠，其因性能優良而得到各個行業的廣泛使用，但白乳膠在接觸空氣或存放環境較差的地方易干結形成膠皮。雖然原噴膠裝置設置有自動清潔噴槍頭的功能，但該功能在實施時僅是噴膠槍在工作位旋轉到停止位時在軟膠上摩擦一段距離，并不能將噴膠槍上凝結的膠垢完全清潔干凈。而BV 噴膠槍的噴孔僅為0.35 mm，白乳膠中微小的膠皮易造成噴膠槍孔堵塞，導致條盒紙上無膠點而包裝散開。

根據日常維修經驗，噴膠槍內部管路膠液存在微小的積垢，積垢積累在噴膠槍內部造成噴膠孔堵塞而不能噴射膠點。操作工須每班對條盒噴膠裝置的噴膠頭進行2 次定期保養，通過定期疏通噴膠槍的噴膠孔，避免其被膠垢堵塞，從而保證產品質。另外，周末停產后設備較長時間停機，噴膠裝置管路內部的膠水滯留的時間較長，膠液中積累的微小積垢也較多，此時噴膠槍因噴膠孔堵塞而不能噴射膠點的機率大大提高，因此周一生產時需要更為深度的噴膠裝置保養，即人工拆除噴膠槍的噴嘴，將內部管路滯留的膠液全部排出。由于排膠時無專用工具及噴膠槍噴孔尺寸較小，操作工采用設備自帶的排膠功能完全排空管路內的滯留膠液約需60 min，為提高工作效率，也可以由修理工將噴膠裝置從設備上拆下，然后快速將內部膠液排出，但該方法用時也在40 min左右，另外，由于拆卸噴膠裝置，會加快零件磨損、影響零件裝配精度，設備的穩定性受到影響。

3 原因分析

條盒噴膠槍結構如圖2 所示，由調節器、噴膠槍殼體、彈簧、頂針和噴嘴組成，噴膠槍殼體內有電磁線圈。膠泵將膠液加壓到1.0～1.5 MPaG 再通過膠管輸送到噴膠槍內部，待機時頂針4 在彈簧3 的作用下向右擠壓噴嘴5，從而將噴嘴封堵，高壓膠液不能向外噴射；當需要噴膠槍噴射膠點時，噴膠槍殼體內電磁線圈得電產生磁性，將頂針4 向左吸附，頂針4 離開噴嘴5，噴膠槍內的高壓膠液瞬間從噴嘴射出，因膠液壓力較大，膠液從噴嘴射出的速度也較高，當一液滴以一定的速度射向固體表面以后，由于各種不同因素的影響液滴可能產生不同的運動形態變化，如鋪展、振蕩、沉積、反彈和飛濺等[4]。飛濺的膠液造成了通道積垢，以及通道需要定期清潔保養。

圖2 噴膠槍結構示意圖

定期清潔保養時，需擦拭條盒輸送通道各處積垢，同時還需將噴膠槍調整到手動噴射狀態，利用膠液的連續、高速流動對噴膠頭內部進行清潔。原設備配備的噴膠槍清潔保養工具為“L”型接膠盒，如圖3 所示，其中左側垂直檔邊用于阻擋清潔、疏通噴膠槍噴射出來的膠液，以免噴射的膠滴射到條盒輸送通道內，然后利用重力作用將噴射到垂直檔板上的膠液導入下部封閉的空間內，并匯集在下部。

圖3 噴膠槍清潔保養示意圖

然而液滴在碰撞過程中會受到諸多因素的影響，主要有液滴密度、表面張力、黏度等物性參數;液滴撞擊壁面速度，固體壁面的粗糙度、傾斜度、溫度;液滴與壁面接觸角以及周圍環境因素等[4]。如圖3 所示，噴膠槍高速噴射出來的膠液與“L”型接膠盒的左側垂直，因此在對噴膠槍進行內部高壓清潔時，噴射出來的膠液不可避免飛濺到周圍的輸送通道上，從而造成清潔保養需要較長時間。

4 改進方法

4.1 弧形接膠管

一般來說，液體的噴射角度是指液體射流與碰撞物表面噴點切向方向所成的角度。如圖4 所示，膠液在噴射狀態下主要過程為膠液射流以速度v噴射到碰撞物表面后，在膠液法向分速度vn的作用下，膠液到達碰撞物表面后，與碰撞物表面發生碰撞，形成飛濺，使膠液飛離碰撞物表面，隨著噴射角度的減小，膠液射流切向分速度vτ增大，使膠液沿碰撞物表面的流動速度加快;法向分速度vn減小，膠液飛濺現象減弱[5]。為避免膠滴噴射到接膠盒發生散射濺到四周的情況，將用于引導高速膠滴的接膠零件由原垂直入射改為一定角度的入射，且入射角度越小，發生濺射的情況越少，由于vn=sin（θ），即當噴射角度θ 為0°時法向分速度vn為0，膠液獲得法向濺射的能量最小。

圖4 噴射過程分析圖

因此，為了減少噴膠槍噴射膠液發生濺射可能，將原垂直檔板設計為一段弧形導管，入射端軸心與噴膠槍噴射方向重合，即膠液噴射角度θ 為0°，導管輸出端與噴膠槍垂直，如圖5 所示，高速噴射的膠液經過一段圓弧導向后向下流動。根據圓的周長C=πd，圓弧的直徑越大，高速噴射的膠液法向分速度vn由0 變到最大的路程也最大，高速噴射的膠液減速的用時也最長，膠滴碰撞后反作用力越小，膠滴發生散射而濺射到四周的作用力越小，改善效果越明顯。但由于設備空間尺寸限制，所以接膠管頭尺寸被限制在一定范圍內，根據現場測繪，選取導管彎曲半徑R為50 mm，導管內徑8 mm，壁厚1 mm，外徑10 mm。

圖5 硬紙板條盒夾持與堵塞檢測裝置結構示意圖

另外，為了進一步避免安裝不慎噴膠槍與弧形接膠管5 軸心不同軸膠液噴射到接膠管壁或未進入導管，而污染設備，將導管入口設計為喇叭口，并在喇叭口內設置防濺檔邊，即在喇叭口末端直徑略大于導管入口直徑，可以防止膠液在導管內因流量大滯留管口而流出導管。

4.2 集膠桶

由于設備條盒輸送通道空間狹窄，原集膠盒的尺寸不能設計得足夠大，其集膠盒的容積有限，而噴膠裝置管路內滯留膠液量較多，這一矛盾造成了不能一次性將管路內的膠垢或舊膠液排出到集膠盒內收集，需數次清理集膠盒內的膠液后方能完成保養工作，工作復雜且費時。

利用分離方法中的空間分離原理[6]，將容積較小的集膠盒設計為容積足夠大的集膠桶并安裝到設備外部，以滿足一次性完成收集噴膠裝置內部需清理的膠液的要求，然后通過軟導管在重力作用下，將弧形接膠管出口端流出的膠液長距離導流輸送入到集膠桶內。軟管采用有彈性的橡膠軟管，內徑為9 mm 略小于弧形接膠管外徑10 mm，橡膠管在彈力作用下套在弧形接膠管下端。柔軟的管體方便導管在設備內穿引到設備外部。

4.3 定位支架

為了方便噴膠清潔工具安裝到設備條盒輸送通道內，保證安裝位置快速、準確，在清潔工具上設計有定位支架，如圖5 所示。定位支架6 首先與弧形接膠管5 固定在一起，保證弧形接膠管在使用過程中不會因受到高速噴射的膠液沖擊而出現位置移動，定位支架上有導向銷軸，安裝使用清潔工具時，將導向銷軸插入設備條盒輸送通道內的導向孔內，即可保證清潔工具的位置正確。

4.4 使用方法

使用時，首先打開設備條盒輸送通道，將清潔工具安裝到輸送通道內，安裝時將導向銷軸插入設備條盒輸送通道內的導向孔內；將與弧形接膠管連接的軟管放置到集膠桶8 內；操作設備噴膠槍的控制開關，利用高壓膠液自我清潔膠槍內部的積垢及雜質，或將內部舊膠液噴出膠槍，使新膠液進入噴膠槍；取出清潔工具，清理集膠桶內廢棄膠液。

5 改進效果

設計并使用了噴膠清潔工具后，避免了使用原集膠盒保養設備時高壓噴射出來的膠液飛濺到設備條盒輸送通道周圍，造成設備在保養過程中的二次污染問題，每次清潔保養減少用時10 min。

使用了噴膠清潔工具后，可以一次性完成噴膠槍內積垢自動清潔或舊膠排除工作，相對于原集膠盒，需要分3 次以上反復安裝集膠盒、操作噴膠槍噴射，每次節約用時1 h 以上，提升了設備運行效率性能。

6 結束語

噴膠裝置由于安裝方便、技術成熟適應性強，不僅是卷煙包裝機應有的裝備技術，而且是食品、藥品、日用品等其他行業包裝設備均通用的技術。但由于噴膠裝置使用過程中膠滴存在濺射的特性，存在噴膠裝置周圍積垢的通病，對設備運行效率及產品質量影響較大，因此噴膠裝置的清潔保養工作是包裝設備日常保養及周保最關鍵和核心的工作內容。本裝置從消除膠滴濺射出發，設計了防濺弧形接膠管，結構簡單、成本低廉、操作簡單，工作效率高，適合在各行業推廣。