YB618 型硬條及條外透明紙包裝機(jī)美式包裝及拉線形式的改進(jìn)

吳建軍，施忠兵，馬萬(wàn)杰

上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，上海浦東金橋出口加工區(qū)桂橋路750 號(hào) 201206

ZB48 型硬盒包裝機(jī)組是引進(jìn)德國(guó)FOCKE 公司FOCKE 700S硬盒包裝機(jī)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，生產(chǎn)能力為800包/min［1-2］。機(jī)組中的YB618型硬條及條外透明紙包裝機(jī)，采用了FOCKE 778型條盒及條外透明紙包裝機(jī)技術(shù)［3］，主要完成煙包硬條及條外透明紙包裝。目前YB618型包裝機(jī)可用于美式和歐式包裝，其中美式包裝采用美式雙角邊條盒，條外透明紙的拉線為順時(shí)針?lè)较?。而?dāng)前有些卷煙生產(chǎn)企業(yè)采用的是美式單角邊條盒包裝，條外透明紙的拉線為逆時(shí)針?lè)较?，?duì)于該包裝形式，YB618型包裝機(jī)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，針對(duì)硬盒及條外透明紙包裝機(jī)已有許多研究改進(jìn)，孫斌［4］通過(guò)解決調(diào)試工作中存在的問(wèn)題，縮短了調(diào)試周期，提高了硬條盒包裝品質(zhì)；李明端等［5］通過(guò)增加熱封裝置等方法，有效改善了條外透明紙的包裝效果。但對(duì)包裝工藝的改進(jìn)報(bào)道較少。為此，通過(guò)研究分析現(xiàn)有的硬條盒包裝工藝，對(duì)YB618 型包裝機(jī)的包裝工藝進(jìn)行改進(jìn)，以使該機(jī)型能夠?qū)崿F(xiàn)美式單角邊條盒以及逆時(shí)針拉線包裝，滿足設(shè)備包裝形式多樣化的需求。

1 問(wèn)題分析

美式雙角邊條盒具有前角和后角兩組角邊，將包裝后的條盒以窄長(zhǎng)邊在左邊并向下的姿態(tài)放置，其條外透明紙的拉線為順時(shí)針?lè)较?，即沿順時(shí)針?lè)较蛩洪_(kāi)拉線可將透明紙拆開(kāi)，見(jiàn)圖1。

圖1 美式雙角邊條盒及順時(shí)針拉線示意圖

圖2 美式單角邊條盒及逆時(shí)針拉線示意圖

美式單角邊條盒只有前角一組角邊，見(jiàn)圖2。當(dāng)與圖1 相同方式放置條盒時(shí)，條外透明紙的拉線為逆時(shí)針?lè)较颍囱啬鏁r(shí)針?lè)较蛩洪_(kāi)拉線可將透明紙拆開(kāi)。但YB618 型包裝機(jī)目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)逆時(shí)針?lè)较蛩洪_(kāi)拉線的形式，由此影響到該機(jī)型的生產(chǎn)適應(yīng)性。

2 設(shè)計(jì)方法

為實(shí)現(xiàn)圖2 中的包裝形式，改進(jìn)了YB618 型包裝機(jī)的包裝工藝，并重新設(shè)計(jì)了其相關(guān)裝置。

2.1 設(shè)計(jì)原理

YB618 型包裝機(jī)采用的條外透明紙包裝方式見(jiàn)圖3。即在完成條外透明紙包裝后，條盒的右端面形成透明紙的搭口，拉線U 形切口2 的“∪”形向下，且在搭口最上方以便撕開(kāi)透明紙，拉線1 與后端面的距離x 可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整。分析可見(jiàn)，由于YB618 型包裝機(jī)的透明紙裝置設(shè)計(jì)的局限性，修改透明紙拉線的包裝方式較困難，通過(guò)改進(jìn)硬條盒商標(biāo)紙輸送和包裝工藝，則可以利用原有的空間結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)逆時(shí)針拉線包裝。

圖3 透明紙拉線包裝方式

改進(jìn)前的硬條盒商標(biāo)紙包裝工藝見(jiàn)圖4。其中:（Ⅰ）硬條盒商標(biāo)紙2 在進(jìn)入包裝位置時(shí)處于窄長(zhǎng)邊向上、寬長(zhǎng)邊向下?tīng)顟B(tài)。由推桿1 將兩層5 包排列的煙包與硬條盒商標(biāo)紙共同推入包裝輪6內(nèi)，并使硬條盒商標(biāo)紙呈“匚”形折疊，同時(shí)前角折疊器3 完成前角折疊。（Ⅱ）完成“匚”形折疊后，通過(guò)長(zhǎng)邊折疊器5 和4 先后完成窄長(zhǎng)邊折疊和寬長(zhǎng)邊折疊。長(zhǎng)邊折疊器5 包括一個(gè)固定折疊器和一個(gè)移動(dòng)折疊器。（Ⅲ）通過(guò)包裝輪6 的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)使煙條到達(dá)包裝輪中間垂直位置，由后角折疊器8和側(cè)邊折疊器7 分別完成對(duì)硬條盒商標(biāo)紙后角和窄側(cè)邊的折疊。（Ⅳ）經(jīng)過(guò)包裝輪6 的再次逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)使煙條到達(dá)水平位置，并由側(cè)邊折疊器9 完成寬側(cè)邊折疊，該折疊器采用固定式；由推桿10 將煙條推出，從而完成整個(gè)硬條盒商標(biāo)紙的包裝。完成包裝的條盒經(jīng)透明紙包裝后形成如圖1 所示的拉線順時(shí)針包裝形式。

圖4 改進(jìn)前硬條盒商標(biāo)紙包裝工藝圖

改進(jìn)后的硬條盒商標(biāo)紙包裝工藝見(jiàn)圖5。其中:（Ⅰ）將硬條盒商標(biāo)紙2 放置在輸送裝置時(shí)要上下顛倒，使硬條盒商標(biāo)紙以寬長(zhǎng)邊向上、窄長(zhǎng)邊向下?tīng)顟B(tài)輸送到包裝位置。由推桿1 將兩層5 包排列的煙包與硬條盒商標(biāo)紙共同推入包裝輪6 內(nèi)，完成“匚”形折疊，同時(shí)前角折疊器3 完成前角折疊。（Ⅱ）通過(guò)長(zhǎng)邊折疊器4 和5 先后完成窄長(zhǎng)邊折疊和寬長(zhǎng)邊折疊。（Ⅲ）通過(guò)包裝輪6 的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)使煙條到達(dá)包裝輪中間垂直位置，由側(cè)邊折疊器8和7 先后完成對(duì)硬條盒商標(biāo)紙窄側(cè)邊和寬側(cè)邊的折疊。（Ⅳ）經(jīng)過(guò)包裝輪6 的再次逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)使煙條到達(dá)水平位置并由推桿9 將煙條推出，從而完成整個(gè)硬條盒商標(biāo)紙的包裝。完成包裝的硬條盒經(jīng)透明紙包裝后形成如圖2 所示的拉線逆時(shí)針包裝形式。

圖5 改進(jìn)后硬條盒商標(biāo)紙包裝工藝圖

2.2 折疊裝置設(shè)計(jì)

2.2.1 折疊器機(jī)構(gòu)改進(jìn)

如圖6a 所示，改進(jìn)前的側(cè)邊折疊器7 采用凸輪四桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)［6］，凸輪3 驅(qū)動(dòng)擺桿4，通過(guò)連桿5帶動(dòng)擺桿6 擺動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)側(cè)邊折疊器7 進(jìn)行窄側(cè)邊折疊動(dòng)作；后角折疊器8 采用凸輪擺桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，凸輪2 驅(qū)動(dòng)擺桿1 擺動(dòng)，帶動(dòng)后角折疊器8 進(jìn)行折疊動(dòng)作。如圖6b 所示，改進(jìn)后的側(cè)邊折疊器7 利用圖6a 中側(cè)邊折疊器7 的結(jié)構(gòu)，對(duì)凸輪3 進(jìn)行改進(jìn)，其他零件保持不變，最終驅(qū)動(dòng)側(cè)邊折疊器7實(shí)現(xiàn)折疊動(dòng)作；側(cè)邊折疊器8 利用圖6a 中后角折疊器8 的結(jié)構(gòu)，對(duì)凸輪2 進(jìn)行改進(jìn)，凸輪2 驅(qū)動(dòng)擺桿1 帶動(dòng)側(cè)邊折疊器8 實(shí)現(xiàn)窄側(cè)邊折疊動(dòng)作。

圖6 改進(jìn)前后折疊器機(jī)構(gòu)示意圖

分析發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)前后硬條盒商標(biāo)紙包裝工藝主要有兩個(gè)區(qū)別。

（1）改進(jìn)后硬條盒商標(biāo)紙?jiān)诎b位置時(shí)其寬長(zhǎng)邊和窄長(zhǎng)邊上下顛倒，即寬長(zhǎng)邊向上、窄長(zhǎng)邊向下，帶有膠水的寬長(zhǎng)邊必須后折疊，因此圖5 中長(zhǎng)邊折疊器4 先工作，長(zhǎng)邊折疊器5 后工作，與改進(jìn)前的工作順序正好相反。解決辦法是長(zhǎng)邊折疊器4 保持不變，長(zhǎng)邊折疊器5 中保留固定折疊器，取消移動(dòng)折疊器。因此，在長(zhǎng)邊折疊器4 完成窄長(zhǎng)邊折疊、包裝輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，長(zhǎng)邊折疊器5中的固定折疊器完成對(duì)寬長(zhǎng)邊的折疊。

（2）包裝輪旋轉(zhuǎn)到圖5 中垂直位置時(shí)，會(huì)導(dǎo)致寬側(cè)邊和窄側(cè)邊左右顛倒，即寬側(cè)邊在右邊，窄側(cè)邊在左邊，帶有膠水的寬側(cè)邊必須后折疊，因此側(cè)邊折疊器8 要先折疊左邊的窄側(cè)邊，側(cè)邊折疊器7再折疊右邊的寬側(cè)邊。改進(jìn)后的側(cè)邊折疊器8 設(shè)計(jì)成移動(dòng)式折疊器，側(cè)邊折疊器7 的動(dòng)作也重新設(shè)計(jì)。美式單角邊條盒不需要后角折疊，因此可以取消后角折疊動(dòng)作，利用圖4 中后角折疊器8 的空間，設(shè)計(jì)制作圖5 中的側(cè)邊折疊器8，無(wú)需對(duì)機(jī)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，降低了改進(jìn)成本。

2.2.2 折疊動(dòng)作設(shè)計(jì)

通過(guò)設(shè)計(jì)擺桿1 的角位移θ1和擺桿4 的角位移θ2，可以實(shí)現(xiàn)側(cè)邊折疊器8 和側(cè)邊折疊器7 的折疊動(dòng)作，見(jiàn)表1。根據(jù)表1，繪制θ1和θ2的角位移圖，即側(cè)邊折疊器的相位圖，見(jiàn)圖7。

表1 折疊動(dòng)作設(shè)計(jì)

圖7 θ1和θ2的角位移圖

2.2.3 凸輪設(shè)計(jì)

YB618 型包裝機(jī)生產(chǎn)速度為80 條/min（或800包/min），對(duì)速度要求并不高。凸輪從動(dòng)件采用3-4-5 次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律，適用于中速條件，且運(yùn)動(dòng)綜合性能較好［7］。改進(jìn)后將凸輪2 和凸輪3 從圖6 中獨(dú)立出來(lái)，以擺桿1 旋轉(zhuǎn)中心與凸輪2 旋轉(zhuǎn)中心連線為X1軸，以擺桿4 旋轉(zhuǎn)中心與凸輪3 旋轉(zhuǎn)中心連線為X2軸，分別建立坐標(biāo)系X1O1Y1和X2O2Y2，見(jiàn)圖8 和圖9。其中，擺桿1 的長(zhǎng)度為l1，與凸輪2 中心距為l01；擺桿4 的長(zhǎng)度為l4，與凸輪3 中心距為l02；β是凸輪2 和凸輪3 的角位移，θ1和θ2分別是擺桿1 和擺桿4 的角位移。

圖8 凸輪2 的計(jì)算結(jié)構(gòu)圖

圖9 凸輪3 的計(jì)算結(jié)構(gòu)圖

首先結(jié)合相位圖7，建立擺桿1 和擺桿4 的運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程［8-9］:

然后在圖8 和圖9 的坐標(biāo)系下，分別建立凸輪2 和凸輪3 的理論輪廓方程［10-11］:

由式（1）～式（4）可以計(jì)算出改進(jìn)后凸輪2 和凸輪3 的輪廓。通過(guò)Pro/E 軟件對(duì)凸輪進(jìn)行曲率分析，見(jiàn)圖10?？梢?jiàn)，改進(jìn)后凸輪2 和凸輪3 的輪廓曲率保持連續(xù)，符合凸輪運(yùn)動(dòng)要求［12］，且曲率半徑均可滿足凸輪滾子半徑r 為16 mm 的結(jié)構(gòu)要求。

圖10 凸輪曲率分析圖

2.3 仿真試驗(yàn)

根據(jù)實(shí)際工作要求，本研究中以80 條/min（或800 包/min）速度為條件建立Pro/E 模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真試驗(yàn)［13］，以驗(yàn)證改進(jìn)效果，結(jié)果見(jiàn)圖11。圖11a 是圖6b 中擺桿1 的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線，圖11b 是圖6b 中擺桿4 的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。仿真結(jié)果表明，兩個(gè)折疊器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與圖7 完全匹配，符合窄側(cè)邊和寬側(cè)邊的折疊動(dòng)作設(shè)計(jì)要求。

圖11 仿真試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)后YB618 型硬條及條外透明紙包裝機(jī)利用原有的空間結(jié)構(gòu)，通過(guò)改進(jìn)包裝工藝和重新設(shè)計(jì)凸輪，實(shí)現(xiàn)了美式單角邊的條盒包裝以及逆時(shí)針拉線形式，提高了該機(jī)型對(duì)包裝形式的適應(yīng)性。改進(jìn)后包裝機(jī)組整體運(yùn)行良好，額定生產(chǎn)能力800 包/min，平均有效運(yùn)行效率達(dá)88.09%，平均噪聲80.6 dB［14］，包裝品質(zhì)符合GB 5606.3—2005的要求［15］。但改進(jìn)后的YB618 型包裝機(jī)仍無(wú)法滿足透明紙接頭在條盒大端面的包裝需求，因此還有待于進(jìn)一步研究改進(jìn)。

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