基于TRIZ理論對(duì)GDX2小包透明紙長(zhǎng)邊熱封裝置的設(shè)計(jì)

曾學(xué)淑　劉紅　王圓明

【摘 要】由于GDX2小盒透明紙包裝機(jī)（4350CH）長(zhǎng)邊包裝存在透明紙包裹不緊、正面松弛、側(cè)面長(zhǎng)邊搭口皺紋、熨燙不平等缺陷，嚴(yán)重影響了小盒硬包的外觀質(zhì)量。因此需要對(duì)GDX2包裝機(jī)長(zhǎng)邊包裝熱封裝置進(jìn)行全面創(chuàng)新設(shè)計(jì)，就要以產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和創(chuàng)新理論為理論依據(jù)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本文基于TRIZ理論對(duì)GDX2包裝機(jī)長(zhǎng)邊熱封裝置進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】GDX2包裝機(jī)；熱封裝置；外觀質(zhì)量；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；TRIZ理論

GDX2小盒透明紙包裝機(jī)存在透明紙包裹不緊、正面松弛、側(cè)面長(zhǎng)邊搭口皺紋、熨燙不平等缺陷，嚴(yán)重影響了小盒硬包質(zhì)量。究其原因分析，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）熱封穩(wěn)定性差；

（2）熱封時(shí)間相對(duì)較短；

（3）烙鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理；

（4）維修費(fèi)用高。

因此應(yīng)用TRIZ理論和方法[1-3]分析現(xiàn)有GDX2小盒硬包透明紙長(zhǎng)邊熱封機(jī)構(gòu)原理解，對(duì)GDX2包裝機(jī)長(zhǎng)邊熱封包裝裝置進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1 利用物質(zhì)—場(chǎng)分析方法確定小盒長(zhǎng)邊熱封裝置的系統(tǒng)技術(shù)沖突

1.1 問(wèn)題分析

煙包通過(guò)通道輸送帶送入壓緊裝置內(nèi)，再經(jīng)過(guò)提升后，推煙器協(xié)調(diào)地將煙包推入有同步齒形帶的4350CH小透明紙包裝機(jī)輸入通道。接著雙推送器將煙包朝前推，煙包就帶著輸送到位的已裁切好的并粘有拉帶的透明紙穿過(guò)通道的上下壓板進(jìn)入成型轉(zhuǎn)塔的包裝槽（盒模）內(nèi)，此時(shí)完成了透明紙的“]形包裝和煙包兩端面的第一折（短邊折疊）。煙包側(cè)面長(zhǎng)縫的第一折由活動(dòng)的長(zhǎng)縫折疊器完成，隨著成型轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)動(dòng)，側(cè)面長(zhǎng)縫第二折由固定的弧形瓦板內(nèi)壁完成。在成型輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°和120°的兩個(gè)停止工位上，烙鐵對(duì)煙包先后進(jìn)行了兩次側(cè)面長(zhǎng)縫的熱封，然后在180°工位上煙包被推出成型轉(zhuǎn)輪而進(jìn)入折疊通道。在煙包前進(jìn)過(guò)程中完成煙包兩端面的另一短邊折疊（第二折）和下翼邊折疊（第三折）。其后煙包在提升過(guò)程中兩端完成了上翼邊的折疊（第四折）和疊包。雙包煙垛在端面熱封通道中輸送時(shí)被熱封兩端面，隨后被推入輸出轉(zhuǎn)盤。由于熱封穩(wěn)定性差、熱封時(shí)間相對(duì)較短、烙鐵設(shè)計(jì)的不合理等因素，造成了小盒在包裝時(shí)存在透明紙側(cè)面封裝有皺紋、氣泡、漏氣、熨燙不平等現(xiàn)象。

1.2 利用物質(zhì)—場(chǎng)（Substance—field）分析模型確定小盒長(zhǎng)邊熱封裝置的系統(tǒng)技術(shù)沖突。

圖1 長(zhǎng)邊熱封裝置系統(tǒng)物質(zhì)-場(chǎng)模型

小盒透明紙長(zhǎng)邊熱封裝置系統(tǒng)的物質(zhì)—場(chǎng)模型如圖1。FM為機(jī)械能，S2為熱封裝置，S1為煙包。表明熱封裝置通過(guò)機(jī)械能作用于煙包，完成透明紙?jiān)跓岱庋b置中的熱封。與煙包直接作用的為烙鐵，成型轉(zhuǎn)塔，弧形瓦板，其中的溫度，時(shí)間和壓力就成為了系統(tǒng)中的主要沖突，熱封裝置系統(tǒng)中的沖突分析如下：

（1）小盒煙包進(jìn)入包裝折疊成型輪完成“]”形包裝后，在第二、三工位實(shí)現(xiàn)小盒透明紙側(cè)面長(zhǎng)邊熱封，由于烙鐵寬度小于煙包側(cè)面寬度，受熱封合的透明紙與未受熱封合的透明紙收縮比率不同，造成小盒側(cè)面長(zhǎng)邊搭口皺紋、不平，且設(shè)備高速和低速的烙燙效果差異性較大，需經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致該系統(tǒng)熱封穩(wěn)定性極差。

（2）在GDX2（CH）包裝機(jī)上，生產(chǎn)率為400包/分，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到每小盒煙包包裝的時(shí)間為0.15秒。小盒煙包進(jìn)入包裝折疊成型輪完成“]”形包裝后，在第二、三工位對(duì)小盒透明紙側(cè)面長(zhǎng)邊熱封時(shí)間相對(duì)較短，烙鐵加熱后對(duì)透明紙的烙燙不充分，造成小盒側(cè)面長(zhǎng)邊搭口皺紋，嚴(yán)重影響產(chǎn)品美觀和設(shè)備作業(yè)效率。

（3）現(xiàn)有的GDX2的熱封烙鐵的結(jié)構(gòu)形式與熱封機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的配合不合理，導(dǎo)致熱封過(guò)程中烙鐵的運(yùn)動(dòng)形式與小盒煙包的運(yùn)動(dòng)之間，在熱封的時(shí)候采用線接觸熱封，熱效率和熱封面部不均勻，影響熱封效果。

2 解決技術(shù)沖突—熱封裝置方案的提出

當(dāng)要改造GDX2包裝機(jī)的熱封裝置時(shí)，必須找出改造過(guò)程中會(huì)遇到的矛盾問(wèn)題，例如這種熱封裝置精度要高，強(qiáng)度要大，速度要快，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，安全可靠，是否能提供安全警示等。按照將上述需要解決的問(wèn)題以其重要性排列：

◇熱封的煙包品質(zhì)好；

◇熱封過(guò)程中速度快；

◇簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)；

操作過(guò)程中安全。

用TRIZ理論的39個(gè)通用工程參數(shù)將這些問(wèn)題和上述熱封裝置系統(tǒng)物質(zhì)—場(chǎng)分析可以得到2組通用的工程參數(shù)[4]。第1組為：需要改進(jìn)的通用工程參數(shù)為“物體產(chǎn)生的有害因素” ，惡化的通用工程參數(shù)為“裝置的復(fù)雜性”，交叉處的發(fā)明原理為19，1，31，由阿奇舒勒矛盾矩陣表得到這三個(gè)發(fā)明原理分別為“周期性作用”、“分割”和“多孔材料”；第2組為：希望改進(jìn)的通用工程參數(shù)為“運(yùn)動(dòng)物體作用時(shí)間”，惡化的通用工程參數(shù)為“結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性”，交叉處發(fā)明原理編號(hào)為13，3，35，發(fā)明原理為“方向”、“局部質(zhì)量”、“參數(shù)變化”。

3 GDX2小包透明紙長(zhǎng)邊熱封機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)

3.1 針對(duì)60o第二工位的預(yù)封烙鐵如何消除起皺現(xiàn)象[5-8]，根據(jù)TRIZ理論中的“多孔材料”和“局部質(zhì)量”原理對(duì)尺寸、凹槽及傳動(dòng)凸輪的改進(jìn)

設(shè)備原第二工位烙鐵的封接面尺寸為84mm×18mm，其長(zhǎng)度比煙包標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度88mm短4mm，封接時(shí)兩端容易形成明顯的燙痕，邊上兩角的皺紋也比較大；GDX2包裝機(jī)煙盒煙包的厚度為23mm，煙包側(cè)面封接區(qū)有兩層薄膜，其寬度約為9.6mm，如果烙鐵過(guò)寬，封接區(qū)內(nèi)外薄膜受熱收縮不一致，將使薄膜起皺；將第二工位烙鐵底部封接面的尺寸加長(zhǎng)減寬，改為88mm×9.6mm，這樣就解決了兩端燙痕和端部?jī)山前櫦y過(guò)大的問(wèn)題。烙鐵寬度改小后，通過(guò)調(diào)整烙鐵，可使烙鐵底部封接面剛好與封接區(qū)重合，這樣就達(dá)到了與封接區(qū)剛好接觸熱合的目的，使側(cè)面薄膜收縮一致，封接面平整無(wú)皺。在第二工位烙鐵底部封接面上每隔3.0mm劃一道寬0.5mm、深0.5mm的凹槽，封接時(shí)，空氣就可以從凹槽中排出，減少了封接區(qū)內(nèi)的氣泡。這樣，經(jīng)最終封接后，封接面內(nèi)空氣就被排盡，封接面也就變得平整，如圖2。

圖2 60o烙鐵底部方案

3.2 針對(duì)60o第二工位弧形瓦板槽寬的改進(jìn)

同理采用TRIZ理論中“局部質(zhì)量”原理，第二工位上的弧形瓦板槽口的寬度根據(jù)第二工位烙鐵的寬度（9.6mm）可以確定為11.00mm，保證第二工位上的烙鐵與弧形瓦板之間能夠有足夠的間隙，讓烙鐵能夠順利落下；同時(shí)弧形瓦板盡可能多地壓住透明紙的兩側(cè)，讓透明紙始終不脫離弧形瓦板的束縛。這樣透明紙的反彈量就非常小，小盒煙包在第二工位預(yù)封時(shí)就能達(dá)到收縮效果。

3.3 針對(duì)成型轉(zhuǎn)塔的連續(xù)周期運(yùn)動(dòng)的改進(jìn)[9]

成型轉(zhuǎn)塔對(duì)煙包的透明紙進(jìn)行兩長(zhǎng)邊的折疊和熨燙，利用TRIZ理論的“周期性”和“參數(shù)變化”，在設(shè)定的連續(xù)周期運(yùn)動(dòng)頻率下，速度越快，整套設(shè)備的振動(dòng)越厲害，溫度也越高，穩(wěn)定性越差，產(chǎn)生的有害物質(zhì)也增多，煙包難以準(zhǔn)確的到達(dá)熨燙的準(zhǔn)確位置。為了改善這一現(xiàn)象，可以把連續(xù)周期運(yùn)動(dòng)改為脈沖信號(hào)的周期運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在法蘭座上加一個(gè)減震裝置，消除煙包到達(dá)熨燙位置的振動(dòng)，同時(shí)可以改善在此過(guò)程中的噪音，在允許的范圍內(nèi)，熨燙時(shí)間增長(zhǎng)，熨燙的更為充分，同時(shí)可以把溫度設(shè)定在最優(yōu)的范圍之內(nèi)，能夠保證熨燙效果最好。

4 總結(jié)

利用TRIZ發(fā)明問(wèn)題解決理論設(shè)計(jì)的GDX2小包透明紙長(zhǎng)邊熱封是小包透明紙熨燙加工的一種新型方法，其特點(diǎn)是對(duì)烙鐵，弧形瓦板和成型轉(zhuǎn)塔的改進(jìn)，在保證整套設(shè)備的高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，既保證了工作效率，又保證了小包煙包長(zhǎng)邊熨燙的質(zhì)量。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]