煙草行業(yè)異型條盒自動包裝技術研發(fā)

江一舟 郭勇

摘要：近年來，全國各大煙廠紛紛推一種高檔手工包裝的翻蓋式異型香煙，但是目前行業(yè)內對于異型條盒的裝條工序均為純手工填充，投入產出比嚴重失衡。為解決此問題，對非標自動化設備進行整體設計和研制，實現(xiàn)小盒自動填入，異型條盒自動包裝。填補了行業(yè)內異型條盒機械化生產的空白，并利用伺服電機高精度位置控制的優(yōu)勢，保證了執(zhí)行動作的協(xié)調性和運行的準確性，實現(xiàn)了生產方式從原始手工工作到現(xiàn)代機械工作的跨越。

關鍵詞：煙草行業(yè);異型條盒;非標;機械化生產

近年來，全國各大煙廠紛紛推一種高檔手工包裝的翻蓋式香煙。黃山（大紅方印）作為黃山品牌“品系列”的代表產品之一，自投放市場以來，以其深厚濃郁的文化內涵、獨具一格的包裝設計、香甜柔和的吸食口感，贏得了消費者的廣泛好評，銷量一路飄紅，正成為全國300元價位卷煙的領跑者。

然而，黃山（大紅方?。┝己檬袌霰憩F(xiàn)的背后依然藏匿著諸多的隱憂，突出表現(xiàn)為制造環(huán)節(jié)精益化水平不高，人力、輔材等成本浪費較為嚴重。因此，如何進一步加強管理、技術創(chuàng)新，有效控制并降低大紅方印手工生產成本費用，實現(xiàn)生產效能、質量和成本的聯(lián)動提升，是企業(yè)落實精益制造、全面實現(xiàn)大紅方印手工包裝精益化生產的一項重要工作。

現(xiàn)階段滁州卷煙廠大紅方印裝條工序為純手工填充，上游透明機機生產的紅方印小盒由人工存放于煙匾，再通過手推車輸送到裝條平臺進行手工作業(yè)，裝條完成后在經過大條透明機進行透明塑封。這種純手工裝條生產模式效能低下，需要較多人員進行手工裝條方能達到與上下游透明機的效率匹配，同時還需要多名輔助人員進行配套的生產服務，人力資源出現(xiàn)了極大的浪費。

1.存在問題

生產模式落后，生產效率較低，無法適應異型香煙未來大規(guī)模生產的趨勢。同時，由于人工包裝存在的局限性將會導致生產無法達到理論產值。

2、研制措施

2.1研究硬質條盒成型方法

依據包裝行業(yè)的傳統(tǒng)思維，通常都是把所需要包裝的內容放到規(guī)定的包裝材料上。然后外層的包裝材料會根據所包裝內容的形狀和尺寸不同進行軟質材料的包裝，這樣包裝后的產品具有極高的飽滿度，合格率高，效率也就得到提升。如何把這種傳統(tǒng)的包裝思維理念轉換到行業(yè)硬質條盒包裝設備中來是當前需要解決的技術難題。隨著工業(yè)電氣設備自動化技術的不斷發(fā)展，利用伺服電機的反饋技術和高精度位置控制方式與PLC中央控制相結合，能夠快速實現(xiàn)硬質條盒成型各個工序的準確定位，克服單純機械結構的缺陷。

2.2研究粘接方式

目前行業(yè)內都是采用熱固膠方式進行各種盒坯的粘接，由于異型硬質條盒厚度為2mm，無法采用熱固膠進行粘接。針對快速粘接的需求，選取熱熔膠噴膠技術，在硬質盒坯規(guī)定需要粘接軟質材料的區(qū)域上自動完成熱熔膠噴膠隨后進行粘接，可以在6秒內完成膠體快速固化，使得條盒的粘接可靠。熱熔膠噴膠的大小和區(qū)域可根據條盒盒坯粘接要求不同可以進行調整，完全由系統(tǒng)軟件實現(xiàn)需求。

2.3異型條盒自動包裝機整體設計與研制

設計并試制異型條盒自動包裝機，整個設備分為雙層小盒輸送機構、小盒送入組件、條盒進給組件、條盒推板組件、噴膠總成、成型1組件、膠輥輸送組件和成型2組件等8個機構部件。

（1）雙層小盒輸送機構。該機構由底層皮帶和2個側面皮帶同步同向傳動，實現(xiàn)輸送雙層小盒的目的。安裝在輸送帶下方的交流減速電機，通過兩個轉向器把水平方向傳動同步轉變?yōu)閭让嫫н\行。在輸送帶的入口處裝有一個光纖放大器，以檢測小盒在輸送帶上的位置。當小盒超出這個光線檢測位置時，才允許送入下個工位。（2）小盒送入組件。該機構由伺服電機通過連桿和凸輪總成完成小盒送入與盒模的協(xié)調動作。連桿機構把伺服電機的旋轉運動轉換為小盒推板的直線動作。這個伺服電機通過同步帶的傳動，和帶輪的軸上同時裝有一個凸輪，凸輪完成成型盒模的上下移動。（3）條盒進給組件。該組件由伺服電機通過同步帶輪上的同步帶連接條盒推板，實現(xiàn)把盒坯與小盒一同推送到條盒成型通道中。條盒推板結構采取活動式，條盒推送到位后返回起始位置時，推板會自動向下翻，以躲開吸盤臂，提高運行的效率。當條盒推板回到起始點時，安裝在起始點的復位彈簧將翻下去的推板自動頂起，完成推板的復位。（4）吸盤水平輸送機構。伺服減速電機通過齒輪和齒條的傳動，帶動吸盤機構水平移動把從料庫中抓取下來的盒坯送到裝盒位，然后回到起始位。這套機構安裝在水平兩個平行的精密導軌上。（5）吸盤臂抬起機構。吸盤需要通過安裝在吸盤臂下方的升降電機完成吸盤臂的抬起降落。升降電機選用便于控制的伺服減速電機，實現(xiàn)吸盤臂多位置的精確控制。在減速電機的輸出軸上裝有一個偏心輪。偏心輪就安裝在吸盤臂的下方，所以偏心輪的轉動改變吸盤臂的三個位置，即起點位、上止點位和中點位。（6）噴膠機構。由于盒坯厚度較大，無法采用熱固膠粘接。為此在盒坯的粘接材料選擇上選用熱熔膠。熱熔膠具有粘接速度快，便利等優(yōu)點，自然冷卻粘接。（7）一次成型機構。當裝有小盒的盒坯進入到位，電機通過齒輪傳動把通道兩側折疊板同時向內側折疊。在兩側設有限位器，將折疊后盒坯初步定位成型，便于后面的工序進一步完善，設計采用伺服減速電機為動力來源，無級調速。（8）二次成型機構。二次成型就是把前道工序上輸送來的盒坯在這個工位進行最終的合蓋。這套組件中采用連桿機構同步完成合蓋。合蓋過程分兩步完成，第一步是初步合蓋，把蓋子折90°，然后有氣缸壓桿壓住，防止蓋子反彈。第二步是把上工位輸送來的初步合蓋后的條盒在此完成最終的合蓋工序，由盒坯上的磁鐵吸附，以防盒坯炸開。

2.4 主要機械原理

2.4.1在盒坯材料的供給方面采用凸輪與齒輪齒條結合的形式，把盒坯材料快速準確送達軟件指令的區(qū)域。

吸盤機構在吸盤伺服升降凸輪機構的驅動下，快速抬起。通過吸盤的負壓作用，將盒坯從料庫中迅速抓取。吸盤是否抓取到盒坯完全取決安裝在負壓通道上的負壓傳感器進行檢測的。實現(xiàn)抓取盒坯的可靠性。抓取下來后的盒坯在盒坯送料伺服電機與滾珠絲桿聯(lián)合作用之下完成盒坯的直線運行送給。

2.4.2小盒快速準確推送

雙層小盒到達小盒推板前方時，在小盒推板機構的推動下，將雙層小盒推送到條盒盒坯的上方。當小盒到達盒坯上方后，條盒推板在條盒推板電機機構執(zhí)行軟件指令的驅動下，將條盒進行推送到需要成型的工位。完成條盒預成型的工作。之所以推板電機的快速準確的運行，完全取決于伺服電機的使用。

2.4.3條盒預成型之后，隨后開始盒坯折疊的工作。

這部分工位的動力來源方面的執(zhí)行機構都是采用伺服電機結合滾珠絲桿副實現(xiàn)快速準確定位。充分利用伺服電機高精度位置控制的優(yōu)勢，做到運行動作之間相位控制精確，調整便利。

3.應用效果

原異型香煙生產車間條盒包裝程序步驟冗雜，生產人數(shù)較多合計22人。完成異型條盒包裝技術研發(fā)后，實現(xiàn)了條盒機械化包裝，簡化了生產過程，削減了該階段的勞務用工量，降低了生產過程中的人工成本，條盒包裝流程簡化，人員配置減少到16人。

原異型條盒包裝為純手工粘接，在生產過程中出現(xiàn)了因手工作業(yè)所造成的產品品質不穩(wěn)定的現(xiàn)象，造成條盒出現(xiàn)變形，需要跟換條盒產生不必要的浪費。針對產品品質保障進行了為期五天的驗證：

從表中可以看出設計研制出異型條盒自動包裝機后，條盒包裝粘接純機械化生產，各部件設計精密，動作完全合理，因手工誤差造成的條盒變形已基本杜絕，廢品率經統(tǒng)計降低到0.01張/箱（存在因來料問題引起的條盒堵塞），產品品質得到很好的保障。

4.結論

（1）目前單臺異型條盒包裝機運行速度可達到23條/分鐘，每小時產值可達1380條，機械自動化生產使每個機臺只需配備一位操作人員即可滿足生產需求，釋放了大量的勞動力，生產效率得到了顯著的提高。

（2）實現(xiàn)了生產結構的變革，完成從原始手工作業(yè)到機械化生產的跨越?？焖侔l(fā)展現(xiàn)代化管理模式，削減了生產環(huán)節(jié)，大大提升生產效能的同時提高了生產過程的可控性。由于各個動作均采用伺服電機驅動，充分發(fā)揮伺服電機精確控制的特性。為此設備運行穩(wěn)定性高。這樣簡化了機械傳動機構的設計，大大縮短了整機的設計和制造周期。設備達到作業(yè)率95%

參考文獻

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[3]徐蕾姚金輝趙嵩正金慧仙 .非標設備制造企業(yè)生產管理系統(tǒng)研究現(xiàn)代制造工程 2011.10

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（作者單位：安徽中煙工業(yè)有限責任公司滁州卷煙廠）