ZB45B包裝機(jī)煙包成型通道的改進(jìn)

摘 要：為解決YB45B型5.4 mm×100 mm規(guī)格細(xì)支硬盒包裝機(jī)冷機(jī)啟動(dòng)時(shí)機(jī)器不能全速運(yùn)行，頻繁觸發(fā)8號(hào)輪出口堵塞信號(hào)的問(wèn)題，需以200包/分的速度運(yùn)行30～40 min后才能全速運(yùn)行。為此在原輸送通道的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種YB45B新型煙包成型通道底板。新型煙包成型通道由輸送通道、上下輸送帶、聚甲醛底板、簧片、帶輪、張緊裝置及翻轉(zhuǎn)器構(gòu)成。以昆明卷煙廠生產(chǎn)的“云煙（細(xì)支云龍）”牌卷煙為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，應(yīng)用改進(jìn)的新型煙包成型通道后，冷機(jī)啟動(dòng)后機(jī)器即可全速運(yùn)行，單機(jī)臺(tái)每天可增加產(chǎn)量1.44～1.92箱。該技術(shù)可提高設(shè)備連續(xù)運(yùn)行能力，為提高卷煙包裝設(shè)備的維保效率提供支持，提升設(shè)備有效作業(yè)率，降低了維護(hù)成本及生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：YB45B硬盒包裝機(jī);煙包成型通道;冷機(jī)啟動(dòng);全速運(yùn)行;聚甲醛底板

中圖分類(lèi)號(hào)：TS43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）34-0132-04

Abstract： In order to solve the problem that the YB45B type 5.4×100 mm fine-weight hard box packaging machine cannot run at full speed when the machine is cold started， and the outlet blockage signal of the No. 8 wheel is frequently triggered， it needs to run at a speed of 200 bags/minute for 30～40 minutes before it can run at full speed. To this end， a YB45B new cigarette pack forming channel base plate was designed based on the original conveying channel. The new cigarette pack forming channel consists of a conveying channel， upper and lower conveying belts， polyacetal base plates， reed， belt wheels， tensioning devices and overturning devices. The test was carried out on the "Yunyan Cigarette" brand cigarettes produced by Kunming Cigarette Factory. The results showed that after applying the improved new cigarette pack forming channel， the machine could run at full speed after the cold machine was started， and the output could be increased by 1.44～1.92 boxes per day. This technology can improve the continuous operation capability of equipment， provide support for improving the maintenance efficiency of cigarette packaging equipment， improve the effective operation rate of equipment， and reduce maintenance costs and production costs.

Keywords： YB45B hard box packaging machine; cigarette pack forming channel; cold machine start; full speed operation; polyacetal base plate

ZB45B型硬盒包裝機(jī)組主要由YB45B小盒包機(jī)、YB55B小盒透明紙包裝機(jī)、YB65B硬條盒包裝機(jī)和YB95B條盒透明紙包裝機(jī)組成[1]，是基于意大利G.D公司專(zhuān)有技術(shù)轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)的國(guó)產(chǎn)中速包裝設(shè)備。因其操作簡(jiǎn)單、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、工藝流程直觀和維護(hù)成本低，該機(jī)型在本集團(tuán)各生產(chǎn)廠仍然是主力機(jī)型，在昆明卷煙廠主要承擔(dān)了5.4 mm×100 mm細(xì)支煙各系列產(chǎn)品的生產(chǎn)。其中YB45B主要完成小盒的折疊、干燥和輸送工作。當(dāng)設(shè)備停機(jī)4 h以上，溫度下降到室溫后冷機(jī)啟動(dòng)后全速運(yùn)行（320包/分），煙包到達(dá)煙包成型通道時(shí)，存在輸送帶打滑的現(xiàn)象，無(wú)法正常輸送煙包，輕則煙包變形影響質(zhì)量，重則導(dǎo)致煙包堆積在8號(hào)輪出口處，從而觸發(fā)8號(hào)輪出口堵塞信號(hào)。為此，設(shè)計(jì)一種新型的煙包輸送通道，當(dāng)冷機(jī)啟動(dòng)后即可全速運(yùn)行，避免煙包輸送時(shí)輸送帶打滑。

1 問(wèn)題分析

1.1 工作原理

原機(jī)上的煙包成型通道，如圖1所示，主要由輸送通道、上下輸送帶、翻轉(zhuǎn)器、簧片、張緊器和帶輪等組成。上下輸送帶2的運(yùn)動(dòng)主要由帶輪6帶動(dòng)，而帶輪的動(dòng)力是通過(guò)一系列的齒輪從機(jī)器上傳來(lái)。當(dāng)合格的煙包從8號(hào)輪出口輸入成型通道，粘膠未干的煙包在上下輸送帶的作用下向下一工藝流程繼續(xù)輸送，在簧片4的作用下保持壓緊狀態(tài)，保證煙包到達(dá)翻轉(zhuǎn)器3后小盒內(nèi)粘膠牢固黏合商標(biāo)紙。

1.2 存在問(wèn)題

通過(guò)一周連續(xù)觀察，早班操作工在YB45B包裝機(jī)冷機(jī)啟動(dòng)后，合格煙包到達(dá)成型通道時(shí)全速運(yùn)行（320包/分），煙包到達(dá)煙包成型通道時(shí)，存在上、下輸送帶打滑的現(xiàn)象，無(wú)法正常輸送煙包，導(dǎo)致煙包堆積在8號(hào)輪出口處，從而觸發(fā)8號(hào)輪出口堵塞信號(hào)。操作工為解決該問(wèn)題采取的措施為：怠速運(yùn)行（200包/分）30～40 min，上下輸送帶不打滑后再全速運(yùn)行。

2 煙包成型通道的改進(jìn)

為解決設(shè)備怠速運(yùn)行的問(wèn)題，需要解決輸送帶打滑問(wèn)題。因此，在原有成型通道的基礎(chǔ)上改進(jìn)一種新型的煙包成型通道。

2.1 帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和打滑的定義

帶傳動(dòng)是通過(guò)中間撓性件傳遞運(yùn)動(dòng)和力的，適用于兩軸中心距較大的場(chǎng)合，與齒輪傳動(dòng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。如圖2所示，帶傳動(dòng)通常由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和環(huán)形帶組成。安裝時(shí)帶被張緊在帶輪上，這時(shí)帶所受的拉力被稱(chēng)為初拉力，它使帶與帶輪接觸的面產(chǎn)生一個(gè)壓力，主動(dòng)輪回轉(zhuǎn)時(shí)，帶與帶輪間的摩擦力拖動(dòng)從動(dòng)輪一起回轉(zhuǎn)，從而傳遞運(yùn)動(dòng)和力。摩擦型傳動(dòng)帶按橫截面不同可分為V帶、平帶和特殊截面帶（圓帶、多鍥帶等）三大類(lèi)。

當(dāng)外載荷所需的圓周力大于主動(dòng)輪輪緣間與帶的極限摩擦力時(shí)，帶與輪緣表面將產(chǎn)生顯著的相對(duì)滑動(dòng)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為打滑。打滑將使帶的摩擦加劇，導(dǎo)致傳動(dòng)失效，雖打滑現(xiàn)象可以避免機(jī)器過(guò)載，但在煙包成型通道中應(yīng)該避免。

2.2 打滑原因分析

煙包成型通道的輸送帶為平帶，兩軸平行且回轉(zhuǎn)方向相同，兩帶輪的直徑相等，主動(dòng)輪的包角在張緊輪的作用下為150°，從動(dòng)輪的包角為180°。如前所述，帶必須以一定的初拉力張緊在帶輪上。以下輸送帶為例簡(jiǎn)化分析：靜止時(shí)，帶兩邊的拉力都應(yīng)該等于初拉力F0（圖3（a））;傳動(dòng)時(shí)，由于輪面與平帶間的摩擦力作用，平帶兩邊的拉力不再相等（圖3（b））。繞進(jìn)主動(dòng)輪的一邊，緊邊拉力由F0增加到F1;松邊拉力由F0減為F2。設(shè)平帶的總長(zhǎng)度不變，則緊邊拉力的增加量F1-F0應(yīng)等于松邊拉力的減少量F0-F2，即

F0=1/2（F1+F2）。（1）

兩邊拉力之差為有效拉力，也就是帶所傳遞的圓周力F，即

F=F1-F2。（2）

圓周力F（N）、帶速v（m/s）和傳遞功率P（kW）之間的關(guān)系為[2]

P=。（3）

通過(guò)查閱資料可知，增大帶輪的包角或（和）增大帶輪與帶的摩擦系數(shù)，都可以提高帶傳動(dòng)所能提供的圓周力F[3]。此次改進(jìn)遵循著不改變或盡量少改變?cè)瓩C(jī)傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)的原則，對(duì)該部位進(jìn)行分析，由式（3）可知，冷機(jī)狀態(tài)全速運(yùn)行皮帶打滑是因?yàn)閭鬟f功率下降，由于v為全速狀態(tài)，所以根本原因是帶所傳遞的圓周力F下降。由式（1）和式（2）式可知F0為定值，F(xiàn)下降主要有以下幾種情況：

1）F1不變，F(xiàn)2變大。

2）F1變小，F(xiàn)2不變。

3）F1和F2同時(shí)增大，但F1增大的幅度比F2小。

4）F1和F2同時(shí)減小，但F1減小的幅度比F2大。

通過(guò)觀察成型通道下皮帶，設(shè)備處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，平帶松邊均為自由狀態(tài)，如圖4所示。

所以，F(xiàn)2應(yīng)為定值。故圓周力F下降應(yīng)為情況（2）F1變小，F(xiàn)2不變。

接下來(lái)分析設(shè)備冷機(jī)啟動(dòng)后F1變小的原因，對(duì)運(yùn)行中輸送帶緊邊截取一段進(jìn)行受力分析，如圖5所示。

豎直方向上：輸送通道對(duì)皮帶的支持力FN等于平帶本身的重力G與煙包對(duì)平帶的力N之和。即

FN=G+N。 （4）

水平方向上：F1等于主動(dòng)輪與平帶的靜摩擦力F3和平帶與輸送通道之間的動(dòng)摩擦力μFN之差，其中μ為平帶與輸送通道間的摩擦系數(shù)。即

F1=F3-μFN。 （5）

因?yàn)橥瑯右?guī)格的煙包，所以式（4）中的FN為定值;主動(dòng)輪與平帶的靜摩擦力F3也為定值。對(duì)式（5）進(jìn)行分析，F(xiàn)1減小，F(xiàn)3和FN不變，即μ變大。

通過(guò)對(duì)冷機(jī)啟動(dòng)前（圖6（a））和全速運(yùn)行時(shí)（圖6（b））煙包成型通道與下輸送帶接觸面情況進(jìn)行觀察，如圖6所示。

接觸面情況

由上可知，μ變大是由于機(jī)器停機(jī)4 h以上，煙包成型通道發(fā)生氧化反應(yīng)，表面生成致密的氧化物。導(dǎo)致μ變大[4]，從而導(dǎo)致F1減小。輸送通道下底板為一平面導(dǎo)板，表面涂有光滑且耐磨的特氟龍涂層以減小運(yùn)動(dòng)摩擦力。輸送通道的上導(dǎo)板上安裝有一排彈片，用以對(duì)煙包施加一定的壓力保證煙包平穩(wěn)輸送和可靠粘接牢固。由于加工工藝的原因和正常的磨損，隨著使用年限的增加，煙支下導(dǎo)板上的涂層會(huì)發(fā)生磨損直至部分或完全消失，這樣就導(dǎo)致下輸送帶的摩擦阻力增大，導(dǎo)致輸送帶打滑從而導(dǎo)致煙包發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種不污染煙包、無(wú)毒、自潤(rùn)滑、具有良好加工性能的底板，是解決上述問(wèn)題的方案。選材方面通過(guò)分析ZB45B機(jī)型該部位適合的材料為不銹鋼板、聚酰胺（尼龍）板和聚甲醛板，通過(guò)成本和特性分析最終選用YB45B 2號(hào)輪模盒所使用的材料為聚甲醛。

3 聚甲醛底板的設(shè)計(jì)

聚甲醛是一種表面光滑，有光澤的硬而致密的材料，淡黃或白色，可在-40～100 °C溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。它的耐磨性和自潤(rùn)滑性也比絕大多數(shù)工程塑料優(yōu)越，又有良好的耐油，耐過(guò)氧化物性能。但很不耐酸，不耐強(qiáng)堿和不耐太陽(yáng)光紫外線(xiàn)的輻射。

聚甲醛的拉伸強(qiáng)度達(dá)70 MPa，吸水性小，尺寸穩(wěn)定，有光澤，這些性能都比尼龍好，聚甲醛為高度結(jié)晶的樹(shù)脂，在熱塑性樹(shù)脂中是最堅(jiān)韌的。具抗熱強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度，耐疲勞性強(qiáng)度均高，耐磨性和電性能優(yōu)良[5]。

下輸送通道的工作面長(zhǎng)度為2 438 mm，寬度為100 mm。因此設(shè)計(jì)1塊前底板和8塊后底板用于降低輸送帶與輸送通道間的動(dòng)摩擦系數(shù)，底板與輸送通道為螺栓固定。

3.1 設(shè)計(jì)零件圖

設(shè)計(jì)聚甲醛前底板[6]如圖7所示。

設(shè)計(jì)聚甲醛后底板如圖8所示。

3.2 制造零件

根據(jù)圖7和圖8的零件圖，采購(gòu)原材料和標(biāo)準(zhǔn)件，委托外協(xié)單位按照?qǐng)D紙加工出一套底板，包括1塊前底板和8塊后底板。

4 項(xiàng)目實(shí)施

按照改進(jìn)思路，加工和采購(gòu)到所有配件后，我們首先在60#機(jī)組上安裝了改造后的煙包成型通道聚甲醛底板（圖9（a）），通過(guò)手動(dòng)盤(pán)車(chē)檢查，設(shè)備低速運(yùn)行，高速空車(chē)運(yùn)行，改造后底板與其他部件無(wú)干涉，煙包在成型通道能順利輸送（圖9（b））。設(shè)備帶料冷機(jī)啟動(dòng)后，設(shè)備全速運(yùn)行，輸送帶無(wú)打滑現(xiàn)象，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。安裝效果和運(yùn)行效果如圖9所示。

設(shè)備運(yùn)行1個(gè)月中，我們對(duì)該機(jī)組早班的運(yùn)行情況做跟蹤觀察記錄，冷機(jī)啟動(dòng)后全速運(yùn)行輸送帶不再打滑，煙包成型通道內(nèi)煙包無(wú)變形，8輪出口堵塞停機(jī)現(xiàn)象不再發(fā)生。改造達(dá)到預(yù)期目的，取得成功。

5 結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目在實(shí)施以后，達(dá)到了預(yù)期效果，但是，要保持改造后的設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，還需要機(jī)修人員定期對(duì)改造后的部位進(jìn)行定期的檢查清潔維護(hù)。通過(guò)對(duì)煙包成型通道的改造，從根本解決了由于該部位導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題和勞動(dòng)強(qiáng)度，保障了產(chǎn)品質(zhì)量，提升了設(shè)備效率，降低了物料消耗，達(dá)到了預(yù)期的效果。下一步我們將跟蹤行業(yè)先進(jìn)技術(shù)和方法，以解決實(shí)際生產(chǎn)中的各種難點(diǎn)問(wèn)題，真正追求產(chǎn)品質(zhì)量零缺陷，使生產(chǎn)更加高效，為工廠的發(fā)展做些有意義的事情。

這一項(xiàng)目的改造成功，在煙草行業(yè)的同類(lèi)設(shè)備中具有一定的實(shí)用性和創(chuàng)新性，可在同類(lèi)設(shè)備或設(shè)備其他類(lèi)似部位進(jìn)行推廣和運(yùn)用。這對(duì)于提高企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、降低原輔材料的消耗，提高設(shè)備有效作業(yè)率，減輕職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有十分重要的意義。

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第一作者簡(jiǎn)介：張能全（1990-），男，助理工程師。研究方向?yàn)榫頍煼庋b設(shè)備機(jī)械修理。

*通信作者：張繼偉（1969-），男，二級(jí)操作師。研究方向?yàn)榫頍煼庋b設(shè)備機(jī)械修理。