陳遠超，張風光，曾雄偉*，王潮波，溫延，李昊，張楠

1 湖北中煙工業(yè)有限責任公司，武漢市東西湖金山大道1335號 430040；

2 湖北中煙工業(yè)有限責任公司武漢卷煙廠，武漢市東西湖區(qū)環(huán)湖路特66號 430040

近年來，加熱卷煙制品呈快速發(fā)展態(tài)勢。加熱卷煙制品逐步成為跨國煙草公司新的利潤增長點，戰(zhàn)略重心正逐漸向加熱卷煙制品轉移[1]。加熱卷煙制品主要由煙具、煙彈組成，使用時將煙彈插入煙具中，通過煙具給煙彈加熱，使煙彈中的煙草加熱而不燃燒。煙彈主要由煙草原料段、空管段、降溫段、濾嘴段組成，其中煙草段主要原料為煙草薄片[2]。

通過對加熱卷煙制品市場的考察和分析，基于湖北中煙新型煙草產品技術規(guī)格和工藝研究，結合雙鋁包中支、書本式、側開式、可抽出式等異型包裝產品開發(fā)經驗，同時參考PM（Philip Morris Companies Inc.）公司加熱卷煙煙彈翻蓋式雙鋁包包裝形式，確定武漢卷煙廠加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包包裝形式。

前期，作為新技術、新產品、新工藝產品，加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包包裝產品尚無成熟的包裝工藝及自動化生產機械，生產依賴大量人力手工包裝。國內對于加熱卷煙制品的研究主要集中在產品結構[3]、物理化學分析[4]、熱分析[5-6]和材料應用[7]等方面，對于加工制造工藝和設備，特別是利用現(xiàn)有設備實現(xiàn)規(guī)模化生產的研究報道較少，楊明權[8]通過對FOCKE350s 包裝機組雙鋁包內襯紙折疊并包裝置的設計，實現(xiàn)翻蓋式雙鋁包包裝自動化生產，滿足了加熱卷煙保香保潤的功能要求。但國內外暫未見加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包包裝盒型工藝設計相關報道。為此，基于對ZB43 包裝設備的認識及黃鶴樓系列產品通道成型原理的理解，在ZB43 型包裝機基礎上進行創(chuàng)新性工藝再造，自主研制先內盒包裝，兩內盒并包再外盒包裝的包裝技術，同時研制無接觸式冷膠電子噴膠系統(tǒng)、煙支質量視覺檢測系統(tǒng)等，實現(xiàn)了加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包自動化生產，滿足了異型包裝功能要求，提高了生產效率。

1 包裝工藝設計

1.1 卷煙包裝形式

不同于傳統(tǒng)型卷煙制品包裝形式，底推式雙鋁包小盒分內外盒包裝。內盒由5-5 雙排煙支、內襯紙、內框紙、商標紙組成，雙內盒并包后外裹外盒商標紙，完成小盒完整包裝。在外盒商標紙底部對應內盒中心的位置分設兩小孔，雙內盒可自煙盒中推出，形式新穎。

圖1 內盒煙組5-5 排列Fig. 1 Arrangement of inner box group 5-5

1.2 包裝材料技術規(guī)格

根據(jù)煙支規(guī)格及包裝形式，同步開展包裝材料技術標準研究，形成加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包包裝形式及包裝材料標準體系。

圖2 雙內盒底推式包裝形式Fig. 2 Bottom push type packaging form of double inner box

圖3 輔料模切形式Fig. 3 Die cutting form of auxiliary material

1.3 工藝路線

1.3.1 小盒包裝

小盒包裝設備基于三組YB43 小盒包裝機改造，其中兩組完成兩內盒雙排十支煙組的包裝，第三組完成兩內盒并包、并包后外裹商標紙的折疊成型，干燥定型及輸出至小盒透明包裝設備。具體包裝工藝流程如下：

（1）內盒包裝（兩內盒相同）。①煙支供給：料斗接上游機煙支經下煙通道落至底端，往復式推煙耙將最下一排煙支以55 雙層的排列形式推入煙支整理盒輪。煙支整理盒輪旋轉180°，經煙支質量視覺檢測裝置，55 雙層煙組被推料板推出至充填床身處，同時，在檢測到存在缺陷的煙組時向包裝機組控制系統(tǒng)發(fā)送剔除信號，由包裝機組控制系統(tǒng)在相應位置將缺陷煙包剔除。②內襯紙折疊成型：內襯紙卷帶由供送裝置輸出，經定長切割、定位后自上而下進入充填床身包裝區(qū)，與已排列的煙組相遇。內襯紙裹包采用直包方式，煙組與內襯紙相遇后，內襯紙先成“U”形包裹在煙組外，并依次在充填床身內完成兩側邊與頂部折疊。③商標紙輸送及折疊成型：帶有負壓的吸紙器將商標紙由商標紙庫底部取出，輸送至商標紙成型模盒內，與外裹內襯紙煙組相遇，進行商標紙包裝成型。在高架輸送裝置處完成商標紙兩側面涂膠后，煙包被輸送至干燥鼓輪模盒內，在干燥鼓輪旋轉的過程中，商標紙兩側面被折疊。至此，完成商標紙折疊成型工序；④煙包經干燥鼓裝置干燥、定型后輸出至下一工序。

（2）外盒包裝。①并包：在外盒包裝成型之前，需將兩組內盒包裝機生產內盒煙包進行并包，再由推板輸送至外盒包裝機完成外盒包裝。并包機構是影響設備效率關鍵機構，由90° 煙包轉向器，縱向內盒輸送通道，橫向內盒輸送通道，并包推板，并包輸送通道組成。兩側內盒煙包經過90° 煙包轉向器由縱向輸送變?yōu)闄M向輸送，兩側的橫向輸送通道高度相同，兩組內盒煙包由凸輪傳動控制的同步推板推入并包通道內，完成并包工序。當外盒包裝機或內盒包裝機故障停機時，兩組內盒包裝機縱向輸送通道上均設置用于煙盒緩存的煙盤工位，可由人工進行收集與加補內盒，保障設備運行效能。②外商標紙輸送及折疊成型：帶有負壓的吸紙器將外商標紙由商標紙庫底部取出，依次完成外商標紙蓋折片噴膠、折疊成型及外商標紙下側面涂膠后，進入外商標紙成型模盒內，與并包后兩內盒煙包相遇，進行外商標紙折疊成型。③煙包干燥、定型及輸出：已包裝成型煙包進入干燥鼓進行干燥定型，經輸出通道輸出，形成內外盒可拆解分離、內盒（雙小包）可獨立成包的獨特包裝形式。

圖4 外盒包裝Fig. 4 Outer box packaging

圖5 小盒包裝工藝Fig. 5 Packaging process of cigarette case

1.3.2 小盒透明紙包裝

小盒透明紙經過定長切割、定位后，對小盒進行豎向U 型包裹，煙包經折疊、燙封成型、整容后輸出，小盒透明紙包裝完成。不同于傳統(tǒng)型卷煙，底推式雙鋁包小盒透明紙采用雙拉帶，拉帶搭口及拉頭位于外盒正面右側，上下拉帶均為順時針拉開，形式新穎，利于消費者撕開。

1.3.3 條盒及條盒透明紙包裝

小盒（外包裝小盒透明紙）依次通過反轉裝置、立盒裝置，進入條盒包裝機，內小盒按照10×1 與條盒相遇，條盒經折疊、涂膠、定型后輸出至條盒透明紙包裝機。條盒透明紙（單拉帶）經過定長切割、定位后，對條盒進行“U”型包裹，條盒透明紙條包經折疊、燙封成型、六面整容后輸出，條盒透明紙包裝完成。

1.4 裝備工藝流程再造

底推式雙鋁包小盒創(chuàng)新性分內外盒包裝。內盒由5-5 雙排煙支、內襯紙、內框紙、商標紙組成，雙內盒并包后外裹外盒商標紙，完成小盒完整包裝，其中內盒煙支規(guī)格7.7 mm×56 mm，屬短支系列，鑒于其異型包裝形式及短煙支規(guī)格，暫無成熟的包裝設備能夠滿足該特殊工藝需求。

圖6 小盒透明紙、條盒及條盒透明紙包裝工藝Fig. 6 Packaging technology of cigarette case transparent paper,carton box and carton transparent paper

通過工藝創(chuàng)新性研究及前期論證，確定底推式雙鋁包包裝裝備機械化生產工藝路線。基于ZB43 裝備平臺，完成加熱卷煙制品卷煙包裝小盒→小透明→小透明六面整容→條盒→條透明→條透明六面整容全鏈式機械化生產。其中小盒包裝設備基于三組YB43 小盒包裝機改造，兩組完成兩內盒5-5 雙排十支煙組的包裝，第三組完成兩內盒并包、并包后外裹商標紙的折疊成型，干燥定型及輸出至小盒透明包裝設備。小盒煙包經YB59、YB69、YB99 改型設備依次進行小盒透明紙（實施小盒透明六面整容）、條盒及條盒透明紙包裝（實施條盒透明六面整容）。

圖7 底推式雙鋁包包裝裝備平面布局Fig. 7 Layout of bottom push double aluminum packaging equipment

1.5 關鍵核心技術

1.5.1 無接觸式冷膠電子噴膠系統(tǒng)

加熱卷煙底推式雙鋁包包裝產品內盒在包裝過程中，需將內盒商標紙盒端蓋部位及內襯紙紙同內框紙間進行粘接。在外裹內襯紙煙組輸送通道轉向處，布置電子噴槍，噴槍前150 mm 處安裝光電檢測，以準確檢測鋁包的有無和起始位置；在鋁包輸送凸耳鏈側面安裝編碼器來測量商標紙轉過的位移，以使噴槍能在指定位置給鋁包上膠。鋁包與商標紙盒蓋噴膠機構使用相同控制器和顯示屏，控制器與噴槍、光電檢測、編碼器、膠泵、顯示屏連接在一起，組成完整的控制線路。當光電檢測檢測到鋁包時，發(fā)出信號至控制器中，控制器根據(jù)編碼器信號精確定位鋁包位置后再適當時刻輸出信號到噴槍觸發(fā)噴膠。

圖8 無接觸式冷膠電子噴膠系統(tǒng)Fig. 8 Non-contact cold glue electronic spray system

1.5.2 煙支質量視覺檢測系統(tǒng)

底推式雙鋁包兩內盒包裝機，在煙支成型輪轉盤處均配備煙支質量視覺檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)主要由圖像采集組件、控制器、改造配件等組成?？刂破鲀劝? 個控制組件、1 個帶觸摸屏的彩色液晶屏及1 個母板。圖像采集組件負責采集煙絲端面圖像，初步處理后傳送給控制組件。控制組件利用圖像處理技術對采集的圖像數(shù)據(jù)進行處理和分析，判斷當前煙包是否存在缺陷。在檢測到存在缺陷的煙包時向包裝機組控制系統(tǒng)發(fā)送剔除信號，由包裝機組控制系統(tǒng)在相應位置將缺陷煙包剔除。該系統(tǒng)以機器視覺技術為基礎的新型煙支檢測器，主要用于檢測包裝機模盒內單個煙支的裝填情況（空頭檢測），以及整個煙包的完整性（缺支、反支檢測）。

圖9 煙支質量視覺檢測系統(tǒng)Fig. 9 Cigarette quality visual inspection system

2 應用效果

2.1 試驗設計

材料：“COO”牌加熱卷煙制品（規(guī)格7.7×56 mm）；采用對照卷煙為“HEETS”，由PM（Philip Morris Companies Inc.）公司制造。設備：ZB43 改型包裝機組（國產）。方法：連續(xù)運行6 d，每天1 班，連續(xù)運行7 h，按80 包/min 生產速度運行，根據(jù)湖北中煙工業(yè)有限責任公司企業(yè)標準《電加熱低溫卷煙通用產品標準（外觀、物測）》、GB 5606.3—2005《卷煙第3 部分：包裝、卷制技術要求及貯運》[9]對卷煙外觀質量進行檢測，統(tǒng)計卷煙包裝合格率，取六班運行質量抽檢得分平均值。根據(jù)設備運行情況，統(tǒng)計有效作業(yè)率，計算公式為：（實際產量）/（定額車速×有效工作時間）×100%。

2.2 實驗結果分析

2.2.1 對標檢測分析研究

選取行業(yè)電加熱主流產品HEETS 進行對標檢測分析，檢測項目包括卷煙設計、卷煙外觀。

（1）卷煙設計對比。HEETS 與武漢卷煙廠自產加熱卷煙制品COO 的卷煙產品設計對比如表1 所示，從設計上來看，兩種產品有較大差異，COO 產品的材料材質及包裝更有設計感。

表1 兩種卷煙產品設計對比Tab. 1 Design comparison of two kinds of cigarette products

（2）外觀質量對比。HEETS 與武漢卷煙廠自產新型低溫電加熱卷煙產品COO 的卷煙產品外觀質量對比如表2 所示（以設備驗收階段抽檢產品為研究對象）。

表2 兩種卷煙產品外觀質量對比Tab. 2 Comparison of appearance quality of two kinds of cigarette products

a. 條裝外觀質量對比。HEETS 與武漢廠自產新型低溫電加熱卷煙產品COO 的卷煙產品條裝透明均較為平整，條盒棱角分明、圖案對齊，條盒采取相同包裝方式，條盒正面盒蓋不點膠。條盒均方正平整，無觸皺、不潔等缺陷。

b. 盒裝外觀質量對比。盒裝正面透明外觀均較為平整，HEETS 小盒正面有輕微盒縫不齊現(xiàn)象，小盒內框紙有扣搭均粘連缺陷但未造成小盒盒縫不嚴；COO 產品印有小盒鋼印的內包有翹邊，且內包均有內框紙不牢的現(xiàn)象。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析

由表3 可見，基于ZB43 型包裝機組改造，鏈式生產底推式雙鋁包加熱卷煙時，經抽檢，煙支空頭、缺支、反支等質量缺陷率為零，盒裝粘貼不牢等質量缺陷率為零，卷煙成品外觀質量合格率平均得分為97.5 分，滿足湖北中煙內控卷煙工藝標準。由表3 可見，整機（內盒→外盒→小盒透明→小透轉置→小透立盒→條盒→條透）鏈式穩(wěn)定運行，額定生產能力≥80 包/min；機器有效運行效率≥80%。設備運行穩(wěn)定可靠，可以滿足卷煙包裝形式多樣化，提高包裝設備的生產效率。

表3 設備運行統(tǒng)計分析Tab. 3 Statistical analysis of equipment operation

3 結論

基于對ZB43 型包裝設備的認識及黃鶴樓系列產品通道成型原理的理解，在ZB43 型包裝機基礎上創(chuàng)新性工藝再造，自主研制先內盒包裝，兩內盒并包后再外盒包裝的包裝技術，同時在此基礎上研制雙包左右并包機構、無接觸式冷膠電子噴膠系統(tǒng)、煙支質量視覺檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)加熱卷煙煙彈底推式雙鋁包鏈式機械化生產，滿足異型包裝功能要求。以武漢卷煙廠生產“COO”品牌加熱卷煙制品為對象進行測試，結果表明：整機運行速度≥80 包/min 以上，運行凈效率≥80%，機械化產品工藝質量達到市場投放標準，同時機械化生產有力保障了產品一致性標準，設備驗收階段質量平均得分≥97.5 分，滿足卷煙工藝標準。設備運行穩(wěn)定可靠，可以滿足卷煙包裝形式多樣化，提高包裝設備的生產效率。