陳遠(yuǎn)超，曾雄偉，盧曉波，李 昊，李 盼，湯 俊

（1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北武漢 430040；2.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，湖北武漢 430040）

0 引言

煙草行業(yè)是我國國家稅收的重要來源，目前我國煙草行業(yè)發(fā)展迅猛，市場前景非常廣闊[1]。為應(yīng)對激烈的市場競爭、適應(yīng)新的消費(fèi)形勢，實(shí)現(xiàn)煙草生產(chǎn)尤其是硬條包裝的自動化、柔性化生產(chǎn)是我國煙草行業(yè)持續(xù)高速發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵問題[2]。

煙草包裝機(jī)械是煙草生產(chǎn)設(shè)備的重要組成部分，屬于煙草生產(chǎn)專用設(shè)備。其中YB65 型硬條包裝機(jī)是將10 盒煙包自動包裝成條的設(shè)備，一般僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)2×5 的平式包裝，由此易造成卷煙銷售時(shí)陳列擺放不穩(wěn)、消費(fèi)者攜帶不便等問題[3-4]。當(dāng)前，國內(nèi)學(xué)者針對YB65 型硬條包裝機(jī)進(jìn)行了深入研究，陸宇楨等[4]基于凸輪機(jī)構(gòu)的往復(fù)式運(yùn)動特征設(shè)計(jì)了一種小盒煙包翻轉(zhuǎn)裝置，將小盒煙包的包裝方式由2×5 平包改為1×10 立式包裝。羅文成等[5]通過改造硬盒包裝機(jī)的煙包翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，解決了小盒煙包透明紙拉線搭口位置互換的問題。楊本才等[6]利用空氣壓縮機(jī)對硬條包裝機(jī)的送紙通道進(jìn)行了風(fēng)力導(dǎo)紙改造，提高了條盒紙的輸送穩(wěn)定性。鄧鐸等[7]設(shè)計(jì)了一種條盒紙長邊折疊動作同步檢查裝置，解決了條盒長邊包裝不良、折疊錯(cuò)位等問題。李志勇等[8]設(shè)計(jì)了一種煙包翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，解決了小盒包裝機(jī)與條盒包裝機(jī)無法進(jìn)行煙包輸送和對接等難題。

但是上述針對YB65 型硬條包裝機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的研究大多數(shù)采用單包翻轉(zhuǎn)方式，包裝效率不高且為無動力翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致煙包在下一工序無法精確定位。為此，設(shè)計(jì)了一種雙煙包翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，將2×5 平包改為1×10 立式包裝，旨在解決雙煙包翻轉(zhuǎn)過程中的卡包問題，實(shí)現(xiàn)雙煙包的精確定位，提高硬條包裝生產(chǎn)效率。

1 硬條包裝生產(chǎn)線系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某煙廠原有的煙草自動化包裝設(shè)備由YB55、YB65、YB95三臺設(shè)備組合而成，其中YB55 機(jī)是用于包裝煙包透明紙的包裝機(jī)，YB65 機(jī)是將10 盒煙包包裝成條的包裝機(jī)，YB95 機(jī)是包裝硬條外透明紙的包裝機(jī)，YB65 機(jī)和YB95 機(jī)的主動力均由YB55 機(jī)提供。該機(jī)組的整體布局呈L 形排布（圖1）。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)煙草包裝設(shè)備分布

在標(biāo)準(zhǔn)煙草包裝機(jī)組中，YB65機(jī)由于采用單包翻轉(zhuǎn)方式，導(dǎo)致硬條包裝整線的包裝生產(chǎn)效率不高，且煙包在進(jìn)入下一工序時(shí)的定位精度也難以保證。此外，為適應(yīng)新的消費(fèi)形勢、滿足卷煙市場個(gè)性化需求，需要將條包由標(biāo)準(zhǔn)的2×5 平包改成1×10 立包。因此，為盡可能減小對原機(jī)組的改動而達(dá)到新的包裝需求，擬增加一套雙包同步翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，將YB55 機(jī)輸出的兩包疊放煙包往側(cè)面翻立90°，再由推煙機(jī)構(gòu)推入YB65 機(jī)，每次推送2 個(gè)立包，推送5次為一條。因此，整體機(jī)組由原來的L 形布局改成了“一”字形排布，YB65 機(jī)、YB95 機(jī)及雙包同步翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主動力均由YB55 機(jī)提供，可以確保新增的雙包翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與整體機(jī)組運(yùn)行同步，且實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)煙包在下一工序的精確定位（圖2）。

圖2 新型煙草包裝設(shè)備分布

2 雙煙包同步翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 工作原理

雙煙包同步翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位于YB55 機(jī)之后、YB65 機(jī)之前，使原有YB55 機(jī)煙包透明紙包裝機(jī)輸出的小盒煙包翻轉(zhuǎn)90°后進(jìn)入YB65 機(jī)輸入通道，實(shí)現(xiàn)硬條包1×10 的立式包裝（圖3）。

圖3 立式包裝方式示意

具體工作原理（圖4）：勾板帶在主、從動帶輪的驅(qū)動下間歇向前運(yùn)動，當(dāng)鉤板帶正好停住時(shí)，從YB55 包裝機(jī)輸出的煙包被推入鉤板帶中，然后鉤板帶繼續(xù)向前運(yùn)動；旋轉(zhuǎn)體1 和2 環(huán)繞在勾板帶四周，形成螺旋的翻轉(zhuǎn)通道，煙包隨著鉤板帶的運(yùn)動，進(jìn)入翻轉(zhuǎn)通道，當(dāng)煙包翻轉(zhuǎn)90°時(shí)，完成翻轉(zhuǎn)工序；當(dāng)煙包隨著鉤板帶運(yùn)動到有擋板的位置時(shí)，鉤板帶暫停運(yùn)動，將兩包翻立90°的煙包推入YB65 型硬條盒包裝機(jī)；同時(shí)，另外兩包煙包被推入鉤板帶，至此，完成了雙煙包的翻轉(zhuǎn)工序。

圖4 雙煙包同步翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2.2 機(jī)構(gòu)組成

雙煙包同步翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由勾板帶、主動帶輪、從動帶輪、旋轉(zhuǎn)體1、旋轉(zhuǎn)體2、支撐架、長條擋板等部件組成（圖4）：鉤板帶兩端分別安裝在主、從動帶輪上，主、從動帶輪分別安裝在支座和扁軸支座上，支座和扁軸支座分別安裝在支撐架的兩端；旋轉(zhuǎn)體1 和旋轉(zhuǎn)體2 分別通過角鐵和長條擋板安裝在支撐架上，旋轉(zhuǎn)體1、旋轉(zhuǎn)體2 和長條擋板組成了雙煙包的螺旋翻轉(zhuǎn)通道。圖5 和圖6 分別是雙煙包同步翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的核心部件勾板帶和雙煙包螺旋翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

圖5 勾板帶結(jié)構(gòu)示意

圖6 雙煙包螺旋翻轉(zhuǎn)通道示意

2.3 機(jī)構(gòu)特色

（1）雙煙包翻轉(zhuǎn)通道采用螺旋體設(shè)計(jì)，是所設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的最主要特色，該結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定。與常規(guī)螺旋方式不同，此次煙包翻轉(zhuǎn)為雙煙包同時(shí)翻轉(zhuǎn)，因此在設(shè)計(jì)螺旋體時(shí)考慮了雙煙包翻立過程中的錯(cuò)位量，防止過大的錯(cuò)位導(dǎo)致卡煙。在螺旋體的具體建模過程中，通過導(dǎo)入煙包在多個(gè)不同翻立狀態(tài)下的參考坐標(biāo)設(shè)計(jì)螺旋曲面，再根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況對設(shè)計(jì)的曲面進(jìn)行修正，最終達(dá)到雙煙包的穩(wěn)定翻立效果。

（2）鉤板之間的距離設(shè)計(jì)為煙包的長度，且鉤板帶作間歇運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)煙包的精準(zhǔn)定位，同時(shí)也避免了煙包在翻立過程中，雙煙包之間產(chǎn)生過多錯(cuò)位，造成雙煙包無法翻立的后果。

（3）旋轉(zhuǎn)體1 與煙包的接觸面是根據(jù)煙包翻轉(zhuǎn)路徑設(shè)計(jì)的螺旋曲面，避免了對煙包表面造成剮蹭，破損煙包外觀。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)體2 與旋轉(zhuǎn)體1 構(gòu)成精確的雙煙包翻轉(zhuǎn)通道，可實(shí)現(xiàn)雙煙包翻轉(zhuǎn)過程的實(shí)時(shí)、精確控制，可有效防止雙煙包沿著旋轉(zhuǎn)體1 翻轉(zhuǎn)時(shí)煙包錯(cuò)位過多，保證雙煙包翻轉(zhuǎn)動作順利完成（圖7）。

圖7 煙包翻轉(zhuǎn)過程示意

3 結(jié)束語

針對硬條盒包裝工藝要求設(shè)計(jì)了一種雙煙包同步翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，將YB55 包裝機(jī)輸出的小盒煙包翻轉(zhuǎn)90°后輸入YB65 包裝機(jī)，實(shí)現(xiàn)了煙包的立式包裝，解決了卷煙銷售時(shí)陳列擺放不穩(wěn)、消費(fèi)者攜帶不便等問題。該機(jī)構(gòu)主要由鉤板帶和螺旋翻轉(zhuǎn)通道等部件構(gòu)成，鉤板帶作間歇運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了煙包的精準(zhǔn)定位；螺旋翻轉(zhuǎn)通道根據(jù)煙包翻轉(zhuǎn)路徑設(shè)計(jì)，且考慮了雙煙包翻立的位錯(cuò)量，實(shí)現(xiàn)了雙煙包翻轉(zhuǎn)過程的實(shí)時(shí)精確控制，同時(shí)避免了煙包表面剮蹭，保證煙包完整外觀。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、易于控制，運(yùn)行穩(wěn)定，有效提高了硬條盒包裝生產(chǎn)效率，為后續(xù)煙草全自動化包裝提供技術(shù)參考。