馬 立，李 軍，桑 叢，徐仕瑞，呂小波，聶 鑫，李承華，徐 靖

紅塔煙草（集團）有限責(zé)任公司玉溪卷煙廠，云南省玉溪市紅塔區(qū)紅塔大道118 號653100

商標(biāo)紙是識別卷煙品牌、承擔(dān)品牌內(nèi)涵、展現(xiàn)卷煙檔次感的主要標(biāo)志［1-2］，其成型質(zhì)量直接影響卷煙包裝質(zhì)量［3］。但在卷煙小盒包裝過程中，因商標(biāo)紙輸送至成型系統(tǒng)時定位不精準(zhǔn)，容易出現(xiàn)商標(biāo)紙搭口錯位、商標(biāo)紙破損及煙盒阻塞通道等問題，造成機組故障停機，影響設(shè)備運行效率。為提高商標(biāo)紙成型質(zhì)量，鄧永祥等［4］采用齒形吸風(fēng)帶嚙合傳動技術(shù)對商標(biāo)紙加速輸送裝置進行改進，解決了加厚商標(biāo)紙輸送過程中存在的商標(biāo)紙歪斜或輸送不到位等問題；楊明權(quán)等［5］針對YB25 軟盒包裝機組設(shè)計了一種冷熱膠組合噴涂裝置，解決了軟盒硬化卷煙商標(biāo)紙搭口開膠等問題；蔣景強［6］通過增加反射式光纖檢測器對商標(biāo)紙定位檢測器進行改進，實現(xiàn)了對商標(biāo)紙錯位煙盒的有效剔除；湯達偉［7］對YB25軟盒包裝機組的商標(biāo)紙輸送裝置進行改進，解決了商標(biāo)紙阻塞和歪斜等問題；王勇等［8］采用雙圓柱凸輪驅(qū)動差動輪系的方法對YB28軟盒包裝機組的商標(biāo)紙供料裝置進行改進，實現(xiàn)了商標(biāo)紙的高速取紙；鄧梅東［9］對GDX1包裝機組上膠機構(gòu)的膠輥和膠輥軸進行改進，改善商標(biāo)紙上膠質(zhì)量。但上述研究及改進未能有效解決包裝機組小盒成型過程中商標(biāo)紙精準(zhǔn)定位等問題。為此，以GDX500軟盒包裝機組為對象，設(shè)計一種負壓接煙板機構(gòu)，利用負壓吸風(fēng)將小盒成型過程中的商標(biāo)紙固定，實現(xiàn)商標(biāo)紙精準(zhǔn)定位，以期提高機組運行效率，降低卷煙生產(chǎn)消耗。

1 問題分析

商標(biāo)紙成型系統(tǒng)主要由二號輪、三號輪、接紙定位器和折疊臂等組成，見圖1。二號輪4 和三號輪2的直徑和轉(zhuǎn)速相等但轉(zhuǎn)動方向相反，輪上均勻分布的16 個模盒用于承載煙盒7；當(dāng)二號輪和三號輪間歇轉(zhuǎn)動至兩個模盒位置相對時，商標(biāo)紙3和二號輪模盒中的煙盒在推煙板6和接煙板10的夾持作用下進入三號輪模盒中完成商標(biāo)紙的成型；商標(biāo)紙成型前由接紙定位器8進行定位，成型過程中由折疊臂9和弧形板1配合完成折疊成型。推煙板由安裝在二號輪齒輪箱上的推煙桿5驅(qū)動，接煙板由安裝在三號輪齒輪箱上的接煙桿11驅(qū)動。商標(biāo)紙和煙盒被推入三號輪模盒時，為避免煙支產(chǎn)生變形，接煙板和推煙板的夾持力較小，故無法對商標(biāo)紙進行有效定位。商標(biāo)紙定位不精準(zhǔn)容易導(dǎo)致輸送通道阻塞或成型后商標(biāo)紙錯位，甚至出現(xiàn)商標(biāo)紙破損及煙盒阻塞通道現(xiàn)象，造成故障停機，降低設(shè)備生產(chǎn)效率。

圖1 商標(biāo)紙成型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of label folding system

2 改進方法

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

負壓接煙板機構(gòu)由分氣板、中空連桿以及空腔接煙板等組成，通過底座安裝于三號輪齒輪箱上，見圖2。分氣板3 通過銷軸10 和導(dǎo)氣銷9 分別與底座2和中空連桿4連接，連桿末端與空腔接煙板5連接。底座上設(shè)置有負壓接頭11，連接主機負壓氣源并通過底座內(nèi)部氣路16 將負壓輸送至弧形分氣槽14。接煙桿7 驅(qū)動空腔接煙板做往復(fù)運動時，帶動分氣板在一定角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。當(dāng)分氣板進氣孔13 與弧形分氣槽重合時，內(nèi)部氣路打開，負壓由分氣板內(nèi)部氣路12 經(jīng)中空的導(dǎo)氣銷和連桿進入空腔接煙板，最后通過橡膠塊6 上的負壓吸孔將商標(biāo)紙固定，避免商標(biāo)紙在成型過程中發(fā)生偏移；當(dāng)分氣板進氣孔與弧形分氣槽錯位時，內(nèi)部負壓氣路斷開，避免能源浪費。連接分氣板和底座的銷軸上安裝有彈簧17，通過卡簧完成彈簧限位，將分氣板與底座壓緊，避免分氣板轉(zhuǎn)動時發(fā)生漏氣現(xiàn)象；連桿兩端銷孔內(nèi)設(shè)置有黃銅套23，提升中空連桿銷孔的耐磨性［10］。

圖2 負壓接煙板機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of vacuum cigarette receiver mechanism

2.2 分氣槽角度確定

2.2.1 負壓相位設(shè)計

如圖3 所示，二號輪推煙板在包裝機相位（以下簡稱相位）為80°時向外運動，相位為135°時與煙盒接觸，相位為290°時達到最大行程（此時煙盒被完全推入三號輪模盒內(nèi)），相位為310°時開始縮回，相位為60°時達到最小行程；三號輪空腔接煙板在相位為30°時向外運動，相位為160°時達到最大行程，相位為170°時與商標(biāo)紙接觸并開始縮回，相位為290°時與商標(biāo)紙分離，相位為20°時返回最小行程；二號輪及三號輪在相位100°～120°間發(fā)生轉(zhuǎn)動。根據(jù)設(shè)計要求，空腔接煙板接觸商標(biāo)紙時（相位為170°）負壓打開，輸送完成時（相位為290°）負壓切斷。因此，分氣板要保證相位處于170°～290°范圍內(nèi)時氣路暢通，其余相位氣路關(guān)閉。

圖3 二號輪和三號輪運行相位圖Fig.3 Operation phases of wheels No.2 and No.3

2.2.2 負壓接煙板機構(gòu)運動分析

如圖4 所示，以點O 代表三號輪齒輪箱端蓋與接煙桿相交點，點A、B、C 分別代表負壓接煙板機構(gòu)中3 個銷孔中心位置，繪制負壓接煙板機構(gòu)運動簡圖［11-12］。其中，O點和A點為固定點，B點和C點位置可變，A、B點間距離和B、C點間距離固定。根據(jù)余弦定理和正切定理，計算可得AB連線與水平方向的夾角α：

圖4 負壓接煙板機構(gòu)運動簡圖Fig.4 Schematic diagram of movement of vacuum cigarette receiver mechanism

式中：a、c、x、y、h 為定值，分別為85、50、35、15、45 mm；b和l隨分氣板的轉(zhuǎn)動而變化，mm。

已知相位為170°和290°時，l 分別為13.5 mm 和78.8 mm，代入公式（1）可得α分別為73.2°和24.4°。因此，AB 連線隨分氣板轉(zhuǎn)動角度（即分氣板進氣孔的轉(zhuǎn)動角度）為73.2°-24.4°=48.8°，由此確定底座上弧形分氣槽的角度為48.8°。

2.3 負壓壓強確定

如圖5所示，由主機接入的負壓氣源經(jīng)過濾器過濾和調(diào)壓閥調(diào)節(jié)壓強后接入底座，利用壓力表檢測氣壓大小。由于煙盒進入三號輪模盒過程中，模盒對商標(biāo)紙的動摩擦力受模盒磨損、積膠等因素的影響，難以準(zhǔn)確計算負壓壓強。為此，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥并記錄不同壓強下商標(biāo)紙發(fā)生偏移次數(shù)，并統(tǒng)計商標(biāo)紙偏移率，結(jié)果見表1?？梢?，負壓壓強為0.04 MPa時，商標(biāo)紙偏移率最低，為0.2%；負壓過小或過大均會導(dǎo)致商標(biāo)紙偏移率上升。因此，負壓接煙板機構(gòu)接入的負壓氣源最適壓強為0.04 MPa。

表1 不同負壓壓強下商標(biāo)紙偏移率Tab.1 Position deviation of label under different vacuum pressures

圖5 負壓氣路圖Fig.5 Circuit of negative pressure air

2.4 仿真驗證

利用SOLIDWORKS 軟件（法國達索系統(tǒng)公司）建立負壓接煙板機構(gòu)3D 模型并開展運動仿真試驗。結(jié)果表明，由接煙桿驅(qū)動的分氣板及連桿運動順暢，分氣槽角度設(shè)計與氣路通斷相匹配，能夠滿足負壓接煙板機構(gòu)在相位170°～290°范圍內(nèi)時氣路暢通而其余相位氣路關(guān)閉的要求（圖6），實現(xiàn)對商標(biāo)紙的精準(zhǔn)定位。

圖6 負壓啟停相位圖Fig.6 Phases of negative pressure start and stop

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗設(shè)計

材料：“玉溪（軟）”牌卷煙［紅塔煙草（集團）有限責(zé)任公司玉溪卷煙廠提供］。

設(shè)備：GDX500軟盒包裝機組（包括X500小盒包裝機、C600 小盒透明紙包裝機、CT 條盒紙包裝機、CV條盒透明紙包裝機，意大利GD公司）。

方法：GDX500 軟盒包裝機組生產(chǎn)速度為500包/min，三班制運行，每天生產(chǎn)20 h，每周運行5 d。將生產(chǎn)中由CCD 檢測器剔除的商標(biāo)紙錯位及變形煙盒、商標(biāo)紙或煙盒阻塞停機清理的煙盒視為不合格品。統(tǒng)計負壓接煙板機構(gòu)應(yīng)用前后商標(biāo)紙或煙盒阻塞機組次數(shù)以及不合格煙盒數(shù)量，并根據(jù)公式（2）計算機組運行效率。統(tǒng)計時間為3 周，取平均值。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表2 可見，應(yīng)用負壓接煙板機構(gòu)后，GDX500軟盒包裝機組運行效率由81.97%提升至87.39%，增幅5.42 百分點；商標(biāo)紙或煙盒阻塞次數(shù)由10.4 次/d減少至1.1次/d，降幅89%；不合格品率從0.47%降低至0.35%，降幅0.12百分點。說明負壓接煙板機構(gòu)的使用有效提高了機組運行穩(wěn)定性，同時減少了卷煙生產(chǎn)消耗。

表2 負壓接煙板機構(gòu)應(yīng)用前后機組運行數(shù)據(jù)和廢品率①Tab.2 Operation data and unqualified cigarette packet rate before and after application of vacuum cigarette receiver mechanism

4 結(jié)論

在GDX500軟盒包裝機組商標(biāo)紙成型系統(tǒng)中設(shè)計并安裝一種負壓接煙板機構(gòu)，利用負壓吸風(fēng)對小盒成型過程中的商標(biāo)紙進行精準(zhǔn)定位，解決了因商標(biāo)紙錯位而導(dǎo)致機組停機和不合格品率高等問題。以玉溪卷煙廠生產(chǎn)的“玉溪（軟）”牌卷煙為對象進行測試，結(jié)果表明：應(yīng)用負壓接煙板機構(gòu)后，商標(biāo)紙或煙盒阻塞機組次數(shù)由10.4 次/d 減少至1.1 次/d，機組運行效率提高5.42 百分點，不合格品率降低0.12 百分點。該技術(shù)可在GDX1、GDX6S 等包裝機組中推廣應(yīng)用。