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

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

1 問題分析

商標紙成型系統(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的直徑和轉速相等但轉動方向相反，輪上均勻分布的16 個模盒用于承載煙盒7；當二號輪和三號輪間歇轉動至兩個模盒位置相對時，商標紙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紙的成型；商標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驅動，接煙板由安裝在三號輪齒輪箱上的接煙桿11驅動。商標紙和煙盒被推入三號輪模盒時，為避免煙支產生變形，接煙板和推煙板的夾持力較小，故無法對商標紙進行有效定位。商標紙定位不精準容易導致輸送通道阻塞或成型后商標紙錯位，甚至出現商標紙破損及煙盒阻塞通道現象，造成故障停機，降低設備生產效率。

圖1 商標紙成型系統(tǒng)結構示意圖Fig.1 Structure of label folding system

2 改進方法

2.1 系統(tǒng)設計

負壓接煙板機構由分氣板、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。底座上設置有負壓接頭11，連接主機負壓氣源并通過底座內部氣路16 將負壓輸送至弧形分氣槽14。接煙桿7 驅動空腔接煙板做往復運動時，帶動分氣板在一定角度范圍內轉動。當分氣板進氣孔13 與弧形分氣槽重合時，內部氣路打開，負壓由分氣板內部氣路12 經中空的導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紙固定，避免商標紙在成型過程中發(fā)生偏移；當分氣板進氣孔與弧形分氣槽錯位時，內部負壓氣路斷開，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，避免分氣板轉動時發(fā)生漏氣現象；連桿兩端銷孔內設置有黃銅套23，提升中空連桿銷孔的耐磨性［10］。

圖2 負壓接煙板機構結構示意圖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），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°時與商標紙接觸并開始縮回，相位為290°時與商標紙分離，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)生轉動。根據設計要求，空腔接煙板接觸商標紙時（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°范圍內時氣路暢通，其余相位氣路關閉。

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中3 個銷孔中心位置，繪制負壓接煙板機構運動簡圖［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 連線隨分氣板轉動角度（即分氣板進氣孔的轉動角度）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過濾器過濾和調壓閥調節(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，模盒對商標紙的動摩擦力受模盒磨損、積膠等因素的影響，難以準確計算負壓壓強。為此，調節(jié)調壓閥并記錄不同壓強下商標紙發(fā)生偏移次數，并統(tǒng)計商標紙偏移率，結果見表1?？梢姡搲簤簭姙?.04 MPa時，商標紙偏移率最低，為0.2%；負壓過小或過大均會導致商標紙偏移率上升。因此，負壓接煙板機構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3D 模型并開展運動仿真試驗。結果表明，由接煙桿驅動的分氣板及連桿運動順暢，分氣槽角度設計與氣路通斷相匹配，能夠滿足負壓接煙板機構在相位170°～290°范圍內時氣路暢通而其余相位氣路關閉的要求（圖6），實現對商標紙的精準定位。

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

3 應用效果

3.1 試驗設計

材料：“玉溪（軟）”牌卷煙［紅塔煙草（集團）有限責任公司玉溪卷煙廠提供］。

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

3.2 數據分析

由表2 可見，應用負壓接煙板機構后，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；商標紙或煙盒阻塞次數由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消耗。

表2 負壓接煙板機構應用前后機組運行數據和廢品率①Tab.2 Operation data and unqualified cigarette packet rate before and after application of vacuum cigarette receiver mechanism

4 結論

在GDX500軟盒包裝機組商標紙成型系統(tǒng)中設計并安裝一種負壓接煙板機構，利用負壓吸風對小盒成型過程中的商標紙進行精準定位，解決了因商標紙錯位而導致機組停機和不合格品率高等問題。以玉溪卷煙廠生產的“玉溪（軟）”牌卷煙為對象進行測試，結果表明：應用負壓接煙板機構后，商標紙或煙盒阻塞機組次數由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。該技術可在GDX1、GDX6S 等包裝機組中推廣應用。