烟草行业异型条盒自动包装技术研发

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　　摘要：近年来，全国各大烟厂纷纷推一种高档手工包装的翻盖式异型香烟，但是目前行业内对于异型条盒的装条工序均为纯手工填充，投入产出比严重失衡。为解决此问题，对非标自动化设备进行整体设计和研制，实现小盒自动填入，异型条盒自动包装。填补了行业内异型条盒机械化生产的空白，并利用伺服电机高精度位置控制的优势，保证了执行动作的协调性和运行的准确性，实现了生产方式从原始手工工作到现代机械工作的跨越。
　　关键词：烟草行业;异型条盒;非标;机械化生产
　　近年来，全国各大烟厂纷纷推一种高档手工包装的翻盖式香烟。黄山（大红方印）作为黄山品牌“品系列”的代表产品之一，自投放市场以来，以其深厚浓郁的文化内涵、独具一格的包装设计、香甜柔和的吸食口感，赢得了消费者的广泛好评，销量一路飘红，正成为全国300元价位卷烟的领跑者。
　　然而，黄山（大红方印）良好市场表现的背后依然藏匿着诸多的隐忧，突出表现为制造环节精益化水平不高，人力、辅材等成本浪费较为严重。因此，如何进一步加强管理、技术创新，有效控制并降低大红方印手工生产成本费用，实现生产效能、质量和成本的联动提升，是企业落实精益制造、全面实现大红方印手工包装精益化生产的一项重要工作。
　　现阶段滁州卷烟厂大红方印装条工序为纯手工填充，上游透明机机生产的红方印小盒由人工存放于烟匾，再通过手推车输送到装条平台进行手工作业，装条完成后在经过大条透明机进行透明塑封。这种纯手工装条生产模式效能低下，需要较多人员进行手工装条方能达到与上下游透明机的效率匹配，同时还需要多名辅助人员进行配套的生产服务，人力资源出现了极大的浪费。
　　1.存在问题
　　生产模式落后，生产效率较低，无法适应异型香烟未来大规模生产的趋势。同时，由于人工包装存在的局限性将会导致生产无法达到理论产值。
　　2、研制措施
　　2.1研究硬质条盒成型方法
　　依据包装行业的传统思维，通常都是把所需要包装的内容放到规定的包装材料上。然后外层的包装材料会根据所包装内容的形状和尺寸不同进行软质材料的包装，这样包装后的产品具有极高的饱满度，合格率高，效率也就得到提升。如何把這种传统的包装思维理念转换到行业硬质条盒包装设备中来是当前需要解决的技术难题。随着工业电气设备自动化技术的不断发展，利用伺服电机的反馈技术和高精度位置控制方式与PLC中央控制相结合，能够快速实现硬质条盒成型各个工序的准确定位，克服单纯机械结构的缺陷。
　　2.2研究粘接方式
　　目前行业内都是采用热固胶方式进行各种盒坯的粘接，由于异型硬质条盒厚度为2mm，无法采用热固胶进行粘接。针对快速粘接的需求，选取热熔胶喷胶技术，在硬质盒坯规定需要粘接软质材料的区域上自动完成热熔胶喷胶随后进行粘接，可以在6秒内完成胶体快速固化，使得条盒的粘接可靠。热熔胶喷胶的大小和区域可根据条盒盒坯粘接要求不同可以进行调整，完全由系统软件实现需求。
　　2.3异型条盒自动包装机整体设计与研制
　　设计并试制异型条盒自动包装机，整个设备分为双层小盒输送机构、小盒送入组件、条盒进给组件、条盒推板组件、喷胶总成、成型1组件、胶辊输送组件和成型2组件等8个机构部件。
　　（1）双层小盒输送机构。该机构由底层皮带和2个侧面皮带同步同向传动，实现输送双层小盒的目的。安装在输送带下方的交流减速电机，通过两个转向器把水平方向传动同步转变为侧面皮带运行。在输送带的入口处装有一个光纤放大器，以检测小盒在输送带上的位置。当小盒超出这个光线检测位置时，才允许送入下个工位。（2）小盒送入组件。该机构由伺服电机通过连杆和凸轮总成完成小盒送入与盒模的协调动作。连杆机构把伺服电机的旋转运动转换为小盒推板的直线动作。这个伺服电机通过同步带的传动，和带轮的轴上同时装有一个凸轮，凸轮完成成型盒模的上下移动。（3）条盒进给组件。该组件由伺服电机通过同步带轮上的同步带连接条盒推板，实现把盒坯与小盒一同推送到条盒成型通道中。条盒推板结构采取活动式，条盒推送到位后返回起始位置时，推板会自动向下翻，以躲开吸盘臂，提高运行的效率。当条盒推板回到起始点时，安装在起始点的复位弹簧将翻下去的推板自动顶起，完成推板的复位。（4）吸盘水平输送机构。伺服减速电机通过齿轮和齿条的传动，带动吸盘机构水平移动把从料库中抓取下来的盒坯送到装盒位，然后回到起始位。这套机构安装在水平两个平行的精密导轨上。（5）吸盘臂抬起机构。吸盘需要通过安装在吸盘臂下方的升降电机完成吸盘臂的抬起降落。升降电机选用便于控制的伺服减速电机，实现吸盘臂多位置的精确控制。在减速电机的输出轴上装有一个偏心轮。偏心轮就安装在吸盘臂的下方，所以偏心轮的转动改变吸盘臂的三个位置，即起点位、上止点位和中点位。（6）喷胶机构。由于盒坯厚度较大，无法采用热固胶粘接。为此在盒坯的粘接材料选择上选用热熔胶。热熔胶具有粘接速度快，便利等优点，自然冷却粘接。（7）一次成型机构。当装有小盒的盒坯进入到位，电机通过齿轮传动把通道两侧折叠板同时向内侧折叠。在两侧设有限位器，将折叠后盒坯初步定位成型，便于后面的工序进一步完善，设计采用伺服减速电机为动力来源，无级调速。（8）二次成型机构。二次成型就是把前道工序上输送来的盒坯在这个工位进行最终的合盖。这套组件中采用连杆机构同步完成合盖。合盖过程分两步完成，第一步是初步合盖，把盖子折90°，然后有气缸压杆压住，防止盖子反弹。第二步是把上工位输送来的初步合盖后的条盒在此完成最终的合盖工序，由盒坯上的磁铁吸附，以防盒坯炸开。
　　2.4 主要机械原理
　　2.4.1在盒坯材料的供给方面采用凸轮与齿轮齿条结合的形式，把盒坯材料快速准确送达软件指令的区域。
　　吸盘机构在吸盘伺服升降凸轮机构的驱动下，快速抬起。通过吸盘的负压作用，将盒坯从料库中迅速抓取。吸盘是否抓取到盒坯完全取决安装在负压通道上的负压传感器进行检测的。实现抓取盒坯的可靠性。抓取下来后的盒坯在盒坯送料伺服电机与滚珠丝杆联合作用之下完成盒坯的直线运行送给。 　　2.4.2小盒快速准确推送
　　双层小盒到达小盒推板前方时，在小盒推板机构的推动下，将双层小盒推送到条盒盒坯的上方。当小盒到达盒坯上方后，条盒推板在条盒推板电机机构执行软件指令的驱动下，将条盒进行推送到需要成型的工位。完成条盒预成型的工作。之所以推板电机的快速准确的运行，完全取决于伺服电机的使用。
　　2.4.3条盒预成型之后，随后开始盒坯折叠的工作。
　　这部分工位的动力来源方面的执行机构都是采用伺服电机结合滾珠丝杆副实现快速准确定位。充分利用伺服电机高精度位置控制的优势，做到运行动作之间相位控制精确，调整便利。
　　3.应用效果
　　原异型香烟生产车间条盒包装程序步骤冗杂，生产人数较多合计22人。完成异型条盒包装技术研发后，实现了条盒机械化包装，简化了生产过程，削减了该阶段的劳务用工量，降低了生产过程中的人工成本，条盒包装流程简化，人员配置减少到16人。
　　原异型条盒包装为纯手工粘接，在生产过程中出现了因手工作业所造成的产品品质不稳定的现象，造成条盒出现变形，需要跟换条盒产生不必要的浪费。针对产品品质保障进行了为期五天的验证：
　　从表中可以看出设计研制出异型条盒自动包装机后，条盒包装粘接纯机械化生产，各部件设计精密，动作完全合理，因手工误差造成的条盒变形已基本杜绝，废品率经统计降低到0.01张/箱（存在因来料问题引起的条盒堵塞），产品品质得到很好的保障。
　　4.结论
　　（1）目前单台异型条盒包装机运行速度可达到23条/分钟，每小时产值可达1380条，机械自动化生产使每个机台只需配备一位操作人员即可满足生产需求，释放了大量的劳动力，生产效率得到了显著的提高。
　　（2）实现了生产结构的变革，完成从原始手工作业到机械化生产的跨越。快速发展现代化管理模式，削减了生产环节，大大提升生产效能的同时提高了生产过程的可控性。由于各个动作均采用伺服电机驱动，充分发挥伺服电机精确控制的特性。为此设备运行稳定性高。这样简化了机械传动机构的设计，大大缩短了整机的设计和制造周期。设备达到作业率95%
　　参考文献
　　[1]杨本才张溦 .YB65A型硬条包装机条盒纸输送系统的改造烟草科技 2012.01
　　[3]徐蕾姚金辉赵嵩正金慧仙 .非标设备制造企业生产管理系统研究现代制造工程 2011.10
　　[4]李文广.浅谈非标设备的设计与制造化学工程与装备 2010.10
　　（作者单位：安徽中烟工业有限责任公司滁州卷烟厂）
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