曾學(xué)淑 劉紅 王圓明
【摘 要】由于GDX2小盒透明紙包裝機(jī)(4350CH)長(zhǎng)邊包裝存在透明紙包裹不緊、正面松弛、側(cè)面長(zhǎng)邊搭口皺紋、熨燙不平等缺陷,嚴(yán)重影響了小盒硬包的外觀質(zhì)量。因此需要對(duì)GDX2包裝機(jī)長(zhǎng)邊包裝熱封裝置進(jìn)行全面創(chuàng)新設(shè)計(jì),就要以產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和創(chuàng)新理論為理論依據(jù),進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本文基于TRIZ理論對(duì)GDX2包裝機(jī)長(zhǎng)邊熱封裝置進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】GDX2包裝機(jī);熱封裝置;外觀質(zhì)量;創(chuàng)新設(shè)計(jì);TRIZ理論
GDX2小盒透明紙包裝機(jī)存在透明紙包裹不緊、正面松弛、側(cè)面長(zhǎng)邊搭口皺紋、熨燙不平等缺陷,嚴(yán)重影響了小盒硬包質(zhì)量。究其原因分析,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)熱封穩(wěn)定性差;
(2)熱封時(shí)間相對(duì)較短;
(3)烙鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理;
(4)維修費(fèi)用高。
因此應(yīng)用TRIZ理論和方法[1-3]分析現(xiàn)有GDX2小盒硬包透明紙長(zhǎng)邊熱封機(jī)構(gòu)原理解,對(duì)GDX2包裝機(jī)長(zhǎng)邊熱封包裝裝置進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
1 利用物質(zhì)—場(chǎng)分析方法確定小盒長(zhǎng)邊熱封裝置的系統(tǒng)技術(shù)沖突
1.1 問題分析
煙包通過通道輸送帶送入壓緊裝置內(nèi),再經(jīng)過提升后,推煙器協(xié)調(diào)地將煙包推入有同步齒形帶的4350CH小透明紙包裝機(jī)輸入通道。接著雙推送器將煙包朝前推,煙包就帶著輸送到位的已裁切好的并粘有拉帶的透明紙穿過通道的上下壓板進(jìn)入成型轉(zhuǎn)塔的包裝槽(盒模)內(nèi),此時(shí)完成了透明紙的“]形包裝和煙包兩端面的第一折(短邊折疊)。煙包側(cè)面長(zhǎng)縫的第一折由活動(dòng)的長(zhǎng)縫折疊器完成,隨著成型轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)動(dòng),側(cè)面長(zhǎng)縫第二折由固定的弧形瓦板內(nèi)壁完成。在成型輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°和120°的兩個(gè)停止工位上,烙鐵對(duì)煙包先后進(jìn)行了兩次側(cè)面長(zhǎng)縫的熱封,然后在180°工位上煙包被推出成型轉(zhuǎn)輪而進(jìn)入折疊通道。在煙包前進(jìn)過程中完成煙包兩端面的另一短邊折疊(第二折)和下翼邊折疊(第三折)。其后煙包在提升過程中兩端完成了上翼邊的折疊(第四折)和疊包。雙包煙垛在端面熱封通道中輸送時(shí)被熱封兩端面,隨后被推入輸出轉(zhuǎn)盤。由于熱封穩(wěn)定性差、熱封時(shí)間相對(duì)較短、烙鐵設(shè)計(jì)的不合理等因素,造成了小盒在包裝時(shí)存在透明紙側(cè)面封裝有皺紋、氣泡、漏氣、熨燙不平等現(xiàn)象。
1.2 利用物質(zhì)—場(chǎng)(Substance—field)分析模型確定小盒長(zhǎng)邊熱封裝置的系統(tǒng)技術(shù)沖突。
圖1 長(zhǎng)邊熱封裝置系統(tǒng)物質(zhì)-場(chǎng)模型
小盒透明紙長(zhǎng)邊熱封裝置系統(tǒng)的物質(zhì)—場(chǎng)模型如圖1。FM為機(jī)械能,S2為熱封裝置,S1為煙包。表明熱封裝置通過機(jī)械能作用于煙包,完成透明紙?jiān)跓岱庋b置中的熱封。與煙包直接作用的為烙鐵,成型轉(zhuǎn)塔,弧形瓦板,其中的溫度,時(shí)間和壓力就成為了系統(tǒng)中的主要沖突,熱封裝置系統(tǒng)中的沖突分析如下:
(1)小盒煙包進(jìn)入包裝折疊成型輪完成“]”形包裝后,在第二、三工位實(shí)現(xiàn)小盒透明紙側(cè)面長(zhǎng)邊熱封,由于烙鐵寬度小于煙包側(cè)面寬度,受熱封合的透明紙與未受熱封合的透明紙收縮比率不同,造成小盒側(cè)面長(zhǎng)邊搭口皺紋、不平,且設(shè)備高速和低速的烙燙效果差異性較大,需經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整,導(dǎo)致該系統(tǒng)熱封穩(wěn)定性極差。
(2)在GDX2(CH)包裝機(jī)上,生產(chǎn)率為400包/分,經(jīng)過計(jì)算得到每小盒煙包包裝的時(shí)間為0.15秒。小盒煙包進(jìn)入包裝折疊成型輪完成“]”形包裝后,在第二、三工位對(duì)小盒透明紙側(cè)面長(zhǎng)邊熱封時(shí)間相對(duì)較短,烙鐵加熱后對(duì)透明紙的烙燙不充分,造成小盒側(cè)面長(zhǎng)邊搭口皺紋,嚴(yán)重影響產(chǎn)品美觀和設(shè)備作業(yè)效率。
(3)現(xiàn)有的GDX2的熱封烙鐵的結(jié)構(gòu)形式與熱封機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程的配合不合理,導(dǎo)致熱封過程中烙鐵的運(yùn)動(dòng)形式與小盒煙包的運(yùn)動(dòng)之間,在熱封的時(shí)候采用線接觸熱封,熱效率和熱封面部不均勻,影響熱封效果。
2 解決技術(shù)沖突—熱封裝置方案的提出
當(dāng)要改造GDX2包裝機(jī)的熱封裝置時(shí),必須找出改造過程中會(huì)遇到的矛盾問題,例如這種熱封裝置精度要高,強(qiáng)度要大,速度要快,結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單,安全可靠,是否能提供安全警示等。按照將上述需要解決的問題以其重要性排列:
◇熱封的煙包品質(zhì)好;
◇熱封過程中速度快;
◇簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu);
操作過程中安全。
用TRIZ理論的39個(gè)通用工程參數(shù)將這些問題和上述熱封裝置系統(tǒng)物質(zhì)—場(chǎng)分析可以得到2組通用的工程參數(shù)[4]。第1組為:需要改進(jìn)的通用工程參數(shù)為“物體產(chǎn)生的有害因素” ,惡化的通用工程參數(shù)為“裝置的復(fù)雜性”,交叉處的發(fā)明原理為19,1,31,由阿奇舒勒矛盾矩陣表得到這三個(gè)發(fā)明原理分別為“周期性作用”、“分割”和“多孔材料”;第2組為:希望改進(jìn)的通用工程參數(shù)為“運(yùn)動(dòng)物體作用時(shí)間”,惡化的通用工程參數(shù)為“結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性”,交叉處發(fā)明原理編號(hào)為13,3,35,發(fā)明原理為“方向”、“局部質(zhì)量”、“參數(shù)變化”。
3 GDX2小包透明紙長(zhǎng)邊熱封機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)
3.1 針對(duì)60o第二工位的預(yù)封烙鐵如何消除起皺現(xiàn)象[5-8],根據(jù)TRIZ理論中的“多孔材料”和“局部質(zhì)量”原理對(duì)尺寸、凹槽及傳動(dòng)凸輪的改進(jìn)
設(shè)備原第二工位烙鐵的封接面尺寸為84mm×18mm,其長(zhǎng)度比煙包標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度88mm短4mm,封接時(shí)兩端容易形成明顯的燙痕,邊上兩角的皺紋也比較大;GDX2包裝機(jī)煙盒煙包的厚度為23mm,煙包側(cè)面封接區(qū)有兩層薄膜,其寬度約為9.6mm,如果烙鐵過寬,封接區(qū)內(nèi)外薄膜受熱收縮不一致,將使薄膜起皺;將第二工位烙鐵底部封接面的尺寸加長(zhǎng)減寬,改為88mm×9.6mm,這樣就解決了兩端燙痕和端部?jī)山前櫦y過大的問題。烙鐵寬度改小后,通過調(diào)整烙鐵,可使烙鐵底部封接面剛好與封接區(qū)重合,這樣就達(dá)到了與封接區(qū)剛好接觸熱合的目的,使側(cè)面薄膜收縮一致,封接面平整無皺。在第二工位烙鐵底部封接面上每隔3.0mm劃一道寬0.5mm、深0.5mm的凹槽,封接時(shí),空氣就可以從凹槽中排出,減少了封接區(qū)內(nèi)的氣泡。這樣,經(jīng)最終封接后,封接面內(nèi)空氣就被排盡,封接面也就變得平整,如圖2。
圖2 60o烙鐵底部方案
3.2 針對(duì)60o第二工位弧形瓦板槽寬的改進(jìn)
同理采用TRIZ理論中“局部質(zhì)量”原理,第二工位上的弧形瓦板槽口的寬度根據(jù)第二工位烙鐵的寬度(9.6mm)可以確定為11.00mm,保證第二工位上的烙鐵與弧形瓦板之間能夠有足夠的間隙,讓烙鐵能夠順利落下;同時(shí)弧形瓦板盡可能多地壓住透明紙的兩側(cè),讓透明紙始終不脫離弧形瓦板的束縛。這樣透明紙的反彈量就非常小,小盒煙包在第二工位預(yù)封時(shí)就能達(dá)到收縮效果。
3.3 針對(duì)成型轉(zhuǎn)塔的連續(xù)周期運(yùn)動(dòng)的改進(jìn)[9]
成型轉(zhuǎn)塔對(duì)煙包的透明紙進(jìn)行兩長(zhǎng)邊的折疊和熨燙,利用TRIZ理論的“周期性”和“參數(shù)變化”,在設(shè)定的連續(xù)周期運(yùn)動(dòng)頻率下,速度越快,整套設(shè)備的振動(dòng)越厲害,溫度也越高,穩(wěn)定性越差,產(chǎn)生的有害物質(zhì)也增多,煙包難以準(zhǔn)確的到達(dá)熨燙的準(zhǔn)確位置。為了改善這一現(xiàn)象,可以把連續(xù)周期運(yùn)動(dòng)改為脈沖信號(hào)的周期運(yùn)動(dòng),同時(shí)在法蘭座上加一個(gè)減震裝置,消除煙包到達(dá)熨燙位置的振動(dòng),同時(shí)可以改善在此過程中的噪音,在允許的范圍內(nèi),熨燙時(shí)間增長(zhǎng),熨燙的更為充分,同時(shí)可以把溫度設(shè)定在最優(yōu)的范圍之內(nèi),能夠保證熨燙效果最好。
4 總結(jié)
利用TRIZ發(fā)明問題解決理論設(shè)計(jì)的GDX2小包透明紙長(zhǎng)邊熱封是小包透明紙熨燙加工的一種新型方法,其特點(diǎn)是對(duì)烙鐵,弧形瓦板和成型轉(zhuǎn)塔的改進(jìn),在保證整套設(shè)備的高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,既保證了工作效率,又保證了小包煙包長(zhǎng)邊熨燙的質(zhì)量。
【參考文獻(xiàn)】
[1]張士運(yùn),林岳.TRIZ創(chuàng)新理論研究與應(yīng)用[M].1版.北京:華齡出版社,2010.
[2]王傳友.TRIZ新編創(chuàng)新40法及技術(shù)矛盾與物理矛盾[M].1版.陜西:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2010.
[3]檀潤(rùn)華.創(chuàng)新設(shè)計(jì)TRIZ:發(fā)明問題解決理論[M].1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
[4]王德吉,張根勤.TRIZ在GDX2包裝機(jī)剔除裝置改造中的應(yīng)用[J].技術(shù)縱橫,2011,10:88-92.
[5]王向偉,遲車仁.GDX2香煙包裝機(jī)盒包薄膜平整度影響因素的研究[J].包裝工程,2008,7:56-58.
[6]董世謙.Foeke350包裝機(jī)組小包透明紙起皺現(xiàn)象的消除[J].煙草科技M2001, 2:22-23.
[7]魯俊義.GDX2小包透明紙整形裝置[J].科技與經(jīng)濟(jì),2006,9:123-123.
[8]劉偉鋒,王維平.GDX2小盒透明紙包裝折疊部件的改進(jìn)[J].煙草科技,2004,7:21-48.
[9]周奎田.Foeke401透明紙包裝機(jī)側(cè)邊成型熱封裝置的改進(jìn)[J].煙草科技,2007, 12:24-26.
[責(zé)任編輯:楊玉潔]