傅仁偉， 鄧永祥

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司， 廣西 南寧 530001）

引言

為了方便運(yùn)輸及銷售，卷煙成品一般以條盒包裝為單位配送到終端零售戶，每條煙內(nèi)有10 盒小盒煙包，盒內(nèi)煙包按照兩層各五包的排列包裝到一只條盒內(nèi)[1]。目前市場上絕大多數(shù)的條盒使用的是厚度為0.20～25 mm[2]的白卡紙裁切而成的條盒，條盒與小盒煙包通過專用的卷煙條盒包裝機(jī)將白卡紙條盒包裹在10 盒小盒煙包外完成煙條成品的包裝。

由于條盒紙厚度較薄，煙條易變形，隨著人們對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的進(jìn)一步提高，近年來出現(xiàn)了多種針對(duì)條盒包裝的改進(jìn)，盧洪林設(shè)計(jì)了采用帶有加強(qiáng)筋的條盒紙進(jìn)行包裝，優(yōu)化條盒包裹成型質(zhì)量，避免包裹后條盒出現(xiàn)表面塌陷[3]，陳濤研發(fā)了煙條成型禮盒自動(dòng)化裝填生產(chǎn)線，卷煙成型禮盒的機(jī)械包裝代替手工包裝生產(chǎn)[4]，但對(duì)于使用硬紙板作為條盒的異型包裝則研究較少。目前開發(fā)有一種硬紙板條盒的卷煙產(chǎn)品，紙板厚度超過1.5 mm，因此硬紙板條盒的硬度較白卡紙條盒有很大的提高，THB-20 型硬紙板條盒裝填機(jī)是國內(nèi)自主研制的一款用于將10 盒常規(guī)尺寸小盒煙包裝填到空的硬紙板條盒內(nèi)的專用設(shè)備，其運(yùn)行速度為20 條/min。為了提升設(shè)備的適應(yīng)能力，拓展其使用范圍，需將其改造為適合細(xì)支煙規(guī)格的硬紙板條盒裝填機(jī)。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及設(shè)備工作原理

圖1 所示為THB-20 型硬紙板條盒裝填機(jī)工藝流程示意圖，該設(shè)備主要的產(chǎn)品流和輔料流有兩路，設(shè)備的工藝流程1 是將上游機(jī)生出來的小盒煙包，通過煙包供給輸送通道送下翻轉(zhuǎn)裝填機(jī)構(gòu)，煙包進(jìn)入翻轉(zhuǎn)裝填機(jī)構(gòu)后能實(shí)現(xiàn)將煙包供給輸送通道內(nèi)一包包緊密相連的煙包分段為5 個(gè)小盒煙包為一組向下級(jí)輸送；設(shè)備的工藝流程2 是硬紙板空條盒供給通道首先將排列緊密的空硬紙板條盒輸送到設(shè)備內(nèi)部，空硬紙板條盒在供給通道末端由橫向輸送皮帶間歇地將空條盒依次向右橫向輸送，空硬紙板條盒送到第三個(gè)工位且在皮帶間歇停止的時(shí)間內(nèi)，上方翻轉(zhuǎn)裝填機(jī)構(gòu)送來的五小盒煙包被裝填入空硬紙板條盒內(nèi)，每只空硬紙板條盒分兩次裝填即完成盒內(nèi)十包小盒煙包的送入，隨后煙條由橫向輸送皮帶輸出設(shè)備，完成一條煙的裝填包裝。

圖1 硬紙板條盒裝填機(jī)工藝流程示意圖

2 存在問題

THB-20 型硬紙板條盒裝填機(jī)是根據(jù)常規(guī)小盒煙包來設(shè)計(jì)的，其硬紙板條板條盒尺寸為288.0 mm×97.0 mm×53.0 mm 隨著市場個(gè)性需求的原因，近期出現(xiàn)了細(xì)支卷煙產(chǎn)品，細(xì)支產(chǎn)品的硬紙板條板條盒尺寸為285.0 mm×110.5 mm×32.0 mm，由尺寸數(shù)據(jù)可知，這兩種產(chǎn)品的寬度及高度差異性較大，不能直接用該設(shè)備用于新型的生產(chǎn)細(xì)支卷煙產(chǎn)品。為了使設(shè)備具備生產(chǎn)這種新產(chǎn)品，需要對(duì)設(shè)備部分機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造。

在改造過程過程中，發(fā)現(xiàn)用于空硬紙板條盒供給的通道末端極易因?yàn)檩斔筒豁槙扯霈F(xiàn)堵塞，因原設(shè)備該部位沒有堵塞檢測，因此設(shè)備在堵塞后不能及時(shí)停機(jī)，造成硬紙板條盒輸送到裝填機(jī)構(gòu)下方時(shí)方能被檢測發(fā)現(xiàn)堵塞而停機(jī)，從而導(dǎo)致故障影響面較大，排除時(shí)間較長，且設(shè)備容易因?yàn)槎氯麌?yán)重而損壞。

3 堵塞原因分析

經(jīng)觀察，使用細(xì)支硬紙板條盒時(shí)，細(xì)支的空盒在供給通道上空硬紙板條盒因阻力較大不能順利進(jìn)入到設(shè)備內(nèi)，未到位的空硬紙板條盒與橫向輸送皮帶上的輸送檔塊發(fā)生碰撞造成堵塞，而空硬紙板條盒不能順利進(jìn)入設(shè)備內(nèi)是由于空盒供給通道上的輸送帶提供給空盒的輸送力不足、空盒在輸送皮帶上打滑而不能順利進(jìn)入設(shè)備橫向輸送通道。經(jīng)分析THB-20 型硬紙板條盒裝填機(jī)并非針對(duì)細(xì)支硬紙板條盒設(shè)計(jì)的，細(xì)支硬紙板條盒的質(zhì)量較原設(shè)計(jì)的常規(guī)硬紙板條盒要輕，經(jīng)實(shí)測原硬紙條盒質(zhì)量為190 g/只，而細(xì)支硬紙可板條盒為150 g/只，因此每只空盒的重量僅相當(dāng)于原設(shè)計(jì)的78.9%，根據(jù)摩擦力計(jì)算公式f=μFn，其中μ為摩擦系數(shù)，F(xiàn)n為空盒對(duì)輸送帶的壓力。因空盒水平放置在輸送皮帶上，空盒對(duì)輸送帶的壓力即為空硬紙板盒的質(zhì)量。在摩擦不變的情況下，硬紙板條盒質(zhì)量下降的比例即為硬紙板條盒對(duì)皮帶壓力下降的比例，因此，硬紙板條盒所受到的輸送力下降了21.1%。

另外，由于細(xì)支硬紙板的條盒寬度由原來的97.0 mm，增大到110.5 mm，在輸送皮帶速度不變的情況下，輸送時(shí)間比原來增加13.9%。經(jīng)測試設(shè)備設(shè)計(jì)的空硬紙板條盒供給輸送皮帶的輸送速度為40 mm/s，按空硬紙板條盒寬度110.5 mm 計(jì)算，每只硬紙板條盒從通道進(jìn)入設(shè)備內(nèi)的時(shí)間為2.76 s，按設(shè)備生產(chǎn)速度20 條/min 計(jì)算，每條煙理論用時(shí)為3 s，扣除硬紙板條盒在皮帶啟動(dòng)用時(shí)，實(shí)際每只硬紙板條盒完全進(jìn)入設(shè)備用時(shí)為2.8 s 左右，與實(shí)際用時(shí)非常接近。如果空的硬紙板條盒在輸送過程中阻力稍有增加，造成硬紙板條盒進(jìn)入時(shí)間稍有延時(shí)，即會(huì)造成進(jìn)料堵塞。

4 設(shè)備改進(jìn)方法

4.1 增大輸送摩擦力

根據(jù)根據(jù)摩擦力計(jì)算公式f=μFn，由于空細(xì)支硬紙板條盒的質(zhì)量是由工藝決定不能隨意改變，因此如需要增加供給皮帶對(duì)空細(xì)支硬紙板條盒的輸送力，通過提高輸送皮帶的表面摩擦系數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。經(jīng)測試原輸送帶與硬紙板條盒的摩擦系數(shù)為0.18，為了保證使用細(xì)支硬紙板條盒受到的輸送力不變，選用的新的輸送帶與細(xì)支硬紙板條盒的摩擦系數(shù)為0.18×121.1%=0.22，即選用磨擦系數(shù)大于0.22 的輸送帶即可。

4.2 提高空盒供給輸送速度

為了加快硬紙板條盒供給進(jìn)入設(shè)備的速度，避免因偶然因素造成的硬紙板條盒輸送延時(shí)而出現(xiàn)設(shè)備堵塞，對(duì)空盒供給輸送皮帶的運(yùn)行速度進(jìn)行提升。

皮帶運(yùn)行速度公式為：

式中：n 為帶輪轉(zhuǎn)速，r/s；D 為帶輪直徑，mm。

根據(jù)皮帶運(yùn)行速度公式，可知皮帶的線速度V與帶輪的轉(zhuǎn)速n 及帶輪的直徑D 成正比。為了不增加過多成本，不更換電機(jī)和變速箱，即不改變、帶輪的轉(zhuǎn)速的情況下，可以通過加大帶輪的直徑的方法達(dá)到提升皮帶線速度的目的。

實(shí)測原空盒供給輸送帶輪直徑為45 mm，根據(jù)設(shè)備空間尺寸及盡量提高皮帶的速度，選定帶輪直徑改為58 mm。根據(jù)皮帶運(yùn)行速度計(jì)算公式V后/V前=D后/D前，則改進(jìn)后皮帶的速度為：V后=D后/V前D前=58 mm×40 mm/s/45 mm=51.5 mm/s。

則細(xì)支硬紙板條盒輸送所用時(shí)間為：t=S/V后=110.5 mm/51.5 mm/s=2.15 s。

改進(jìn)后，空細(xì)支硬紙板條盒進(jìn)入設(shè)備的時(shí)間冗余為0.65 s，試驗(yàn)后確認(rèn)有充足的時(shí)間余量。

4.3 增加空盒輸送夾持裝置

增加了空細(xì)支硬紙板條盒供給輸送皮帶輪的直徑，可保證空盒有足夠時(shí)間被送入設(shè)備內(nèi)，但由于空細(xì)支硬紙板條盒被送入設(shè)備后，其后方的空細(xì)支硬紙板條盒仍在輸送皮帶的輸送作用下繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)最前方的空細(xì)支硬紙板條盒將被其后方的空盒擠壓在設(shè)備通道前檔板上，當(dāng)橫向輸送帶將空盒向下一工位推送時(shí)，最前方的空細(xì)支硬紙板條盒表面將被刮出劃痕或輸送阻力大而損壞。為了解決這一問題，如果采用最前方空細(xì)支硬紙板條盒到達(dá)前檔板時(shí)，供給通道輸送帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，則會(huì)造成通道內(nèi)的空細(xì)支硬紙板條盒之間排列存在間隙，最終會(huì)因?yàn)檩斔偷睦鄯e誤差造成空細(xì)支硬紙板條盒輸送不穩(wěn)定。

因此，為了避免這個(gè)新增的有害功能，在空盒供給輸送通道的部端設(shè)計(jì)一組硬紙板條盒夾持裝置。如圖2 所示，這一裝置主要零件由一個(gè)氣缸及安裝在氣缸軸上的夾持塊組成，它的控制原理是當(dāng)空硬紙板條盒被輸送到位后，氣缸的控制閥通氣，夾持塊在氣缸軸帶動(dòng)下推出將通道上的空硬紙板條盒夾持定位，避免其繼續(xù)向前輸送而擠壓最前方的空盒。

圖2 硬紙板條盒夾持與堵塞檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4.4 增加空盒輸送堵塞檢測裝置

雖然通過提高皮帶的摩擦系數(shù)及增加帶輪的直徑能有效避免空細(xì)支硬紙板條盒在供給輸送過程中堵塞，但從設(shè)備安全及設(shè)備完備性方面來說，原設(shè)備在此處存在設(shè)計(jì)的隱患，需要完善。經(jīng)測試，空硬紙板條盒最易在空盒供給輸送通道前端右側(cè)堵塞，為此，在該部位增加空盒輸送堵塞檢測較為合理。

如上頁圖2 所示，空盒輸送堵塞檢測裝置由檢測擺桿及檢測擺桿軸組成，檢測擺桿與原空盒供給輸送通道側(cè)板平齊，空硬紙板條盒正常輸送、無堵塞時(shí)，該檢測擺桿作為輸送通道側(cè)板使用，保證空盒沿正確位置向前運(yùn)動(dòng)；當(dāng)空盒偶爾因阻力大不能輸送到位而出現(xiàn)堵塞時(shí)，空硬紙板條盒前部撞擊到檢測擺桿，檢測擺桿在撞擊力推動(dòng)下繞檢測擺桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)檢測擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)將會(huì)觸發(fā)電器檢測元件，最終發(fā)出停機(jī)信號(hào)，設(shè)備及時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，最終達(dá)到保證設(shè)備安全的目的。

5 改進(jìn)效果

硬紙板條盒裝填機(jī)實(shí)施空盒輸送通道改進(jìn)后，設(shè)備具備生產(chǎn)不同規(guī)格牌號(hào)的能力，空硬紙板條盒在空盒供給輸送通道內(nèi)能正常、穩(wěn)定地供料，空硬紙板條盒表面質(zhì)量達(dá)標(biāo)，同時(shí)設(shè)備安全性隱患得到了消除，提升了設(shè)備運(yùn)行安全性能。