李榮基，涂科靜，陳興祥，劉榮，李乾

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）會(huì)澤卷煙廠，云南 曲靖 654200）

0 引言

GDX1包裝機(jī)組具有包裝質(zhì)量良好、性能穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前我國中速軟盒卷煙包裝設(shè)備的主流機(jī)型[1]。YB55小盒透明紙包裝機(jī)組作為GDX1包裝機(jī)重要組成部分，存在以下情況：YB25型軟盒包裝機(jī)輸出的合格煙包，經(jīng)過YB55輸入裝置轉(zhuǎn)向過程后，煙支被點(diǎn)燃端空陷深度均值在企業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)（1 mm）范圍內(nèi)，但是少部分?jǐn)?shù)量的煙支空陷深度超過企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)具體的煙支空陷深度按云南中煙施行的卷煙產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)管理規(guī)定（Q/YNZY.G06.008-2020）：嚴(yán)重空陷、一般空陷、輕微空陷標(biāo)準(zhǔn)分類累計(jì)進(jìn)行煙支質(zhì)量得分考核，空陷超標(biāo)的煙支直接影響消費(fèi)者對(duì)品牌卡諾質(zhì)量模型的基本質(zhì)量，面臨市場投訴風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)軟包機(jī)組可能面臨著工藝質(zhì)量科、工藝質(zhì)量室、技術(shù)監(jiān)督科、集團(tuán)與中煙的定期質(zhì)量抽檢考核風(fēng)險(xiǎn)，成為該機(jī)型的普遍共性問題。

1 YB55包裝機(jī)設(shè)備原理

由YB25小盒包裝機(jī)5號(hào)輪分離的單包，經(jīng)過煙包通道的輸送帶將煙包送入壓緊裝置，壓緊裝置在機(jī)器相位50°時(shí)開始向下運(yùn)動(dòng)，給煙包上端面正壓力，增大與煙包兩側(cè)同步輸送皮帶接觸面積，此時(shí)煙包進(jìn)入加速運(yùn)動(dòng)階段，便于煙包進(jìn)入提升器位置，在平面凸輪的帶動(dòng)下提升裝置的推桿軸做上下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過提升器提升，入口推包桿將煙包推到同步輸送帶上，由鉤形推包桿將與單張小盒透明紙會(huì)合的煙包推入六角煙包成型輪[2-3]，因此煙包經(jīng)過壓緊裝置后在輸送帶摩擦力驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，在提升工位煙包頂端與提升器通道內(nèi)的擋板發(fā)生碰撞后靜止，由于速度突變產(chǎn)生慣性力，導(dǎo)致煙包內(nèi)煙支被點(diǎn)燃端煙絲受到一個(gè)突然向前的運(yùn)動(dòng)，煙支所承受的撞擊力使松動(dòng)的煙絲朝濾嘴方向堆積，因此出現(xiàn)煙支端部空松或者整體內(nèi)陷質(zhì)量問題，抽樣數(shù)據(jù)均值約為0.78 mm，超標(biāo)的煙支由于無再次檢測裝置，直接流入成品卷煙庫，從而對(duì)卷煙產(chǎn)品質(zhì)量造成不利影響。

2 問題分析及改進(jìn)思路

目前會(huì)煙共有4臺(tái)GDX1軟包包裝機(jī)組，除軟包5號(hào)安裝意大利GD公司C600Pack轉(zhuǎn)盤式煙包防縮負(fù)壓吸氣裝置外，其余3臺(tái)機(jī)組都依然采用原來的包裝機(jī)結(jié)構(gòu)。在2021年6月份，GDX1包裝機(jī)組正常生產(chǎn)過程中，跟蹤統(tǒng)計(jì)軟包3#、4#、6#機(jī)組設(shè)備生產(chǎn)的煙絲端空松或者整體內(nèi)陷的數(shù)量（抽樣方法：每天從兩個(gè)班組每次自檢的煙條里隨機(jī)抽取2包煙，每個(gè)班組抽取6次，共統(tǒng)計(jì)4周，每周每個(gè)機(jī)臺(tái)統(tǒng)計(jì)5 d×2 班×6 次×2 包×20 支=2400 支），統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：軟#3煙支內(nèi)陷超過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量最多，平均每臺(tái)每周煙支內(nèi)陷超標(biāo)約為35支，煙支空陷均值接近1 mm的標(biāo)準(zhǔn)界限。

目前在軟5機(jī)組安裝GDX2 C600Packe負(fù)壓吸風(fēng)旋轉(zhuǎn)裝置，通過利用負(fù)壓吸盤將煙包吸住旋轉(zhuǎn)90°后放入到同步輸送帶上，避免煙包與擋板發(fā)生直接碰撞，但是該裝置主要針對(duì)硬盒包裝煙包，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)改造比較大，該裝置集成機(jī)械、電氣、氣動(dòng)技術(shù)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，涉及C600轉(zhuǎn)煙器缺煙包檢測、C600轉(zhuǎn)煙器對(duì)中相位、C600轉(zhuǎn)煙器速度跟隨系數(shù)K1（＜300）、C600轉(zhuǎn)煙器速度跟隨系數(shù)K1（＞300）,維修起來比較耗時(shí)，對(duì)煙包外觀質(zhì)量要求比較高。經(jīng)常因?yàn)闊煱鼈?cè)面商標(biāo)紙粘貼不良卡阻在同步輸送入口處，需要人工填補(bǔ)缺位煙包并處理透明紙輸送裁切輸送裝置里堵塞的透明紙；因?yàn)闊煱\(yùn)動(dòng)位置滯后，頻繁報(bào)“C600未對(duì)中”，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組停機(jī)頻次增加，由于考慮到煙包透明紙密封性密封性合格率問題，通常會(huì)將六角成型輪側(cè)封烙鐵與煙包前后端面熱封烙鐵溫度設(shè)置較高，設(shè)備停機(jī)超過10 s后，煙包側(cè)面凹陷、端部明顯皺褶，通過系統(tǒng)移位程序在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)塔剔除口處剔除，以及YB25每次停機(jī)會(huì)自動(dòng)剔除4包煙包，增加機(jī)組物耗。輸送煙包動(dòng)作滯后，煙包卡阻在同步輸送帶與輸送通道側(cè)面端，輸送帶局部受力較大，頻繁的彎折會(huì)縮短同步輸送帶的壽命，更換一次同步輸送帶約40 min，嚴(yán)重影響包裝設(shè)備有效運(yùn)行效率，這也是沒有在軟包機(jī)組進(jìn)行普及的重要原因。

上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司王平等[4]提出通過煙包調(diào)頭、更換拉線位置進(jìn)行防煙支縮頭，不符合企業(yè)現(xiàn)行工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。湛江卷煙廠林賢朗[5]提出在YB55小盒包裝機(jī)入口安裝壓輪, 增大煙包與煙包兩側(cè)面輸送帶的接觸面積，進(jìn)而增加摩擦力，減少煙包與擋板的碰撞力度，壓輪對(duì)煙包的壓力控制不好，可能對(duì)煙包內(nèi)的煙支外觀產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)借鑒現(xiàn)有GDX1五輪出口盤防堵塞裝置、氣動(dòng)防碰撞原理提出兩種方案：氣動(dòng)式防空頭裝置、彈簧式防空頭裝置，降低內(nèi)陷量均值，減少超標(biāo)的煙支數(shù)量。從設(shè)備穩(wěn)定與磨損角度考慮，目前YB25小盒包裝機(jī)能力限定在368 包/min以內(nèi)，通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)YB55小包透明紙包裝機(jī)運(yùn)行速度提高，煙支空陷深度變化，空頭煙支數(shù)量也將變多，這是因?yàn)殡S著包裝機(jī)速度提升，煙包的加速度變大，慣性變大，碰撞的阻力也將變大[6]，因此煙支空陷量響應(yīng)的增大，實(shí)驗(yàn)表明：小盒透明紙包裝機(jī)速度在241 包/min以內(nèi)，空陷量均值約0.4 mm，出于節(jié)能降耗要求，包裝機(jī)待機(jī)、維修狀態(tài)、設(shè)備保養(yǎng)、低速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，需要切斷壓縮空氣氣路。

3 方案對(duì)比

1）氣動(dòng)式防空頭裝置。對(duì)擋板進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，利用壓縮空氣對(duì)輸送通道即將進(jìn)入提升工位的煙包對(duì)其反向吹氣，形成氣墊緩沖層，降低碰撞強(qiáng)度，開設(shè)4個(gè)直徑為4 mm的氣孔，接入0.02 MPa的壓縮空氣，推算出對(duì)煙包頂部的氣流阻力約為0.104 N，同時(shí)為了節(jié)能降耗，在YB55包裝機(jī)組低速（小于241 包/min）關(guān)閉壓縮空氣供給，減少了空頭煙支數(shù)量。

2）彈簧式防空頭裝置。將擋板切割一個(gè)凹槽，安裝一個(gè)彈性撥片，彈性撥片后面利用兩個(gè)直線軸承支撐，并利用彈簧調(diào)節(jié)彈性撥片剛度，進(jìn)而控制煙包與撥片的緩沖力F=Kx。通過檢索彈簧疲勞壽命，普通壓縮彈簧壽命約為40萬次，特殊壓縮彈簧壽命約為150萬次，由于YB55包裝機(jī)碰撞次數(shù)為388 次/min，因此使用特殊材質(zhì)的彈簧使用時(shí)間為150×10000÷388÷60÷24=26.85 d，即彈簧連續(xù)使用一個(gè)月就需要進(jìn)行更換，不然將影響其穩(wěn)定性，而且直線軸承需要定期進(jìn)行潤滑，可能出現(xiàn)油液溢出，污染煙包頂部的情況。

圖1 氣動(dòng)式防空頭裝置

圖2 彈性式防空頭裝置

因此從機(jī)構(gòu)復(fù)雜性、設(shè)備調(diào)試周期、后期維護(hù)等因素考慮，采用氣動(dòng)式防空頭裝置來降低空陷量均值，進(jìn)而降低超標(biāo)煙支出現(xiàn)的概率。

4 改進(jìn)措施

4.1 擋板封簽色標(biāo)傳感器

為防止煙包從煙包外觀成像檢測相機(jī)工位到Y(jié)B55小盒透明紙包裝機(jī)入口因?yàn)榉夂炚迟N不良丟失，因此CH鏈上小花缺失3B227色標(biāo)傳感器在48°相位時(shí)對(duì)擋板前的煙包進(jìn)行檢測，3B227色標(biāo)傳感器屬于德國施克NT6光電色標(biāo)傳感器，體積較大，無安裝空間，因此需要進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)，并需要對(duì)無封簽剔除移位程序進(jìn)行修改，但是隨著成像視覺檢測技術(shù)與硬件的逐漸成熟，目前在YB55六角成像轉(zhuǎn)塔出口安裝成像檢測系統(tǒng)，通過對(duì)煙包上表面與下表面特定區(qū)域進(jìn)行特征匹配、面積特定點(diǎn)檢索、灰度分析等，能對(duì)封簽歪斜、無封簽、散包、倒置煙包進(jìn)行識(shí)別剔除，因此拆卸現(xiàn)有的封簽色標(biāo)傳感器對(duì)改進(jìn)后的設(shè)備無影響。

4.2 氣體腔結(jié)構(gòu)

氣體腔主要是將氣管內(nèi)的壓縮空氣傳導(dǎo)到擋板上開設(shè)的小氣孔，因此需要形成一個(gè)中空體積腔，有兩種模式：1）外置式氣體腔。將外擋板與擋板利用螺栓固定在機(jī)器墻面上，利用氣管接頭將壓縮空氣引入到氣體腔內(nèi)。2）內(nèi)置式氣體腔。在內(nèi)擋板居中位置開設(shè)凹槽，中間加工小氣孔，將外擋板與內(nèi)擋板利用螺栓固定在機(jī)器墻面上，利用氣管接頭將壓縮空氣引入到氣體腔內(nèi)，采用目前YB55小盒透明紙常使用的8×6（外徑為8 mm，內(nèi)徑為6 mm）氣管對(duì)外擋板通過調(diào)節(jié)閥改變氣體壓力，在內(nèi)擋板開設(shè)8×6（外徑為8 mm，內(nèi)徑為6 mm）出氣口，并安裝調(diào)壓表，由于內(nèi)置式相對(duì)于外置式氣壓損失量較小，波動(dòng)較小，選擇內(nèi)置式氣體腔。

4.3 擋板材料

考慮擋板連接方式、耐用性、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、易加工特點(diǎn)，必須能查看內(nèi)部氣體腔的情況、煙包頂部折疊情況、方便保養(yǎng)，現(xiàn)有的煙包撞擊力度約為0.135 N，材料硬度>10 HRC、耐磨性>156 MPa就可滿足需求,選擇有機(jī)透明紙耐磨玻璃板。

4.4 噴射角度設(shè)計(jì)

因?yàn)閴嚎s空氣氣壓與氣孔的面積、氣孔的數(shù)量決定對(duì)煙包頂部所施加的反向作用力F=PS，進(jìn)而影響煙支內(nèi)陷深度，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比：當(dāng)壓縮氣壓為0.02 MPa，小孔面積為1.5 mm，氣孔數(shù)量為20個(gè)，煙支空陷深度均值約在0.4 mm，對(duì)現(xiàn)有包裝機(jī)設(shè)備效率無影響。

4.5 氣孔的組合

由于作用力不能過于集中，避免煙包頂部局部受力過大，因此20個(gè)氣孔需要進(jìn)行排序，可有兩種選擇方案：環(huán)形排列，將5個(gè)氣孔環(huán)繞為1個(gè)環(huán)，共4個(gè)環(huán)；直線排列，將20個(gè)孔均分兩排對(duì)應(yīng)著煙包頂部均勻排布。對(duì)這兩種氣孔排列方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，在機(jī)器速度相同（365 包/min）時(shí)，直線排列效果比環(huán)型排列略好，因此選擇直線排列。

4.6 檢測位置選擇

因?yàn)樯婕暗綑z測YB55包裝機(jī)運(yùn)行速度，在低速運(yùn)行狀態(tài)，煙支空頭內(nèi)陷深度也比較小，如果再施加反作用力，效果不大，有可能使煙包運(yùn)動(dòng)位置不精確，從而導(dǎo)致在提升過程中卡住，因此在YB55包裝機(jī)低速或者待機(jī)時(shí)，關(guān)閉壓縮空氣，進(jìn)而節(jié)約能源。由于現(xiàn)有的GDX1包裝機(jī)MICROⅡ控制系統(tǒng)封閉性、可拓展性較差，不能從包裝機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)編碼器信號(hào)提取轉(zhuǎn)化，因此從機(jī)器控制原理、機(jī)器配置、可行性考慮有3種方案可實(shí)施：

1）驅(qū)動(dòng)輪位置檢測。通過對(duì)YB55小盒透明紙包裝機(jī)背后主驅(qū)動(dòng)大帶輪輪廓邊緣處安裝金屬螺栓，對(duì)應(yīng)著YB55小盒透明紙包裝機(jī)某個(gè)固定點(diǎn)相位，利用光電開關(guān)對(duì)著該金屬螺栓進(jìn)行周期計(jì)數(shù)，通過脈沖信號(hào)變化轉(zhuǎn)化為包裝機(jī)運(yùn)行速度，但是需要對(duì)大帶輪進(jìn)行動(dòng)平衡計(jì)算，所需的接近檢測需要耐油。

2）烙鐵位置檢測。YB55型小包透明紙包裝機(jī)煙包側(cè)封烙鐵主要是對(duì)六角成型輪第二工位、第三工位的暫停的煙包包裹的透明紙進(jìn)行熱封固型，并在六角成型即將旋轉(zhuǎn)時(shí)，烙鐵由凸輪連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)脫離煙包，因此可以通過電感接近開關(guān)對(duì)烙鐵上下運(yùn)行頻次進(jìn)行檢測，進(jìn)而測得包裝機(jī)運(yùn)行速度。

3）鋁箔紙檢測。通過系統(tǒng)自帶的六角成型入口煙包存在檢測傳感器——電感式接近開關(guān)，通過檢測同步輸送帶內(nèi)煙包的鋁箔紙信號(hào)進(jìn)而判定包裝機(jī)運(yùn)行速度。通過驅(qū)動(dòng)輪位置檢測精度達(dá)到100%，但是帶輪改造成本較高，需要進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，不宜推廣。烙鐵位置檢測受限于安裝空間，適宜的檢測距離調(diào)整比較麻煩，增加修理人員后期維修烙鐵時(shí)間，而鋁箔紙檢測對(duì)輸送通道單一的煙包的鋁箔紙進(jìn)行煙包識(shí)別，灰塵、煙塵、紙屑對(duì)其無影響，可靠性極高，因此直接調(diào)用現(xiàn)有的電感式接近開關(guān)作為檢測元件，對(duì)鋁箔紙檢測可靠性最高，無需安裝。

4.7 調(diào)壓裝置

因?yàn)椴煌放频木頍熛盗械臒熤Чに嚺c輔料規(guī)格不同，因此煙包與擋板的碰撞力度不同，需要操作人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行氣壓的調(diào)節(jié)，因此需要選擇氣體壓力調(diào)節(jié)裝置。由調(diào)壓閥控制精確，出口壓力波動(dòng)較小，因此選擇調(diào)壓閥（FESTOBO1504F6）。

4.8 電磁閥選型

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需控制氣路的通斷。在YB55小盒透明紙包裝機(jī)低速（小于241 包/min）或者待機(jī)情況進(jìn)行斷氣，高于241 包/min供氣。當(dāng)電磁閥的線圈通電后，壓縮空氣氣路就會(huì)接通，而當(dāng)電磁閥線圈斷電的時(shí)候，壓縮空氣氣路就會(huì)斷開。因此需要采用常閉二位三通電磁閥。

4.9 氣管接頭

根據(jù)GB 050236-2018《工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備施工以及驗(yàn)收規(guī)范》, 對(duì)快接頭的漏氣度有一定的要求（漏氣度低于0.5%），在維修過程中對(duì)拆卸的難度和對(duì)氣管的影響有一定的要求，要求拆卸時(shí)間低于1 min/次，同時(shí)保證能使氣管的重復(fù)插拔次數(shù)>50次，因此采用直通型氣管接頭。綜合上述信息，通過氣動(dòng)式減輕碰撞力度裝置，進(jìn)而降低YB55小包透明紙包裝機(jī)煙支空頭率。

5 改進(jìn)效果

對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行組裝，對(duì)壓縮氣體控制裝置進(jìn)行調(diào)試，在軟包3#YB55機(jī)組氣動(dòng)式防空頭裝置安裝調(diào)試成功后，我們將其投入正常的生產(chǎn)運(yùn)行，小包透明紙包裝機(jī)運(yùn)行未影響設(shè)備停機(jī)頻次。設(shè)備運(yùn)行過程中，通過對(duì)所生產(chǎn)出的煙條進(jìn)行煙支檢查，觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。跟蹤統(tǒng)計(jì)了煙支空陷深度均值約為0.25 mm。通過對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行微小的改動(dòng)，降低煙支空陷量的均值，減少空頭煙支出現(xiàn)的概率，由于設(shè)備性能有所差異，對(duì)于其余軟包機(jī)組還需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行壓縮空氣的調(diào)節(jié)。