陈远超，余震安，曾雄伟，张 鹏，卢晓波，余其旺，熊志辉
（湖北中烟工业有限责任公司 武汉卷烟厂，武汉 430040）
卷烟包装的自动化、智能化生产是烟草行业亟待解决的关键技术问题［1-2］。我国烟草行业目前应用的包装设备主要依赖进口，维护成本高、系统开放性差［3］。莫锦秋等［4］基于双路并排的生产思路，设计一种用于高速卷烟机的模盒折叠成型机构，提高了卷烟包装质量和生产效率。潘永华等［5］设计一种折叠屏烟包包装方法及装置，实现双烟包的稳定转向输送，包装精度高、成型质量好。杨明权等［6］设计一种双铝包内衬纸折叠并包机构，实现双铝包包装的自动化生产，且满足卷烟保香保润的包装工艺要求。苏琦等［7］基于YB418型双铝包异型包装机设计一种内衬纸切割装置，有效满足卷烟市场个性化、多样化的包装需求。王权、陈远超等［8-9］对ZB43包装设备改造升级，实现加热卷烟底推式双铝包的自动化生产。曾亚波等［10］研制开发卷烟内盒自动化包装生产专用设备，实现保润包内盒包装自动化生产，提高包装生产效率。上述研究中的香烟烟包为单铝包包装形式，无法满足卷烟市场的新型包装需求，难以做到长时间保润保香。为此，本文设计一种新型底推式双烟包包装工艺及自动化包装机构，提高烟包包装生产效率，减免内在水分蒸发，从而实现保润保香的目的。
1.1 包装形式设计
如图1所示，与传统卷烟制品的包装形式不同，底推式双烟包包装分为内盒和外盒。内盒由5-5双排烟支、内衬纸、内框纸和商标纸组成，双内盒并包后外裹外盒商标纸，完成双内盒完整包装。在外盒商标纸底部对应内盒中心的位置分设两小孔，双内盒可自烟盒中推出，包装形式新颖。
图1 双烟包包装形式及其放入条盒姿态示意图Fig.1 The packaging form of the double cigarette pack and its position in the box
1.2 包装工艺流程及设备布局设计
GDX2卷烟包装机是卷烟厂硬盒包装设备，包装技术成熟，生产性能稳定，是目前国内卷烟生产企业的主力包装设备。双烟包底推式包装机构与GDX2设备平台的双烟包包装在包装工艺及技术参数上非常接近，因此，双烟包底推式包装工艺及设备在现有GDX2设备平台的基础上进行优化设计。具体工艺流程如图2所示。
图2 双烟包包装工艺流程图Fig.2 Double cigarette pack packaging process flow chart
首先，基于现有GDX2设备平台完成机械化内盒成型和两内盒并包工序；
然后，采用双烟包底推式包装机构完成双烟包的包裹成型；
最后，将外盒包装输出至外盒透明包装工序，以完成后续的条盒包装和条盒透明包装工序。
基于GDX2设备平台改造的双烟包底推式包装设备布局如图3所示，主要包括烟包供给机构、商标纸供给机构和烟包成型机构等核心部件。烟包供给机构将双烟包直接输送到烟包成型机构下方，每运动1次输送2个内盒烟包，如有误差，则通过伺服电机机构补偿，以实现2个内盒烟包的同时供给。标准硬包小盒商标纸与底推式外盒COO商标纸的传动原理相同，因此，底推式外盒COO商标纸的供给机构借鉴GDX2设备平台的供给机构实现传送。但由于底推式外盒COO商标纸与标准硬包小盒商标纸的尺寸差异较大，且折叠成型工艺复杂，因此对烟包成型机构进行重新设计，在尽可能小地改动原GDX2设备机组的情况下，满足底推式外盒COO商标纸的自动化包装需求。
图3 双烟包底推式盒型包装设备布局图Fig.3 Layout of double cigarette pack bottom push-type box packaging equipment
2.1 工作原理
如图4所示，底推式外盒COO商标纸包括盒侧外折翼、盒底内折翼、盒侧内折翼、盒正面和盒背面。
图4 外盒商标纸示意图Fig.4 Schematic diagram of outer box label paper
如图5所示，底推式外盒的包装过程包括7个工序，具体工作原理：在商标纸折叠开始之前，双烟包位于商标纸的正下方；
在工步1，双烟包被顶升进入烟包夹持机构中，在左、右卡烟板的作用下，完成商标纸的盒侧内折翼折叠；
双烟包和商标纸随着烟包夹持机构转动，在转动45°的过程中，商标纸的盒底内折翼折叠；
烟包夹持机构继续转动135°，商标纸的盒正面沿着内折叠环和外折叠环之间的通道旋转到工步5的位置，此时，内上折叠器在杆的转动下，L型卡槽卡住商标纸的盒正面，完成商标纸的盒正面折叠；
为防止折叠的盒正面反弹，采用连杆将盒商标纸盒正面压住，烟包进入到工步7；
烟包夹持机构继续转动45°，完成商标纸的盒侧外折翼折叠，同时双烟包被推入下一工序。至此，完成双烟包商标纸的折叠。
图5 外盒商标纸的折叠工艺流程图Fig.5 Folding process flow chart of outer box trademark paper
2.2 机构组成及原理
如图6所示，双烟包自动化包装机构主要由烟包夹持机构、外半圆架、内半圆架、外折叠环、内折叠环和连杆等部件组成。
图6 外盒商标纸的包装机构示意图Fig.6 Schematic diagram of the packaging mechanism of the outer box trademark paper
烟包夹持机构安装在轮圈上，轮圈安装在法兰上，法兰套装在支架上。外半圆架和内半圆架平行安装在销轴上，销轴安装在连杆上，连杆安装在支座的一端。内折叠环安装在机盖上，外折叠环安装在内半圆架上，内折叠环和外折叠环组成折叠轨道。连杆的一端安装在轴上，内折叠器安装在连杆的一端，连杆的另外一端安装在机座上。
烟包夹持机构包括外轮圈、内轮圈、左卡烟板和右卡烟板，如图7所示。外轮圈安装在轮圈上，内轮圈与外轮圈通过螺栓连接。左卡烟板和右卡烟板一端安装在外轮圈上，另外一端安装在内轮圈上，左卡烟板和右卡烟板相对安装，且一个左卡烟板和一个右卡烟板为一组烟包夹持组合。烟包夹持机构上一共安装有8组烟包夹持组合，且等角度安装。
图7 包装机构的烟包夹持结构示意图Fig.7 Schematic diagram of cigarette pack holding structure of packaging mechanism
双烟包包装的工作原理：首先，YB45机将内盒烟包包装成型输出，在进入外盒包装机构之前，两内盒并包，将2包内盒烟包一起推送到外盒包装机构；
通过商标纸供给机构，将小盒商标纸输送到外盒包装机构中，商标纸位于双包内盒之上，由推烟机构将烟包盒商标纸一起推入外盒包装机构中，双包内盒烟包与商标纸在外盒包装机构中翻转270°，完成双烟包包装，形成外盒烟包，外盒烟包输送进入YB55型外盒小透包装机，进行盒外透明纸的包装；
随后，将10包外盒烟在YB65机中进行条盒包装；
最后，在YB95机中，完成条外透明纸的包装。
2.3 应用效果分析
为验证双烟包底推盒型包装工艺及自动化包装机构的有效性，以某品牌香烟为对象进行测试，进行有效性验证，如图8所示。
图8 试验装置及设备现场测试图Fig.8 Test device and on-site testing diagram
测试时间为第1，5，9，13，14，15 d，双烟包底推式盒型包装机组连续运行1 h，外盒包装速度设定为200包/分钟，总共进行6 d同时间段测试，结果见表1。
表1 6 d同时间段某品牌香烟商标纸包装的测试结果Tab.1 Test results of a brand of cigarette trademark paper packaging during the same period of 6 days
在6 d同时间段内，每次测试的不合格烟包逐渐递减，成品抽检质量符合GB 5606.3-2005《卷烟 第3部分：包装、卷制技术要求及贮运》［11］相关要求；
包装合格率由77.5%提升至99.5%，结果满足设备的技术要求，表明该设备机组符合设计要求，达到设计目的。
针对卷烟市场对包装风格多样性、烟支保润保香的需求，设计一种新型的双烟包底推盒型包装工艺，基于现有GDX2设备平台开发一种自动化包装机构，实现双内盒并包后自动包裹外盒商标纸等动作。以某品牌香烟为对象进行测试，结果表明：研发的设备运行稳定，包装速度为200包/分钟，包装合格率达到99.5%以上，满足设备的设计要求和技术指标，有效提升烟包生产质量和生产效率，为后续卷烟包装的全自动化生产提供参考。
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