YB618 型硬条及条外透明纸包装机美式包装及拉线形式的改进

吴建军，施忠兵，马万杰

上海烟草机械有限责任公司，上海浦东金桥出口加工区桂桥路750 号 201206

ZB48 型硬盒包装机组是引进德国FOCKE 公司FOCKE 700S硬盒包装机技术的国产化设备，生产能力为800包/min［1-2］。机组中的YB618型硬条及条外透明纸包装机，采用了FOCKE 778型条盒及条外透明纸包装机技术［3］，主要完成烟包硬条及条外透明纸包装。目前YB618型包装机可用于美式和欧式包装，其中美式包装采用美式双角边条盒，条外透明纸的拉线为顺时针方向。而当前有些卷烟生产企业采用的是美式单角边条盒包装，条外透明纸的拉线为逆时针方向，对于该包装形式，YB618型包装机还无法实现。近年来，针对硬盒及条外透明纸包装机已有许多研究改进，孙斌［4］通过解决调试工作中存在的问题，缩短了调试周期，提高了硬条盒包装品质；李明端等［5］通过增加热封装置等方法，有效改善了条外透明纸的包装效果。但对包装工艺的改进报道较少。为此，通过研究分析现有的硬条盒包装工艺，对YB618 型包装机的包装工艺进行改进，以使该机型能够实现美式单角边条盒以及逆时针拉线包装，满足设备包装形式多样化的需求。

1 问题分析

美式双角边条盒具有前角和后角两组角边，将包装后的条盒以窄长边在左边并向下的姿态放置，其条外透明纸的拉线为顺时针方向，即沿顺时针方向撕开拉线可将透明纸拆开，见图1。

图1 美式双角边条盒及顺时针拉线示意图

图2 美式单角边条盒及逆时针拉线示意图

美式单角边条盒只有前角一组角边，见图2。当与图1 相同方式放置条盒时，条外透明纸的拉线为逆时针方向，即沿逆时针方向撕开拉线可将透明纸拆开。但YB618 型包装机目前无法实现逆时针方向撕开拉线的形式，由此影响到该机型的生产适应性。

2 设计方法

为实现图2 中的包装形式，改进了YB618 型包装机的包装工艺，并重新设计了其相关装置。

2.1 设计原理

YB618 型包装机采用的条外透明纸包装方式见图3。即在完成条外透明纸包装后，条盒的右端面形成透明纸的搭口，拉线U 形切口2 的“∪”形向下，且在搭口最上方以便撕开透明纸，拉线1 与后端面的距离x 可以根据需求进行调整。分析可见，由于YB618 型包装机的透明纸装置设计的局限性，修改透明纸拉线的包装方式较困难，通过改进硬条盒商标纸输送和包装工艺，则可以利用原有的空间结构实现逆时针拉线包装。

图3 透明纸拉线包装方式

改进前的硬条盒商标纸包装工艺见图4。其中:（Ⅰ）硬条盒商标纸2 在进入包装位置时处于窄长边向上、宽长边向下状态。由推杆1 将两层5 包排列的烟包与硬条盒商标纸共同推入包装轮6内，并使硬条盒商标纸呈“匚”形折叠，同时前角折叠器3 完成前角折叠。（Ⅱ）完成“匚”形折叠后，通过长边折叠器5 和4 先后完成窄长边折叠和宽长边折叠。长边折叠器5 包括一个固定折叠器和一个移动折叠器。（Ⅲ）通过包装轮6 的逆时针旋转使烟条到达包装轮中间垂直位置，由后角折叠器8和侧边折叠器7 分别完成对硬条盒商标纸后角和窄侧边的折叠。（Ⅳ）经过包装轮6 的再次逆时针旋转使烟条到达水平位置，并由侧边折叠器9 完成宽侧边折叠，该折叠器采用固定式；由推杆10 将烟条推出，从而完成整个硬条盒商标纸的包装。完成包装的条盒经透明纸包装后形成如图1 所示的拉线顺时针包装形式。

图4 改进前硬条盒商标纸包装工艺图

改进后的硬条盒商标纸包装工艺见图5。其中:（Ⅰ）将硬条盒商标纸2 放置在输送装置时要上下颠倒，使硬条盒商标纸以宽长边向上、窄长边向下状态输送到包装位置。由推杆1 将两层5 包排列的烟包与硬条盒商标纸共同推入包装轮6 内，完成“匚”形折叠，同时前角折叠器3 完成前角折叠。（Ⅱ）通过长边折叠器4 和5 先后完成窄长边折叠和宽长边折叠。（Ⅲ）通过包装轮6 的逆时针旋转使烟条到达包装轮中间垂直位置，由侧边折叠器8和7 先后完成对硬条盒商标纸窄侧边和宽侧边的折叠。（Ⅳ）经过包装轮6 的再次逆时针旋转使烟条到达水平位置并由推杆9 将烟条推出，从而完成整个硬条盒商标纸的包装。完成包装的硬条盒经透明纸包装后形成如图2 所示的拉线逆时针包装形式。

图5 改进后硬条盒商标纸包装工艺图

2.2 折叠装置设计

2.2.1 折叠器机构改进

如图6a 所示，改进前的侧边折叠器7 采用凸轮四杆机构驱动［6］，凸轮3 驱动摆杆4，通过连杆5带动摆杆6 摆动，从而驱动侧边折叠器7 进行窄侧边折叠动作；后角折叠器8 采用凸轮摆杆机构驱动，凸轮2 驱动摆杆1 摆动，带动后角折叠器8 进行折叠动作。如图6b 所示，改进后的侧边折叠器7 利用图6a 中侧边折叠器7 的结构，对凸轮3 进行改进，其他零件保持不变，最终驱动侧边折叠器7实现折叠动作；侧边折叠器8 利用图6a 中后角折叠器8 的结构，对凸轮2 进行改进，凸轮2 驱动摆杆1 带动侧边折叠器8 实现窄侧边折叠动作。

图6 改进前后折叠器机构示意图

分析发现，改进前后硬条盒商标纸包装工艺主要有两个区别。

（1）改进后硬条盒商标纸在包装位置时其宽长边和窄长边上下颠倒，即宽长边向上、窄长边向下，带有胶水的宽长边必须后折叠，因此图5 中长边折叠器4 先工作，长边折叠器5 后工作，与改进前的工作顺序正好相反。解决办法是长边折叠器4 保持不变，长边折叠器5 中保留固定折叠器，取消移动折叠器。因此，在长边折叠器4 完成窄长边折叠、包装轮逆时针旋转过程中，长边折叠器5中的固定折叠器完成对宽长边的折叠。

（2）包装轮旋转到图5 中垂直位置时，会导致宽侧边和窄侧边左右颠倒，即宽侧边在右边，窄侧边在左边，带有胶水的宽侧边必须后折叠，因此侧边折叠器8 要先折叠左边的窄侧边，侧边折叠器7再折叠右边的宽侧边。改进后的侧边折叠器8 设计成移动式折叠器，侧边折叠器7 的动作也重新设计。美式单角边条盒不需要后角折叠，因此可以取消后角折叠动作，利用图4 中后角折叠器8 的空间，设计制作图5 中的侧边折叠器8，无需对机器的结构进行调整，降低了改进成本。

2.2.2 折叠动作设计

通过设计摆杆1 的角位移θ1和摆杆4 的角位移θ2，可以实现侧边折叠器8 和侧边折叠器7 的折叠动作，见表1。根据表1，绘制θ1和θ2的角位移图，即侧边折叠器的相位图，见图7。

表1 折叠动作设计

图7 θ1和θ2的角位移图

2.2.3 凸轮设计

YB618 型包装机生产速度为80 条/min（或800包/min），对速度要求并不高。凸轮从动件采用3-4-5 次多项式运动规律，适用于中速条件，且运动综合性能较好［7］。改进后将凸轮2 和凸轮3 从图6 中独立出来，以摆杆1 旋转中心与凸轮2 旋转中心连线为X1轴，以摆杆4 旋转中心与凸轮3 旋转中心连线为X2轴，分别建立坐标系X1O1Y1和X2O2Y2，见图8 和图9。其中，摆杆1 的长度为l1，与凸轮2 中心距为l01；摆杆4 的长度为l4，与凸轮3 中心距为l02；β是凸轮2 和凸轮3 的角位移，θ1和θ2分别是摆杆1 和摆杆4 的角位移。

图8 凸轮2 的计算结构图

图9 凸轮3 的计算结构图

首先结合相位图7，建立摆杆1 和摆杆4 的运动规律方程［8-9］:

然后在图8 和图9 的坐标系下，分别建立凸轮2 和凸轮3 的理论轮廓方程［10-11］:

由式（1）～式（4）可以计算出改进后凸轮2 和凸轮3 的轮廓。通过Pro/E 软件对凸轮进行曲率分析，见图10。可见，改进后凸轮2 和凸轮3 的轮廓曲率保持连续，符合凸轮运动要求［12］，且曲率半径均可满足凸轮滚子半径r 为16 mm 的结构要求。

图10 凸轮曲率分析图

2.3 仿真试验

根据实际工作要求，本研究中以80 条/min（或800 包/min）速度为条件建立Pro/E 模型进行运动仿真试验［13］，以验证改进效果，结果见图11。图11a 是图6b 中摆杆1 的运动规律曲线，图11b 是图6b 中摆杆4 的运动规律曲线。仿真结果表明，两个折叠器的运动规律与图7 完全匹配，符合窄侧边和宽侧边的折叠动作设计要求。

图11 仿真试验结果

3 结语

改进后YB618 型硬条及条外透明纸包装机利用原有的空间结构，通过改进包装工艺和重新设计凸轮，实现了美式单角边的条盒包装以及逆时针拉线形式，提高了该机型对包装形式的适应性。改进后包装机组整体运行良好，额定生产能力800 包/min，平均有效运行效率达88.09%，平均噪声80.6 dB［14］，包装品质符合GB 5606.3—2005的要求［15］。但改进后的YB618 型包装机仍无法满足透明纸接头在条盒大端面的包装需求，因此还有待于进一步研究改进。

［1］郭建娟，马文静.FOCKE 700s 硬盒包装机烟库分烟隔板的改进［J］.烟草科技，2013（3）:20-22.

［2］徐尚超，郭建娟，徐峰.FOCKE 700S硬盒包装机内框纸横向输送装置的改进［J］.机械工程师，2014（8）:276-277.

［3］刘伟忠.FOCKE750烟包转角输入装置同步齿形带跑偏问题的解决［J］.烟草科技，2013（3）:23-24.

［4］孙斌.YB618机型中条盒纸侧边折叠过程改进［J］.企业技术开发，2014（30）:10-12.

［5］李明端，王德峡.条形烟盒透明纸包装的改进［J］.中国设备工程，2013（6）:49-51.

［6］孙桓，陈作模.机械原理［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［7］成大先.机械设计手册［M］.北京:化学工业出版社，2004.

［8］李柱国.机械设计与理论［M］.北京:科学出版社，2003.

［9］石永刚，徐振华.凸轮机构设计［M］.上海:上海科学技术出版社，1995.

［10］赵匀.机构数值分析与综合［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［11］刘昌祺，刘庆力，蔡昌蔚.自动机械凸轮机构实用设计手册［M］.北京:科学出版社，2013.

［12］吴旭，任子文.具有速度和姿态要求轨迹的凸轮连杆机构设计［J］.机械设计与研究，2008（4）:117-120.

［13］张鹏飞，李德法.基于Pro/E的双系杆行星轮机械手的运动分析及仿真［J］.烟草科技，2008（9）:24-26.

［14］上海烟草机械有限责任公司.Q/YGAC 24—2013 烟草机械 ZB48型硬盒硬条包装机组［S］.

［15］国家烟草专卖局.GB 5606.3—2005 包装、卷制技术要求及贮运［S］.