摘要：為解決GDX2包裝機(jī)組換牌生產(chǎn)時人工調(diào)整煙包調(diào)頭裝置操作繁瑣、耗時長等問題，設(shè)計了一種便捷式煙包調(diào)頭裝置。該裝置主要由前/后導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置、導(dǎo)板等部分組成，改進(jìn)后將單導(dǎo)向輪改為雙導(dǎo)向輪，通過電控系統(tǒng)控制旋轉(zhuǎn)氣缸帶動兩個導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)導(dǎo)向輪的快速調(diào)頭切換。以GDX2包裝機(jī)組生產(chǎn)的“貴煙（硬黃精品）”牌卷煙為對象進(jìn)行測試，結(jié)果表明：改進(jìn)后裝置能夠快速調(diào)整煙包方向，煙包調(diào)頭切換時間減少24 min/次，煙包外觀質(zhì)量滿足工藝要求。該裝置可為提高卷煙包裝設(shè)備的運行效率提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：GDX2包裝機(jī)組；煙包；調(diào)頭裝置；導(dǎo)煙輪；旋轉(zhuǎn)氣缸

GDX2包裝機(jī)組是由意大利GD公司設(shè)計制造的硬盒卷煙包裝設(shè)備^［1］，生產(chǎn)性能穩(wěn)定，是目前國內(nèi)卷煙生產(chǎn)企業(yè)的主力包裝設(shè)備^［2］。但在生產(chǎn)不同品牌卷煙時，由于小盒包裝拉線方向不同，煙包進(jìn)入CH小盒透明紙包裝機(jī)的方向也不同。因此，在車間換牌生產(chǎn)時，需要人工調(diào)整GDX2小包輸送通道上的煙包調(diào)頭裝置，將通道上的煙包進(jìn)行調(diào)頭換向，每次拆裝調(diào)整耗時費力，從而影響到設(shè)備生產(chǎn)效率。針對此問題已有相關(guān)研究，王平等^［3］通過調(diào)整煙包進(jìn)入CH小盒透明紙包裝機(jī)的方向，解決了因煙包碰撞入口擋板而造成煙支空頭問題。蘇克健等利用吸風(fēng)負(fù)壓轉(zhuǎn)向裝置將硬盒小包旋轉(zhuǎn)90°后輸送到同步輸送帶上，可有效防止煙包在輸送通道轉(zhuǎn)彎處因撞擊擋煙板而產(chǎn)生煙支空頭或縮頭現(xiàn)象。葉寅飛在原轉(zhuǎn)向裝置的行星齒輪機(jī)構(gòu)中增加了一組過渡齒輪，可使煙包在輸送過程中自動旋轉(zhuǎn)180°，提高了設(shè)備運行效率。鄭萬青在輸入與輸出通道的轉(zhuǎn)接處設(shè)置了轉(zhuǎn)向盤，解決了煙支縮頭、機(jī)器漏油污染煙包等問題。黃啟明^［7］通過對煙包通道進(jìn)行變頻改造，實現(xiàn)了煙包柔性輸送，解決了煙包損傷和煙支縮頭問題。而對于能夠改變煙包輸送方向的調(diào)頭裝置則研究報道較少。為此，通過對原煙包調(diào)頭裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，設(shè)計了一種便捷式煙包調(diào)頭裝置，以期能夠快速調(diào)整煙包方向，減少換牌時間，提高生產(chǎn)效率。

1 問題分析

1.1 裝置結(jié)構(gòu)

GDX2原煙包調(diào)頭裝置主要由輸送帶、帶輪、過橋輥、皮帶輪、圓皮帶、轉(zhuǎn)向輪、堵包檢測機(jī)構(gòu)、內(nèi)導(dǎo)板和外導(dǎo)板等部分組成，見圖。在生產(chǎn)中，調(diào)頭裝置由帶輪驅(qū)動輸送帶和圓皮帶轉(zhuǎn)動，當(dāng)煙包從右向左豎向進(jìn)入該裝置時，在輸送帶和圓皮帶的帶動下煙包向左移動；當(dāng)經(jīng)過轉(zhuǎn)向輪時調(diào)整煙包的前進(jìn)方向，改為橫向傳送；煙包通過內(nèi)外導(dǎo)板進(jìn)入通道，輸送至下游機(jī)。如果煙包通過轉(zhuǎn)向輪時不夠順暢，堵塞的煙包就會擠壓轉(zhuǎn)向輪，進(jìn)而觸發(fā)堵包檢測機(jī)構(gòu)發(fā)出停機(jī)指令，主機(jī)停機(jī)。

1.2 存在問題

在換牌生產(chǎn)時，如果當(dāng)前生產(chǎn)的小盒煙包拉線方向與上一個品牌不同，則需要人工調(diào)整煙包方向。人工調(diào)整步驟為：①先把轉(zhuǎn)向輪和堵包檢測機(jī)構(gòu)拆下；②再將張緊輪和支座拆下，安裝到對面另一側(cè)；③將拆下的轉(zhuǎn)向輪和堵包檢測機(jī)構(gòu)安裝到對面另一側(cè)位置；④調(diào)換內(nèi)導(dǎo)板和外導(dǎo)板的安裝位置；⑤調(diào)整圓皮帶位置；⑥帶料調(diào)試。隨機(jī)統(tǒng)計10次人工拆裝調(diào)整煙包調(diào)頭裝置的時間，結(jié)果見表1?？梢?，由于調(diào)整操作繁瑣，平均耗時約25 min/次，如果生產(chǎn)換牌較多，則需要頻繁調(diào)整調(diào)頭裝置，耗費時間較長。

2 系統(tǒng)設(shè)計

便捷式煙包調(diào)頭裝置主要由前導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置、后導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置、導(dǎo)板等部分組成，見圖。改進(jìn)后的調(diào)頭裝置主要是將原機(jī)的單側(cè)轉(zhuǎn)向裝置改為前后兩套導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置，并將原機(jī)的機(jī)械拆裝調(diào)整方式改為電氣控制氣路切換調(diào)整方式。當(dāng)換向開關(guān)轉(zhuǎn)換到前導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置時，旋轉(zhuǎn)氣缸電磁閥得電，氣缸控制轉(zhuǎn)向輪輪臂擺動到工作狀態(tài)，煙包進(jìn)入輸送通道，同時該側(cè)堵包檢測機(jī)構(gòu)導(dǎo)通工作，煙包方向為濾嘴端在前；同理，當(dāng)換向開關(guān)轉(zhuǎn)換到后導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置時，煙包方向為點燃端在前。

便攜式煙包調(diào)頭裝置示意圖

1.前導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置 2.后導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置 3.導(dǎo)板

2.1 導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置

前/后導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置為對稱式結(jié)構(gòu)，主要由旋轉(zhuǎn)氣缸、轉(zhuǎn)向輪、堵包檢測機(jī)構(gòu)等部分組成，見圖3。其中，旋轉(zhuǎn)氣缸的作用是控制轉(zhuǎn)向輪的工作狀態(tài)；轉(zhuǎn)向輪重新設(shè)計，將原來的內(nèi)安裝一字?jǐn)[臂改為外安裝U型輪臂，輪臂由滑動軸承和擺桿組成（圖4），輪片尺寸與原件一致；堵包檢測機(jī)構(gòu)的工作原理與原裝置基本相同，只是將拉簧由內(nèi)部轉(zhuǎn)移到外部，以方便調(diào)整堵包檢測的靈敏度。

圖3 導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置示意圖

1.旋轉(zhuǎn)氣缸 2.轉(zhuǎn)向輪 3.堵包檢測機(jī)構(gòu)

圖4 輪臂示意圖
1.滑動軸承 2.擺桿

2.2 導(dǎo)板

原機(jī)內(nèi)導(dǎo)板的擴(kuò)口長度為45 mm，擴(kuò)口角度為16°；外導(dǎo)板的擴(kuò)口長度為105 mm，擴(kuò)口角度為9°。為滿足調(diào)頭裝置換向時免拆裝、免調(diào)試要求，應(yīng)將內(nèi)/外導(dǎo)板結(jié)構(gòu)設(shè)計為相同尺寸。取原機(jī)內(nèi)/外導(dǎo)板現(xiàn)有的擴(kuò)口長度和角度進(jìn)行測試，結(jié)果見表2?？梢姡?dāng)導(dǎo)板擴(kuò)口長度為105 mm，擴(kuò)口角度為9°時，堵包次數(shù)為0，煙包輸送順暢。

表2 導(dǎo)板測試數(shù)據(jù)

2.3 電氣及氣路控制

2.3.1 電氣控制

電氣控制系統(tǒng)采用直流24 V電壓驅(qū)動，前/后導(dǎo)煙驅(qū)動裝置的堵煙停機(jī)信號并聯(lián)接入煙機(jī)控制系統(tǒng)，見圖5。當(dāng)換向開關(guān)轉(zhuǎn)換到前/后導(dǎo)煙輪驅(qū)動裝置時，相應(yīng)電磁閥驅(qū)動氣動元件接通，完成前/后驅(qū)動裝置控制，其對應(yīng)的堵煙停機(jī)信號也自動完成切換。

圖5 改進(jìn)后電氣控制結(jié)構(gòu)圖

2.3.2 氣路控制

氣路控制系統(tǒng)主要由1個調(diào)壓過濾器1、2個旋轉(zhuǎn)氣缸和2個二位五通電磁閥（Y1和Y2）組成，見圖6。工作原理為：調(diào)壓過濾器的工作氣壓為0.8 MPa，當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)換到Y1工作狀態(tài)時，電磁閥Y1得電，工作氣路導(dǎo)通，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)氣缸帶動前導(dǎo)煙輪裝置進(jìn)入工作位；同時Y2切換到非工作狀態(tài)，電磁閥Y2失電，非工作氣路導(dǎo)通，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)氣缸帶動后導(dǎo)煙輪裝置退出工作位。當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)換到Y2工作狀態(tài)時，工作流程相反。

圖6 改進(jìn)后氣路控制結(jié)構(gòu)圖

1.調(diào)壓過濾器 2.左旋轉(zhuǎn)氣缸 3.右旋轉(zhuǎn)氣缸

3 使用效果

3.1 試驗設(shè)計

材料：“貴煙（硬黃精品）”牌卷煙（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司畢節(jié)卷煙廠提供）。

設(shè)備：GDX2包裝機(jī)組（意大利GD公司）。

方法：GDX2包裝機(jī)組以生產(chǎn)速度380包/min穩(wěn)定運行，對改進(jìn)后煙包調(diào)頭裝置進(jìn)行測試。切換次數(shù)為8次（只測試調(diào)頭裝置的煙包快速換向功能，測試煙包并不進(jìn)入CH小盒透明紙包裝機(jī)），統(tǒng)計切換時間、堵包次數(shù)、小包外觀質(zhì)量缺陷等數(shù)據(jù)。為檢驗設(shè)備的穩(wěn)定性，半年后在相同生產(chǎn)條件下重復(fù)進(jìn)行第二次測試。

3.2 數(shù)據(jù)分析

表3可見，在生產(chǎn)換牌時，便捷式煙包調(diào)頭裝置實現(xiàn)了開關(guān)一鍵切換，切換時間由改進(jìn)前的25 min/次減少到1 min/次，且煙包外觀質(zhì)量均符合GB 5606.3—2005《卷煙 第3部分：包裝、卷制技術(shù)要求及貯運》工藝要求。測試中出現(xiàn)的兩次堵包現(xiàn)象均為上道工序中煙包損壞所致，與調(diào)頭裝置無關(guān)。

表3 改進(jìn)后煙包調(diào)頭裝置測試數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

在GDX2包裝機(jī)組原煙包調(diào)頭裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種便捷式煙包調(diào)頭裝置，實現(xiàn)了快速調(diào)整煙包方向以及一鍵切換功能。以GDX2包裝機(jī)組生產(chǎn)的“貴煙（硬黃精品）”牌卷煙為對象進(jìn)行測試，結(jié)果表明：改進(jìn)后煙包調(diào)頭切換時間減少24 min/次，未出現(xiàn)堵包現(xiàn)象，煙包外觀質(zhì)量達(dá)到工藝要求，有效提高了卷煙包裝生產(chǎn)效率。該裝置可在其他同類型包裝機(jī)組上推廣應(yīng)用。