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YB48 型 超 高 速 硬 盒 包 裝 機(jī) 是 引 進(jìn) 德 國FOCKE 公司 FOCKE700S 硬盒包裝技術(shù)的國產(chǎn)化設(shè)備，額定生產(chǎn)能力為 800 包/min［1-2］。而 YB418 型雙鋁包異型包裝機(jī)是在 YB48 的基礎(chǔ)上自主研發(fā)的一種異型包裝機(jī)組，其包裝工藝特點(diǎn)是在一個(gè)硬盒小包內(nèi)含有兩個(gè)鋁箔煙包，每個(gè)鋁箔煙包內(nèi)含有二五排列的10 支卷煙。該機(jī)組可用于直徑

6.36 mm 的煙支包裝，包裝速度為 200 包/min，其包裝方式不僅可滿足市場多樣化、個(gè)性化需求，也可對(duì)煙支起到保濕保鮮作用。目前雙鋁包包裝設(shè)備在國內(nèi)應(yīng)用較少，其中云南昭通卷煙廠通過對(duì)ZB42 硬盒硬條包裝機(jī)組進(jìn)行改造，可用于直徑7.8 mm 的常規(guī)煙支包裝，包裝速度為 100 包/min， 但由于機(jī)型較早，自動(dòng)化程度較低；而大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)的雙鋁包包裝基本為手工操作，因此存在效率低、包裝質(zhì)量難以保證等問題。近年來，針對(duì)ZB48 型包裝機(jī)組已進(jìn)行了大量研究和改進(jìn)，郭建娟等［3-4］對(duì) YB48 型包裝機(jī)煙庫攪動(dòng)塊的形狀、煙庫下煙通道增設(shè)排煙絲槽等進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)了煙支輸送的流暢性；蘇琦等［5］對(duì) YB48 型包裝機(jī)的煙庫進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了煙庫停機(jī)故障率；吳建軍等［6］通過研究 YB618 型包裝機(jī)美式條盒紙的拉帶逆時(shí)針包裝問題，滿足了設(shè)備包裝形式的多樣化需求；馬萬杰等［7］通過改進(jìn) YB618 型包裝機(jī)的硬條提升及美容裝置，將硬條的堆疊輸出改為“一條一推”輸出方式；孫斌等［8］通過改進(jìn) YB618 型包裝機(jī)條盒紙的長邊折疊器，縮短了設(shè)備調(diào)試周期；張志盛等［9］通過改進(jìn) YB618 型包裝機(jī)條盒透明紙端面美容器，改善了條盒包裝的外觀質(zhì)量；吳建軍等［10］ 通過改進(jìn) YB618 型包裝機(jī)第二推進(jìn)器的潤滑環(huán)境，保證了設(shè)備良好運(yùn)行。在 YB418 異型包裝機(jī)設(shè)計(jì)過程中，由于卷煙包裝規(guī)格及包裝工藝變化較大，內(nèi)襯紙切割裝置已超出原設(shè)計(jì)范圍，因此內(nèi)襯紙切割裝置是關(guān)鍵部件之一，但目前對(duì)于 YB48 型包裝機(jī)的工藝流程進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)尚未見報(bào)道。為此，在原有 YB48 型超高速硬盒包裝機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)內(nèi)襯紙切割裝置進(jìn)行重新布局和設(shè)計(jì)，以滿足卷煙包裝工藝的新要求。

1. 問題分析

YB48 包裝機(jī)內(nèi)襯紙切割裝置主要由引導(dǎo)輥、折痕輥、吸風(fēng)輸送輥、負(fù)壓切割刀輥等部件組成， 見圖 1。在生產(chǎn)中，內(nèi)襯紙通過左側(cè)引導(dǎo)輥 1 進(jìn)入裝置，經(jīng)過上折痕輥 2、下折痕輥 3 預(yù)壓折痕后，被負(fù)壓切割刀輥 6 上的吸風(fēng)孔固定并旋轉(zhuǎn)，負(fù)壓切割刀輥上的真空切割刀和撕口切割刀配合固定切割刀 8，完成內(nèi)襯紙 PULL 撕口的切割和切斷。單張完整被切割好的內(nèi)襯紙經(jīng)負(fù)壓切割刀輥在 6 點(diǎn)鐘位置與吸風(fēng)輸送輥 4 完成交接，吸風(fēng)輸送輥的內(nèi)側(cè)輸送輥通過內(nèi)吸風(fēng)輸送輥傳動(dòng)軸 5 經(jīng)同步帶

1. 1. 引導(dǎo)輥 2.上折痕輥  3.下折痕輥  4.吸風(fēng)輸送輥  5.內(nèi)吸風(fēng)輸送輥傳動(dòng)軸 6.負(fù)壓切割刀輥  7.手輪軸  8.固定切割刀

圖1 內(nèi)襯紙切割裝置示意圖

Fig.1 Schematic diagram of inner liner cutting device

完成動(dòng)力輸入，并與吸風(fēng)輸送輥的外側(cè)輸送輥形成同步運(yùn)動(dòng)，在 9 點(diǎn)鐘位置停止吸風(fēng)使得內(nèi)襯紙垂直向下，并與右側(cè)輸入的煙組結(jié)合完成內(nèi)襯煙包的包裝。

分析發(fā)現(xiàn)，YB48 與 YB418 包裝機(jī)內(nèi)襯紙切割裝置主要存在以下差別：①YB48 包裝機(jī)的煙組為 20 支一組，按 776 或 767 排列，煙組之間的中心距為 106 mm。而 YB418 包裝機(jī)為 10 支一組二五排列，在后續(xù)過程中通過增加并包工位完成并包和整包煙支的包裝，煙組之間的中心距為 80 mm，見圖 2 和圖 3。 ② 對(duì)于單張內(nèi)襯紙規(guī)格 ，需 要將YB48 包裝機(jī)的 220 mm × 80 mm（長 × 寬）改 為YB418 包裝機(jī)的 210 mm×52 mm。③由于 YB418 包裝機(jī)煙組包含兩個(gè)二五排列的鋁箔煙包，且煙支直徑為 6.36 mm，因此第一輸送通道的基準(zhǔn)平面需要比常規(guī)煙支（直徑 7.8  mm，排列方式為 767）降低 8.64  mm，煙組水平中心位置降低 4.32  mm。由此可見，需要對(duì) YB418 包裝機(jī)的內(nèi)襯紙切割裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以滿足新的工藝包裝要求。

圖2 雙鋁箔煙包

Fig.2 Double aluminum foil cigarette pack

1. 1. 1.YB418 包裝機(jī) 2.YB48 包裝機(jī)

圖3 YB48 和YB418 包裝機(jī)煙組排列和規(guī)格對(duì)比

Fig.3 Arrangement and specification of cigarettes in packs packed by YB48 and YB418 cigarette packers

2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析結(jié)果，主要對(duì)內(nèi)襯紙切割箱體、切割傳動(dòng)系統(tǒng)、切割執(zhí)行零部件進(jìn)行重新布局和設(shè)計(jì)。

1. 1. 內(nèi)襯紙切割箱體

由于 YB418 的煙組水平中心位置較 YB48 降低 4.32 mm，為確保煙組中心與內(nèi)襯紙中心交接時(shí)相對(duì)應(yīng)，箱體上的相關(guān)軸孔需要重新設(shè)計(jì)，其中吸風(fēng)輸送輥所在的 16# 軸孔中心位置須降低 4.32 mm，見圖4。

圖 4 中，負(fù)壓切割刀輥的 14# 軸孔與 16# 軸孔的吸風(fēng)輸送輥相配合，因此需要根據(jù)兩個(gè)輥?zhàn)拥?/span>直徑確定其位置尺寸。根據(jù)德國 FOCKE 公司給出的設(shè)計(jì)公式：

D =D（L+S）

                  ——   

         1 2    π

α （D1+D2）/2+X

式中：α—14#和 16#軸孔的中心距，mm；D1 、D2分別為內(nèi)襯紙切割輥和內(nèi)襯紙輸送輥的直徑， mm；X—間隙常數(shù)，一般取0.6~1.4 mm。

由于內(nèi)襯紙長度為 210 mm，內(nèi)襯紙經(jīng)過壓紋輥碾展后輸出長度大于理論值，因此下游的切割輥直徑要略大于壓紋輥，以確保內(nèi)襯紙?jiān)趬杭y后能夠被全部取走不會(huì)滯留?？紤]到機(jī)器轉(zhuǎn)速，取S=4 mm，X=1 mm，根據(jù)公式（1）和（2）得到 D1=D2= 68 mm，α=69 mm，由此確定14#軸孔的位置尺寸。

15#軸孔通過同步帶為 16#軸內(nèi)襯紙輸送輥內(nèi)側(cè)吸風(fēng)輥提供動(dòng)力，見圖 5。為避免重新設(shè)計(jì)同步

圖5 內(nèi)襯紙切割裝置傳動(dòng)原理圖

Fig.5 Illustrative diagram of transmission system for inner liner cutting device

帶輪和同步帶，降低設(shè)計(jì)成本，可以 16#軸的軸心為圓心，依據(jù)原 YB48 兩軸之間的相對(duì)位置，取 R= 85.088 mm，θ=29.578°，見圖6。

圖6 15#軸孔設(shè)計(jì)圖

Fig.6 Design of hole of shaft No.15

17#軸孔為手輪，為調(diào)試方便，手輪盤動(dòng)一圈，

14#軸的內(nèi)襯紙切割輥和16#軸的內(nèi)襯紙輸送輥也盤動(dòng)一圈，傳動(dòng)比為1∶1∶1。根據(jù)圖5 可知，17#軸的齒輪齒數(shù)Z25 與相嚙合的 14# 軸的齒輪齒數(shù)Z24 相等。因此，17#軸孔與14#軸孔的中心距約為69 mm。

18#、19#、20# 軸孔為圖 1 中的引導(dǎo)輥、上折痕輥和下折痕輥。由于內(nèi)襯紙長度改變，下折痕輥直徑和齒輪齒數(shù)要重新設(shè)計(jì)才能保證折痕過程中三者的線速度匹配。為此，通過調(diào)整齒輪齒數(shù)及變位可以滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，使 3 個(gè)孔的位置尺寸保持不變，以降低設(shè)計(jì)成本。

1. 2. 內(nèi)襯紙切割傳動(dòng)系統(tǒng)
      1. 切割輥傳動(dòng)設(shè)計(jì)——內(nèi)襯紙切割傳動(dòng)系統(tǒng)中需要對(duì)Z21~Z31 共 11個(gè)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)，見圖7。由于中心距和規(guī)格尺寸發(fā)生改變，還需要對(duì)5 路傳動(dòng)的齒輪傳動(dòng)比、變位系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括內(nèi)襯紙折痕輥對(duì)10、內(nèi)襯紙切割輥11、內(nèi)襯紙輸送輥（內(nèi)側(cè)）12、內(nèi)襯紙輸送輥（外側(cè)）13 和手輪16。5 路齒輪的傳動(dòng)路線見表1。其中，齒輪 Z21 是位于 14#軸上的動(dòng)力源連接齒輪，因此需要首先完成內(nèi)襯紙切割輥的傳動(dòng)設(shè)

1.齒輪Z21    2.齒輪Z25    3.齒輪Z22    4.齒輪Z29    5.齒輪Z30    6.齒輪Z23    7.齒輪Z26    8.齒輪Z24    9.齒輪Z31    10.內(nèi)

襯紙折痕輥對(duì)  11.內(nèi)襯紙切割輥  12.內(nèi)襯紙輸送輥（內(nèi)側(cè)） 13.內(nèi)襯紙輸送輥（外側(cè)） 14.齒輪Z27    15.齒輪Z28    16.手輪

圖7 內(nèi)襯紙切割傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖

Fig.7 Schematic diagram of transmission system for inner liner cutting

為確保角速度不變，齒輪 Z21 的齒數(shù)必須保持不變。由于 14#軸孔的中心位置已重新設(shè)計(jì)，其與齒輪 Z15 的中心距由 113.520 mm 改為 115.365 mm，因此齒數(shù)比 Z15/Z21=63/45。根據(jù)齒輪標(biāo)準(zhǔn)中心距、壓力角、嚙合角計(jì)算公式：

根據(jù)公式（3）~公式（6）可求得 xn ∑ =0.939 3，且齒輪Z15 的變位系數(shù)為0.610 6，根據(jù)公式：

xn ∑=xn1+xn2 （7）

將數(shù)值代入公式（7）,可得 xn2=0.939 3-0.610 6=

0.328 7。

1. 1. 2. 折痕輥對(duì)傳動(dòng)設(shè)計(jì)

由于內(nèi)襯紙切割輥的直徑略大于壓紋輥，在

m（n     z1     z2）

2cos β

（3）

相同角速度下內(nèi)襯紙?jiān)趬杭y端和切割端的線速度

會(huì)產(chǎn)生差異。 為了減少內(nèi)襯紙切割端在進(jìn)行

式中：α— 標(biāo)準(zhǔn)中心距，mm；mn — 法向模數(shù)，

mm；β—螺旋角，rad；z1 、z2 —齒數(shù)。

PULL 撕口切割時(shí)因張緊力過大而造成誤切斷，內(nèi)襯 紙 折 痕 輥 對(duì) 在 輸 出 端 要 略 微 加 速 。 根 據(jù)

αt=tan-（1

 tan α ） （4）

FOCKE 公司的設(shè)計(jì)要求，內(nèi)襯紙切割輥轉(zhuǎn)動(dòng) 1 圈， 折痕輥對(duì)在相同時(shí)間內(nèi)多輸送 1 mm，以消除可能存在的張緊力，因此內(nèi)襯紙折痕輥對(duì)的傳動(dòng)齒輪齒數(shù)和下折痕輥直徑都需要重新設(shè)計(jì)，而上折痕

表2 YB48 和YB418 包裝機(jī)內(nèi)襯紙切割裝置傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)比

Tab.2 Comparison of transmission system for inner liner cutting between YB48 and YB418 cigarette packers

1. 3. 內(nèi)襯紙切割執(zhí)行零件

內(nèi)襯紙切割執(zhí)行零件包括折痕輥、切割輥、輸送輥 3 部分。圖 8 中，折痕輥用于完成內(nèi)襯紙的微加速輸送和內(nèi)襯紙兩端的預(yù)壓痕，分為上折痕輥和下折痕輥，左右兩個(gè)輥?zhàn)优c中心距離X1 由53 mm 改為 40 mm；上折痕輥為被動(dòng)傳動(dòng)，其上有兩個(gè)折痕輥筒用于完成內(nèi)襯紙的折痕，輥筒折痕尺寸 X2= 煙組寬度尺寸+0.2=32 mm；下折痕輥為主動(dòng)傳動(dòng)，其外徑在2.2.2 節(jié)中已計(jì)算，X3=30.8 mm。

圖9 中，切割輥包括負(fù)壓切割輥、石墨片、氣路

控制盤等部分，用于完成內(nèi)襯紙的 PULL 撕口切割和單張切斷。負(fù)壓切割輥上的左右兩個(gè)切刀槽與中心距離X1 由53 mm 改為40 mm；負(fù)壓切割輥上有吸風(fēng)孔，用于吸附內(nèi)襯紙，單張內(nèi)襯紙寬度為52 mm，

1. 1. 1. 上折痕輥  2.下折痕輥

圖8    折痕輥結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.8 Schematic diagram of structure of folding roller

1.負(fù)壓切割輥 2.石墨片 3.氣路控制盤

圖9 切割輥結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.9 Schematic diagram of structure of cutting roller

最外側(cè)的兩個(gè)吸風(fēng)孔與內(nèi)襯紙外緣距離 3 mm，因此兩個(gè)外側(cè)吸風(fēng)孔距離 X2=52-3×2=46  mm；負(fù)壓切割輥的外徑在2.1 節(jié)中已計(jì)算，X3=69 mm。

圖 10 中，輸送輥包括氣路控制盤、石墨片、吸風(fēng)輸送輥（外側(cè)）、吸風(fēng)輸送輥（內(nèi)側(cè)）等部分，用于接收來自切割輥的單張內(nèi)襯紙，并將其輸送到下游與第一輸送鏈上的煙組進(jìn)行包裝。其中，輸送

輥內(nèi)外側(cè)之間有煙組通過，與內(nèi)襯紙結(jié)合完成包裝，左右煙組與中心距離 X1 由 53 mm 改為 40 mm； 煙組與吸風(fēng)輸送輥端面之間的距離X2 為1.5～3 mm； 吸風(fēng)輸送輥（外側(cè)）和吸風(fēng)輸送輥（內(nèi)側(cè)）的吸風(fēng)孔之間距離 X3 ，與圖 9 中兩個(gè)外側(cè)吸風(fēng)孔的距離一致，均為 46 mm；吸風(fēng)輸送輥（外側(cè)）和吸風(fēng)輸送輥

（內(nèi)側(cè)）的外徑在2.1 節(jié)中已計(jì)算，X4=69 mm。

圖10 輸送輥結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.10 Schematic diagram of structure of conveying roller應(yīng)用效果

3. 1. 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1,6.氣路控制盤 2,5.石墨片 3.吸風(fēng)輸送輥（外側(cè)） 4.吸風(fēng)輸送輥（內(nèi)側(cè)）

帶料測試時(shí)，故障停機(jī) 2 次，內(nèi)襯紙外觀質(zhì)量缺陷20 張，主要原因在于 PULL 撕口誤切斷導(dǎo)致故障停機(jī)，切割刀調(diào)整不到位導(dǎo)致切割邊出現(xiàn)毛刺。

儀器和設(shè)備：工業(yè)型 3V 型游標(biāo)卡尺

1. 2. 數(shù)據(jù)分析

空運(yùn)轉(zhuǎn)測試結(jié)果表明，新設(shè)計(jì)的內(nèi)襯紙切割裝置運(yùn)行平穩(wěn)、無撞擊，潤滑良好、無漏油，軸承溫升＜40  ℃ ，噪聲＜69  dB，所有性能指標(biāo)均符合 YB418 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

4. 結(jié)論

1. 在 YB48 型超高速硬盒包裝機(jī)的基礎(chǔ)上，根據(jù) YB418 內(nèi)襯紙切割輸送工藝流程，對(duì)內(nèi)襯紙切割裝置的引導(dǎo)輥、折痕輥、負(fù)壓切割輥、吸風(fēng)輸送輥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了布局和設(shè)計(jì)，重新確定內(nèi)襯紙切割箱體上相關(guān)軸孔的位置和尺寸，利用齒輪變位技術(shù)對(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而滿足了雙鋁包異型包裝機(jī)的工藝要求。
2. 測試結(jié)果表明，YB418 包裝機(jī)內(nèi)襯紙切割裝置運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，潤滑良好，軸承溫升＜40  ℃，噪聲＜69 dB，性能指標(biāo)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)切割刀角度和間隙進(jìn)行調(diào)整，設(shè)備故障停機(jī)次數(shù)由 2 次減少為 0，內(nèi)襯紙外觀質(zhì)量缺陷數(shù)量由 20 張減少為 0。該裝置的設(shè)計(jì)為 YB418 雙鋁包異型包裝機(jī)的研制提供了技術(shù)支持。