异形烟包六面整形装置的设计

2015-02-08钟龙圣廖艳培

烟草科技 2015年2期

钟龙圣，廖艳培

广东中烟工业有限责任公司梅州卷烟厂，广东省梅州市梅江区环市北路 514011

为满足消费者对卷烟产品的需求，各卷烟生产企业在产品包装上进行了大量的改革创新，开发了许多形状各异的异形烟包，以提升市场占有率［1-2］。小盒烟包透明纸熨烫整形是烟包外观包装的一个重要环节［3］，经过整形装置加工后的烟包，外表面平整美观，满足了卷烟工艺要求［4-5］。但由于异形烟包尺寸的特殊性，ZB43等包装机组使用的CH 盒外透明纸包装机整形器无法对其进行整形加工［6-7］，只能采用人工熨烫整形方式进行处理，效率低，耗时耗力，且无法保证产品包装品质。目前对于烟包整形已有较多研究和改进，廖艳培等［8］通过增加冷却吹风装置，解决了整形过程中因烟包温度过高而产生错位粘连问题；董世谦［9］通过改进烙热板尺寸，有效解决了FOCKE 350包装机组烟包侧边封接粘连和起皱问题；郭红广［10］采用加长烙热板部件摇杆、增大烙热板运动幅度、减少加热频次等方法，改善了FOCKE 350包装机组小盒整形装置的“挤烟”现象。但对于异形烟包透明纸整形的研究较少。为此，基于原CH盒外透明纸包装机烟包整形器的工作原理，设计了异形烟包六面整形装置，以提高异形烟包透明纸的整形效率和产品包装品质。

1 系统组成

普通小盒烟包的外形尺寸为88 mm×56 mm×24 mm，其内部烟支排列为7+6+7，而异形烟包的外形尺寸为90 mm×85 mm×19 mm，其内部烟支排列为10+10。目前包装机组中使用的CH 烟包整形器入口通道尺寸约为88.5 mm，无法满足异形烟包外形尺寸的要求，而且CH烟包整形器只能对小盒烟包的上下两平面进行整形加工，不能加工其他4个侧面。

为解决该问题设计的异形烟包六面整形装置主要由短侧面整形装置、皮带输送机、长侧面整形装置、控制系统和平面整形装置等部分组成，见图1。其工作流程为:异形烟包经透明纸包装机输送带进入短侧面整形装置1，完成短侧边整形加工；随后经皮带输送机2进入长侧面整形装置3，完成长侧边整形；最后进入平面整形装置5，完成上、下两个平面整形。整形装置的烙热板由PLC 控制，能够根据设备运行状态自动实现闭合或断开。

图1 异形烟包六面整形器结构图

（1）短侧面整形装置位于包装机出口位置，由支座、侧面烙热板、传感器、温度控制器、气缸和防护板构成，见图2。异形烟包完成透明纸包装后，经过原机传送带进入短侧面整形装置，两个短侧面烙热板由PLC 控制气动元件（电磁阀、气缸）实现往复运动，对异形烟包的短侧面进行整形加工。长侧面与短侧面整形装置结构相似，位于皮带输送机中间位置，同样由PLC 控制气动元件整形加工烟包的长侧面。

图2 烟包短侧面整形装置结构图

（2）平面整形装置由传动部件、齿轮箱、传动轴、上下烙热板、气缸、上下连杆、门组件和检测器构成。在运行过程中，采用齿轮、槽凸轮和连杆控制上下烙热板，使其运动状态与原机同步。由PLC控制气动元件，推动烙热板工作。工作时，上下平面烙热板为热板状态；停机时，上下平面烙热板为冷板状态，以避免烟包受热时间过长而影响产品品质。

（3）皮带输送机由机架、毛刷、输送带和传动部件构成，位于短侧面整形装置的出口处，用于输送异形烟包完成长侧面和上下平面的整形加工。皮带输送机上安装有两个毛刷，前端毛刷安装角度为45°，主要用于缓冲烟包，实现烟包90°旋转输送。

（4）控制系统与上述装置的驱动器、检测开关、传感器连接，采用PLC 作为控制核心，其工作状态与原机同步，可靠地完成系统位置检测和动作控制。通过触摸屏显示，系统可提供设备运行情况、温度状态、设备故障等信息，并可在屏幕上操作和阅读程序。

2 技术实现

2.1 电气控制

电气控制系统主要由1个PLC控制器、4个二位五通电磁阀和1 个三位四通手柄阀组成，见图3。控制电路和气路驱动9 个气缸自动完成烟包六面整形（两短侧面、两长侧面、上下两平面）和推烟包等功能。在生产过程中，在包装机推板的尽头位置，安装有一个光电接近开关，推板每推动一次小盒烟包，光电接近开关得到一个脉冲信号，脉冲信号经过PLC 控制二位五通电磁阀D 动作（动作时间可根据需要调整），从而驱动双作用气缸运动，完成对小盒烟包整形和推烟包动作。其运动状态与原机同步，可以满足ZB43包装机组额定生产能力60 包/分钟的要求。

图3 异形烟包六面整形器电气控制原理图

2.2 温度控制

系统采用欧姆龙TC101 温控模块、PWS6600触摸屏、铂电阻PT100 对发热管（110 V×300 W）进行加热控制。其中，TC101 温控模块具有两个独立的控制回路，每个控制回路根据设置点（在触摸屏上设定）独立加温。控制回路的加热周期为2 s，如果发热管低于设定温度，发热管输出增加。通过自动调节功能设置PID 参数，控制发热管的振幅和周期，使发热管温度保持稳定，从而达到最佳的温控效果。当铂电阻出现接触不良或断路，以及烙热板温度达到高温报警温度时，直流继电器Q1断电，加热主回路交流电源断开，使ZB43包装机组停机，避免出现烟包整形品质问题。为更换方便，发热管和铂电阻采用了前置安装方式。

2.3 烙热板移动速度

将ZB43 包装机组的小包脉冲信号与PLC 的输入点连接，反馈到程序进行运算比较。当包装机组实际速度低于设定值时，PLC输出信号，电磁阀一端得电，驱动气缸动作，使烙热板移出，进入冷板工作状态，避免了由于熨烫时间过长而烫坏烟包。

2.4 故障停机保护

异形烟包六面整形器安装有3 个传感器S1，S2和S3，分别用于长、短、平面整形装置进口位置烟包堵塞检测、故障处理时停机保护和防护门安全检测。将PLC-CQM1H 的C1 各个COM 端与CH 机的3S212 进行串接，当传感器S1，S2，S3 任何一处出现异常信号时，PLC 输入触电将获得该异常信号，输出点C1 与COM 端断开，使ZB43 包装机组发出故障报警信号。另外，烙热板外部加装有防护板，以防止人员烫伤。