YB917型条外透明纸包装机离合式长边折叠器的设计.pdf

2024 年 2 月第 57 卷第 2 期烟草科技Tobacco Science&TechnologyFeb.2024Vol.57 No.2摘要：为解决YB917型条外透明纸包装机长边折叠器容易挤压条烟并造成折叠通道堵塞等问题，设计了一种离合式长边折叠器。离合式长边折叠器由固定座、活动板、触发装置以及电感式接近开关构成，当透明纸长边折叠过程中出现条烟堵塞折叠通道时，活动板能够及时与固定座脱离，使得触发装置中的连杆在弹片作用下靠近接近开关，从而触发报警信号，使设备立即停机。以济南卷烟厂生产的“泰山（红将军）”牌卷烟为对象进行测试，结果表明：应用离合式长边折叠器后，未再发生长边折叠器损坏现象，变形条烟数量减少91%，清理变形条烟的平均时间由5.7 min/次缩短至0.4 min/次。该技术可为减少配件损耗、提高卷烟包装设备的维保效率提供支持。关键词：YB917型条外透明纸包装机；长边折叠器；触发装置；接近开关；活动板中图分类号：TS434文献标志码：A文章编号：1002-0861（2024）02-0085-06收稿日期：2023-09-14录用日期：2023-10-15第一作者：张成鹏（1972），男，本科，工程师，从事卷烟包装设备运行与维修管理工作。E-mail：C引用本文：张成鹏，赵举，秦学军，等.YB917型条外透明纸包装机离合式长边折叠器的设计 J.烟草科技，2024，57（2）：85-90.（ZHANG Chengpeng，ZHAO Ju，QIN Xuejun，et al.Design of clamp-type long side panel folder for YB917 cartonoverwrapper J.Tobacco Science&Technology，2024，57（2）：85-90.DOI：10.16135/j.issn1002-0861.2023.0561）YB917型条外透明纸包装机离合式长边折叠器的设计张成鹏，赵举，秦学军，张加义，张杰，李峰山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂，济南市高新区科航路2006号250104Design of clamp-type long side panel folder for YB917 carton overwrapperZHANG Chengpeng,ZHAO Ju,QIN Xuejun,ZHANG Jiayi,ZHANG Jie,LI FengJinan Cigarette Factory,China Tobacco Shandong Industrial Co.,Ltd.,Jinan 250104,ChinaAbstract：In order to prevent the long side panel folder in YB917 carton overwrapper fromsqueezing cigarette cartons and causing carton jam in the folding channel,a clamp-type long panelside folder was designed,which mainly consisted of a fixed base,a movable plate,a trigger deviceand an inductance approach switch.When cigarette cartons block the folding channel during thefolding process,the movable plate moves away from the fixed base timely so that the connecting rodin the trigger device approaches to the switch under the action of a spring blade,thereby triggeringan alarm signal and immediately stopping the machine.The designed folder was tested on cigarettebrand“Taishan（Red General）”in Jinan Cigarette Factory,and the results showed that the long sidepanel folder was no longer damaged after the application of the designed folder,the number ofdeformative cartons reduced by 91%,and the average time needed to remove deformative cartonsreduced from 5.7 min to 0.4 min.This technology supports the reduction of spare parts loss andpromotes the maintenance efficiency of cigarette packing equipment.Keywords：YB917 carton overwrapper;Long side panel folder;Trigger device;Approach switch;Movable plateZB47型硬盒硬条包装机组由YB47型硬盒包装机、YB517型盒外透明纸包装机、YB617型硬条包装机以及YB917型条外透明纸包装机组成，是基于意大利G.D公司专有技术转化设计的国产高速包装设备1-3。其中，YB917包装机主要完成条盒外部透明纸包装工作4。在透明纸折叠成型过程中，因存在条烟外形不方正、第一提升器内条烟提升不到位等问题，长边折叠器容易挤压条烟并造成折叠通道堵塞，严重时损坏长边折叠器，影响设备生产效率。近年来，针对各种型号条外透明纸包装机已有较多研究2024 年烟草科技及改进。商保鹏5在YB917包装机的第一提升通道上方压板处设计了一种检测装置，解决了第一接应杆容易被挤压等问题；黄城宝等6基于YB95包装机设计了一种可分离式条烟推送装置，解决了因条烟输出通道堵塞而造成的条烟挤压问题，缩短了堵塞通道清理时间；王林鹏等7对YB917包装机的条烟提升器进行改进，采用双气缸、大功率电机重新设计传动系统，降低了条烟提升输送装置的停机次数；李乾等8通过设计YB95包装机出口与条烟提升器入口联动装置，缩短了因条烟入口堵塞而导致的设备停机时间。但关于YB917包装机长边折叠器易损坏并导致条烟变形等问题则鲜见研究报道。为此，设计了一种带有触发装置的离合式长边折叠器，当折叠通道堵塞时设备能够及时停机，以期避免长边折叠器受损，缩短变形条烟清理时间。1问题分析1.1工作原理YB917包装机条外透明纸长边折叠机构由第一提升器、长边折叠器、推条器和折叠通道等组成，透明纸折叠过程见图1。当第一提升器（1）将条烟提升至与折叠通道底面（5）高度一致时，透明纸的后上折边、前上折边已折叠完成；当长边折叠器（2）向右移动完成透明纸后下折边的折叠后，推条器（3）与长边折叠器一起向右移动将条烟推送至折叠通道内，同时完成前下折边的折叠9。图1条外透明纸长边折叠过程示意图Fig.1Schematic diagram of long side folding process of carton overwrap film1.第一提升器2.长边折叠器3.推条器4.条烟5.折叠通道底面6.条外透明纸由图2可见，长边折叠器为胶木材质的长方形折叠板，依靠凸轮机构进行传动并通过螺钉固定在传动轴上。凸轮机构由凸轮（3）、滚子（4）、摆杆（5）、连杆（6）、导向套（7）以及传动轴（2）组成。其中，凸轮为端面槽凸轮，安装在摆杆一端的滚子嵌装在凸轮槽内，摆杆另一端通过连杆与传动轴相连；传动轴随摆杆做周期运动，并在导向套的导向作用下带动长边折叠器（1）做往复直线运动，实现透明纸后下折边的折叠。1.2存在问题YB917包装机在运行过程中，当条烟外形不方正或第一提升器内条烟提升不到位时，向右移动的长边折叠器会挤压条烟，导致条烟无法顺利进入折叠通道并堵塞在通道内难以取出；因长边折叠器的传动路线上未设置过载保护装置，发生条烟堵塞时只能依靠第一提升器的过载保护装置使设备停机，导致长边折叠器因停机滞后而长时间挤压条烟造成条烟变形。2离合式长边折叠器的设计为解决设备停机不及时、清理变形条烟费时费力等问题，需要在长边折叠器上增加过载保护功能。因此，设计一种带触发装置的离合式长边折叠器。2.1系统结构离合式长边折叠器由内外固定座（40Cr材质10）、活动板（铝镁合金材质10）、触发装置以及电感式接近开关11组成，见图3。内固定座（1）和外固定座（2）上通过螺钉（6）固定有钕铁硼强磁铁（5），活动板（3）上通过螺钉（9）固定有内铁块（7）和外铁块（8），内、外铁块在磁铁的作用下分别与内、外固定座吸合在一起，实现了活动板与固定座之间的磁性连接。活b.传动原理a.长边折叠器结构1.长边折叠器2.传动轴3.凸轮4.滚子5.摆杆6.连杆7.导向套图2长边折叠器结构与传动原理图Fig.2Structure and transmission schematic diagramof long side panel folder 86第 57 卷第 2 期动板与固定座之间设置的V型槽（4）具有定位和导向作用，为保证活动板脱离固定座时移动顺畅且不发生晃动，可以通过调整内、外固定座之间的距离，使固定座与活动板的下配合面相互接触，上配合面间隙为0.01 mm。活动板的端部设计有圆柱销（13），与固定座上未完全贯穿的圆柱销槽（14）相配合（图3b），当活动板受到条烟阻力而脱离原工作位置滑动至终点时，活动板能够及时停止运动且不会掉落。基于双摇杆机构设计的触发装置（10）安装在外固定座的侧面，依靠磁铁的吸力和弹片（11）的弹力触发装置动作；电感式接近开关（12）固定在包装机机架上，以检测触发装置的位置状态。a.结构图b.固定座与活动板剖面图1.内固定座2.外固定座3.活动板4.V型槽5.钕铁硼强磁铁6.螺钉7.内铁块8.外铁块9.螺钉10.触发装置11.弹片12.电感式接近开关13.圆柱销14.圆柱销槽图3离合式长边折叠器结构示意图Fig.3Structure of clamp-type long side panel folder2.2触发装置工作原理如图4所示，触发装置由支架（1）、摇杆（2，5）、连杆（3）、弹片（4）组成。其中，通过螺钉固定在支架上的弹片选用60Si2Mn材质12，具有良好的弹性变形能力。当离合式长边折叠器正常工作时，触发装置处于压缩状态（图4a），外铁块（6）与外固定座（7）吸合在一起并推动连杆克服弹片弹力向右上方移动，使连杆远离电感式接近开关（9）且双摇杆保持向右倾斜状态；当活动板（8）受到条烟阻力并带动外铁块克服磁铁吸力脱离原工作位置向左滑出时，触发装置由压缩状态转换至伸展状态（图4b），连杆因不受外铁块作用力而在弹片弹力作用下向左下方移动靠近电感式接近开关，同时双摇杆改变为竖直状态。电感式接近开关型号为 BALLUFF BES 516-131-S4-C（德国巴鲁夫公司），将其检测信号与第一提升器检测（3S512）信号串联，当接近开关检测到连杆靠近时设备停机，同时IPC人机对话显示器上出现红色报警信息“CV第一提升器堵塞”。操作人员可根据提示查看第一提升器部位状况，若是离合式长边折叠器堵塞，活动板已向左滑出，取出条烟后，将活动板复位并重新启动设备即可。支架、摇杆和连杆之间采用圆柱销钉铰接，形成双摇杆机构，而双摇杆机构动作时要求圆柱销钉与圆孔的摩擦力较小。因此，采用带槽圆柱销钉并加注润滑脂进行铰接，以保证双摇杆机构动作迅速，防止卡死。2.3触发装置参数设计如图5所示，A、B、C、D点分别代表双摇杆两端的圆柱销钉，E、F点为连杆上两个固定点，E、F两点间的距离与A、B两点间的距离相等且固定长度为90 mm，当触发装置处于压缩状态和伸展状态时，连1.支架2，5.摇杆3.连杆4.弹片6.外铁块7.外固定座8.活动板9.电 感式接近开关a.压缩状态b.伸展状态图4触发装置工作原理图Fig.4Working principle of trigger device张成鹏，等：YB917型条外透明纸包装机离合式长边折叠器的设计 872024 年烟草科技杆EF与AB之间的垂直距离分别为：h=ACsin+CEH=AC+CE（1）式中：h为压缩状态下EF与AB之间的垂直距离，mm；H为伸展状态下EF与AB之间的垂直距离，mm；为摇杆与水平方向的夹角，（）；AC、CE分别为A、C两点和C、E两点间的距离，mm。当离合式长边折叠器因活动板与固定座产生位移导致触发装置从压缩状态转换至伸展状态时，连杆垂直位移变化量X（mm）为：X=H-h=AC（1-sin）（2）根据离合式长边折叠器的实际尺寸，将摇杆长度设计为 9 mm，即 AC=BD=9 mm。当触发装置处于压缩状态时，连杆应尽可能地远离接近开关，避免因误测而造成设备停机；当触发装置处于伸展状态时，连杆应尽可能地靠近接近开关，以准确触发报警信号使设备及时停机。由公式（2）可知，越小，连杆的垂直位移变化量 X 越大，能够更好地满足连杆在压缩状态下远离接近开关而伸展状态下靠近接近开关的运行要求。综合考虑弹片使用寿命等因素，最终确定=45，连杆的垂直位移变化量 X=2.64 mm。电感式接近开关的有效检测距离为4 mm13，故将压缩状态下接近开关与连杆的垂直距离设置为5 mm，伸展状态下接近开关与连杆的垂直距离为2.36 mm，能够满足检测要求。图5触发装置位移变化示意图Fig.5Schematic diagram of displacement of trigger devicea.压缩状态b.伸展状态2.4钕铁硼强磁铁选型摇杆AC、BD均为二力杆14，为方便计算，假定圆柱销钉与摇杆之间的接触绝对光滑，即构成光滑圆柱铰链约束。如图6所示，对压缩状态下的连杆和摇杆进行受力分析15，可得：FX=0，FAX+FBX-F1=0FY=0，FAY+FBY-F2=0FAX=FAcosFAY=FAsinFBX=FBcosFBY=FBsin（3）式中：FAX和FAY分别为铰链A约束反力的水平方向分力和竖直方向分力，N；FBX和FBY分别为铰链B约束反力的水平方向分力和竖直方向分力，N；F1为连杆受到外铁块的推力，N；F2为弹片施加给连杆的作用力，N；FA和FB分别为铰链A和铰链B的约束反力，N。由于=45，根据公式（3）计算可得：F1=F2tan=F2（4）在压缩状态下测量触发装置弹片弹力 F210N，由公式（4）可知连杆所受推力F110 N。如图7所示，对正常工作时和条烟阻塞时的活动板进行受力分析，可得：F3=2F4+F5F3=2F4+F6F3QF3（5）式中：F3为正常工作时磁铁对铁块的吸力，N；F3 为条烟阻塞时磁铁对铁块的吸力，N；F4为连杆对铁块的反作用力，N；F5为正常工作时折叠透明纸折边时对图6触发装置受力分析图Fig.6Force analysis of trigger device 88第 57 卷第 2 期活动板的阻力，N；F6为条烟阻塞时长边折叠器受到的最大阻力（确保长边折叠器不变形），N；Q为设计要求磁铁对铁块的吸力，N。经测量，F5=5.24 N，F6=18.12 N，已知F4=F110N，可得7.62 NQ14.06 N。对不同规格的磁铁进行吸力测试并结合磁铁安装位置要求，确定磁铁的长、宽、高分别为20、8、3 mm。3应用效果3.1实验设计材料：“泰山（红将军）”牌卷烟（山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂提供）。设备：6台ZB47型硬盒硬条包装机组（上海烟草机械有限责任公司）。方法：长边折叠器改进前后，分别统计 6 台YB917包装机长边折叠器的损坏次数及变形条烟数量，统计时间为3个月，取平均值。其中，长边折叠器发生变形、断裂、螺纹丝管滑脱或螺孔崩裂等现象均视为损坏，变形条烟因产品质量不合格需全部报废处理。由同一名操作人员对变形条烟进行清理，长边折叠器改进前后各记录5次清理时间，取平均值。3.2数据分析由表1可见，采用离合式长边折叠器后，长边折叠器损坏次数由4次/月减少至0，因长边折叠器挤压条烟而导致的变形条烟数量由562条/月减少至51条/月，降幅91%。由表2可见，采用离合式长边折叠器前，清理变形条烟的平均时间为5.7 min/次；改进后由于活动板能够及时脱离固定座，条烟不会因变a.正常工作时b.条烟阻塞时图7正常工作和条烟阻塞时活动板受力分析Fig.7Force analysis of movable plate during normaloperation and cigarette carton jamming统计时间第1个月第2个月第3个月平均值改进前长边折叠器损坏次数/（次 月-1）3544变形条烟数量/（条 月-1）576593517562改进后长边折叠器损坏次数/（次 月-1）0000变形条烟数量/（条 月-1）58464951表1改进前后长边折叠器损坏次数和变形条烟数量Tab.1Breakdown frequency of long side panel folder and number of deformative cigarette cartonsbefore and after modification注：改进前统计时间为2022年7月9月，改进后统计时间为2022年10月12月；长边折叠器损坏类型包括变形、断裂、螺纹丝管滑脱、螺孔崩裂等。形而卡在通道内，清理时间缩短至0.4 min/次，用时减少93%左右。因此，应用离合式长边折叠器可有效减少变形条烟数量，降低零部件损耗，提高设备生产效率。4结论针对YB917型条外透明纸包装机设计了一种离合式长边折叠器，在透明纸长边折叠过程中当出现折叠通道堵塞现象时，活动板可以及时与固定座分离，同时触发装置中的连杆靠近接近开关触发报警信号使包装机停机，避免长边折叠器损坏。以济南卷烟厂生产的“泰山（红将军）”牌卷烟为对象进行测试，结果表明：应用离合式长边折叠器后，未再发生长边折叠器损坏现象，因长边折叠器挤压而导致的变形条烟数量减少91%，清理变形条烟的平均时间由5.7 min/次缩短至0.4 min/次。该技术可在ZB25软盒包装机组和ZB45硬盒包装机组中推广应用。表2改进前后清理变形条烟时间Tab.2Time needed to remove deformative cigarettecartons before and after modification（min 次-1）序号12345平均值改进前5.35.86.55.45.75.7改进后0.40.40.30.40.50.4张成鹏，等：YB917型条外透明纸包装机离合式长边折叠器的设计 892024 年烟草科技参考文献1 张成鹏.YB47包装机烟包输出通道的改进 J.烟草科技，2013（11）：18-20.ZHANG Chengpeng.Improvement of packet dischargepassageinYB47packer J.TobaccoScience&Technology，2013（11）：18-20.2 张成鹏，梁立民，张杰，等.YB47型包装机铝箔纸润滑装置的改进 J.烟草科技，2016，49（1）：84-87，93.ZHANG Chengpeng，LIANG Limin，ZHANG Jie，etal.Improvement of aluminum foil lubricating device inYB47 packerJ.Tobacco Science&Technology，2016，49（1）：84-87，93.3 胡国胜，戎磊杰，张明秋.YB47 型硬盒包装机二号轮接杆定位方法的改进 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