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

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、個性化需求，也可對煙支起到保濕保鮮作用。目前雙鋁包包裝設備在國內應用較少，其中云南昭通卷煙廠通過對ZB42 硬盒硬條包裝機組進行改造，可用于直徑7.8 mm 的常規(guī)煙支包裝，包裝速度為 100 包/min， 但由于機型較早，自動化程度較低；而大多數(shù)生產企業(yè)的雙鋁包包裝基本為手工操作，因此存在效率低、包裝質量難以保證等問題。近年來，針對ZB48 型包裝機組已進行了大量研究和改進，郭建娟等［3-4］對 YB48 型包裝機煙庫攪動塊的形狀、煙庫下煙通道增設排煙絲槽等進行改進，增強了煙支輸送的流暢性；蘇琦等［5］對 YB48 型包裝機的煙庫進行優(yōu)化設計，降低了煙庫停機故障率；吳建軍等［6］通過研究 YB618 型包裝機美式條盒紙的拉帶逆時針包裝問題，滿足了設備包裝形式的多樣化需求；馬萬杰等［7］通過改進 YB618 型包裝機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 YB618 型包裝機條盒紙的長邊折疊器，縮短了設備調試周期；張志盛等［9］通過改進 YB618 型包裝機條盒透明紙端面美容器，改善了條盒包裝的外觀質量；吳建軍等［10］ 通過改進 YB618 型包裝機第二推進器的潤滑環(huán)境，保證了設備良好運行。在 YB418 異型包裝機設計過程中，由于卷煙包裝規(guī)格及包裝工藝變化較大，內襯紙切割裝置已超出原設計范圍，因此內襯紙切割裝置是關鍵部件之一，但目前對于 YB48 型包裝機的工藝流程進行創(chuàng)新設計尚未見報道。為此，在原有 YB48 型超高速硬盒包裝機的基礎上，對內襯紙切割裝置進行重新布局和設計，以滿足卷煙包裝工藝的新要求。

1. 問題分析

YB48 包裝機內襯紙切割裝置主要由引導輥、折痕輥、吸風輸送輥、負壓切割刀輥等部件組成， 見圖 1。在生產中，內襯紙通過左側引導輥 1 進入裝置，經過上折痕輥 2、下折痕輥 3 預壓折痕后，被負壓切割刀輥 6 上的吸風孔固定并旋轉，負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，完成內襯紙 PULL 撕口的切割和切斷。單張完整被切割好的內襯紙經負壓切割刀輥在 6 點鐘位置與吸風輸送輥 4 完成交接，吸風輸送輥的內側輸送輥通過內吸風輸送輥傳動軸 5 經同步帶

1. 1. 引導輥 2.上折痕輥  3.下折痕輥  4.吸風輸送輥  5.內吸風輸送輥傳動軸 6.負壓切割刀輥  7.手輪軸  8.固定切割刀

圖1 內襯紙切割裝置示意圖

Fig.1 Schematic diagram of inner liner cutting device

完成動力輸入，并與吸風輸送輥的外側輸送輥形成同步運動，在 9 點鐘位置停止吸風使得內襯紙垂直向下，并與右側輸入的煙組結合完成內襯煙包的包裝。

分析發(fā)現(xiàn)，YB48 與 YB418 包裝機內襯紙切割裝置主要存在以下差別：①YB48 包裝機的煙組為 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 對于單張內襯紙規(guī)格 ，需 要將YB48 包裝機的 220 mm × 80 mm（長 × 寬）改 為YB418 包裝機的 210 mm×52 mm。③由于 YB418 包裝機煙組包含兩個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 YB418 包裝機的內襯紙切割裝置進行重新設計，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 2.YB48 包裝機

圖3 YB48 和YB418 包裝機煙組排列和規(guī)格對比

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

2. 系統(tǒng)設計

根據(jù)上述分析結果，主要對內襯紙切割箱體、切割傳動系統(tǒng)、切割執(zhí)行零部件進行重新布局和設計。

1. 1. 內襯紙切割箱體

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襯紙中心交接時相對應，箱體上的相關軸孔需要重新設計，其中吸風輸送輥所在的 16# 軸孔中心位置須降低 4.32 mm，見圖4。

圖 4 中，負壓切割刀輥的 14# 軸孔與 16# 軸孔的吸風輸送輥相配合，因此需要根據(jù)兩個輥子的直徑確定其位置尺寸。根據(jù)德國 FOCKE 公司給出的設計公式：

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分別為內襯紙切割輥和內襯紙輸送輥的直徑， mm；X—間隙常數(shù)，一般取0.6~1.4 mm。

由于內襯紙長度為 210 mm，內襯紙經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，以確保內襯紙在壓紋后能夠被全部取走不會滯留。考慮到機器轉速，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#軸內襯紙輸送輥內側吸風輥提供動力，見圖 5。為避免重新設計同步

圖5 內襯紙切割裝置傳動原理圖

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

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

圖6 15#軸孔設計圖

Fig.6 Design of hole of shaft No.15

17#軸孔為手輪，為調試方便，手輪盤動一圈，

14#軸的內襯紙切割輥和16#軸的內襯紙輸送輥也盤動一圈，傳動比為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 中的引導輥、上折痕輥和下折痕輥。由于內襯紙長度改變，下折痕輥直徑和齒輪齒數(shù)要重新設計才能保證折痕過程中三者的線速度匹配。為此，通過調整齒輪齒數(shù)及變位可以滿足設計要求的前提下，使 3 個孔的位置尺寸保持不變，以降低設計成本。

1. 2. 內襯紙切割傳動系統(tǒng)
      1. 切割輥傳動設計——內襯紙切割傳動系統(tǒng)中需要對Z21~Z31 共 11個齒輪進行設計，見圖7。由于中心距和規(guī)格尺寸發(fā)生改變，還需要對5 路傳動的齒輪傳動比、變位系數(shù)等參數(shù)進行設計，包括內襯紙折痕輥對10、內襯紙切割輥11、內襯紙輸送輥（內側）12、內襯紙輸送輥（外側）13 和手輪16。5 路齒輪的傳動路線見表1。其中，齒輪 Z21 是位于 14#軸上的動力源連接齒輪，因此需要首先完成內襯紙切割輥的傳動設

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

襯紙折痕輥對  11.內襯紙切割輥  12.內襯紙輸送輥（內側） 13.內襯紙輸送輥（外側） 14.齒輪Z27    15.齒輪Z28    16.手輪

圖7 內襯紙切割傳動系統(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計，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)齒輪標準中心距、壓力角、嚙合角計算公式：

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. 折痕輥對傳動設計

由于內襯紙切割輥的直徑略大于壓紋輥，在

m（n     z1     z2）

2cos β

（3）

相同角速度下內襯紙在壓紋端和切割端的線速度

會產生差異。 為了減少內襯紙切割端在進行

式中：α— 標準中心距，mm；mn — 法向模數(shù)，

mm；β—螺旋角，rad；z1 、z2 —齒數(shù)。

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

αt=tan-（1

 tan α ） （4）

FOCKE 公司的設計要求，內襯紙切割輥轉動 1 圈， 折痕輥對在相同時間內多輸送 1 mm，以消除可能存在的張緊力，因此內襯紙折痕輥對的傳動齒輪齒數(shù)和下折痕輥直徑都需要重新設計，而上折痕

表2 YB48 和YB418 包裝機內襯紙切割裝置傳動系統(tǒng)對比

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

1. 3. 內襯紙切割執(zhí)行零件

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

圖9 中，切割輥包括負壓切割輥、石墨片、氣路

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

1. 1. 1. 上折痕輥  2.下折痕輥

圖8    折痕輥結構示意圖

Fig.8 Schematic diagram of structure of folding roller

1.負壓切割輥 2.石墨片 3.氣路控制盤

圖9 切割輥結構示意圖

Fig.9 Schematic diagram of structure of cutting roller

最外側的兩個吸風孔與內襯紙外緣距離 3 mm，因此兩個外側吸風孔距離 X2=52-3×2=46  mm；負壓切割輥的外徑在2.1 節(jié)中已計算，X3=69 mm。

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

輥內外側之間有煙組通過，與內襯紙結合完成包裝，左右煙組與中心距離 X1 由 53 mm 改為 40 mm； 煙組與吸風輸送輥端面之間的距離X2 為1.5～3 mm； 吸風輸送輥（外側）和吸風輸送輥（內側）的吸風孔之間距離 X3 ，與圖 9 中兩個外側吸風孔的距離一致，均為 46 mm；吸風輸送輥（外側）和吸風輸送輥

（內側）的外徑在2.1 節(jié)中已計算，X4=69 mm。

圖10 輸送輥結構示意圖

Fig.10 Schematic diagram of structure of conveying roller應用效果

3. 1. 試驗設計

1,6.氣路控制盤 2,5.石墨片 3.吸風輸送輥（外側） 4.吸風輸送輥（內側）

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

儀器和設備：工業(yè)型 3V 型游標卡尺

1. 2. 數(shù)據(jù)分析

空運轉測試結果表明，新設計的內襯紙切割裝置運行平穩(wěn)、無撞擊，潤滑良好、無漏油，軸承溫升＜40  ℃ ，噪聲＜69  dB，所有性能指標均符合 YB418 產品標準要求。

4. 結論

1. 在 YB48 型超高速硬盒包裝機的基礎上，根據(jù) YB418 內襯紙切割輸送工藝流程，對內襯紙切割裝置的引導輥、折痕輥、負壓切割輥、吸風輸送輥等執(zhí)行機構進行了布局和設計，重新確定內襯紙切割箱體上相關軸孔的位置和尺寸，利用齒輪變位技術對齒輪傳動系統(tǒng)進行設計，從而滿足了雙鋁包異型包裝機的工藝要求。
2. 測試結果表明，YB418 包裝機內襯紙切割裝置運轉平穩(wěn)，潤滑良好，軸承溫升＜40  ℃，噪聲＜69 dB，性能指標符合技術標準。通過對切割刀角度和間隙進行調整，設備故障停機次數(shù)由 2 次減少為 0，內襯紙外觀質量缺陷數(shù)量由 20 張減少為 0。該裝置的設計為 YB418 雙鋁包異型包裝機的研制提供了技術支持。