回笼条盒整形装置的研制

回笼条盒整形装置的研制

杨波，翟作巍，陈丽，刘滢

贵州中烟工业有限责任公司贵定卷烟厂551300

摘要：在卷烟行业内，大部分卷烟厂都在对回笼条盒进行利用，但是均是采取人工整形的方式对回笼条盒进行平整，以提升条盒的使用率，降低条盒商标纸消耗量，以达到节约生产成本的目的。研制回笼条盒整形装置，将传统的回笼条盒平整方式从人工整形改为机器整形，将大幅提升回笼条盒的利用率，在降低生产成本的同时还可以极大降低操作人员劳动强度，提升生产效率及设备有效作业率。

关键词：生产成本、回笼条盒、人工整形、机器整形、涡轮丝杆传动、PLC控制

在卷烟行业内，大部分卷烟厂都在对回笼条盒进行利用，但是均是采取人工整形的方式对回笼条盒进行平整。贵定卷烟厂也有使用回笼条盒的传统，以提升条盒的使用率，降低条盒商标纸消耗量，以达到节约生产成本的目的。

伴随着国民经济的巨大发展，各类包装用纸和社会资源有限的矛盾会越发凸显，造纸工艺和严苛的环境保护法规之间的矛盾愈加显现，社会对于环境保护，废旧利用的呼声也空前高涨。卷烟包装将消耗大量的食品包装用纸，作为始终践行“国家利益至上，消费者利益至上”核心价值观的烟草行业，如何尽最大可能减少包装用纸，增加包装用纸使用率，降低生产成本和减轻环境保护压力，将是各个烟厂现在和今后持续思考的难题，也是烟草行业履行其社会责任的具体表现。

以贵州中烟工业有限责任公司来看，目前废旧利用主要是在箱装用纸箱上，且已经形成成熟的箱装纸箱回收流程和管理办法，要想进一步的加大废旧利用，下一阶段的废旧利用方向最有可能是条盒商标纸的回笼使用。回笼使用条盒商标纸，不可避免的必须对回笼的条盒商标纸进行平整整形处理，以便YB65型包装机能平稳吸取，输送，折叠成型回笼条盒商标纸。

对回笼条盒商标纸的平整整形，有人工整形和机器整形两种方法。

人工整形：人工整形是操作人员在生产过程中，利用操作空挡时间，对生产过程中产生的条盒商标纸陆续进行整形回收使用的过程。这个过程不仅效率低，而且会大大增加操作人员的工作量。这与“中国制造2025”的现代制造业目标是违背的，是不符合现代制造业理念的。因此，对于人工整形这个选项，在批量生产过程中，实施难度极大。

     机器整形：机器整形是利用机械装置，将动力元件提供的动力，通过控制系统，控制执行部件，完成预期动作以实现回笼条盒整形平整的过程。机器整形将人工整形从枯燥、繁重的体力劳动中解放出来，以便操作人员可以全身心的保障设备运行，提升设备有效作用率，管控产品品质。由于使用电机作为动力源，可以实现大规模整形平整作业，且整形效果稳定可控，整形效率高。

贵定卷烟厂在生产“贵烟（A）”品牌过程中，需使用周转条盒辅助生产，然后将周转条盒生产的条烟拆封，最后采用人工装入礼盒和其他工序完成成品包装。该条盒为重复利用辅料，在生产过程中，经过一次包装成型后，条盒会留下包装折痕，会出现卷曲现象，再次重复使用将造成“条盒输送堵塞”频发的故障现象，影响设备生产效率，无法正常利用，若更换新条盒将导致生产成本的上升。根据现场技术人员使用经验，须将使用过的周转条盒进行人工整形，方可恢复正常使用，但人工压整力道不均匀，容易造成回笼条盒损坏，同时效率低下，据统计人工一次压整最多30张条盒，设备运行速度为20条/分钟，人工压整无法保障设备正常生产需求。

回笼条盒整形装置的研制，模拟人工整形回笼条盒，设计一种采用涡轮丝杆传动，PLC控制，以低速高扭伺服电机为动力的回笼条盒整形装置。通过对YB65型包装机用条盒的尺寸，设计与YB65型包装机条盒输送相匹配的整形部件，整形部件由凸模和凹模组成。PLC控制辅以7寸的触摸屏，实现人机交互。低速高扭伺服电机结合涡轮丝杆传动，实现扭矩放大，满足整形过程所需压力。通过该整形装置的研制，可以实现回笼条盒整形的自动化，杜绝人工操作带来的安全隐患，保证回笼条盒的整形品质稳定。

整形装置根据涡轮丝杆传动的原理，巧妙利用各型压力传感器作为信号采集和反馈元件，经PLC处理反馈信号后，通过伺服控制器控制带有抱闸的伺服电机启停，抱闸可以实现对电机的过载保护，同时，外设7英寸触摸屏，实现人机交互。具有结构紧凑，操作简单，安全可靠，经久耐用的特点。

整形装置采用伺服电机驱动涡轮，涡轮驱动丝杆作上下往复运动，辅以PLC，压力传感器、伺服控制器等实现回笼条盒整形，控制方案简单紧凑，成本可控、易于实现，方案可行。

整形装置最重要的是需要对整形压力进行控制，为此决定采用伺服电机进行驱动，张传景等人在伺服压力机位置/压力自动补偿精确运动控制研究中,设计了一种位置/压力自动补偿精确控制的运动控制系统，可满足伺服压力机位置与压力控制的精度和稳定性的要求，对本项目电控系统的设计有一定指导意义。

回笼条盒整形装置的设计：

   按照安全第一、装置优良、耐用经济、结构紧凑的原则，对回笼条盒整形装置的研制主要包括箱体，凹模、凸模、丝杆、涡轮、控制系统以及附件：

   1、箱体：箱体外形呈长方体，内部与条盒商标纸外形尺寸一致。

   2、凹模：凹模置于箱体底部，其形状总体呈弧形，其弧度根据条盒纸的抗弯强度确定。

   3、凸模：凸模须与凹模配对，二者须紧密配合。

   4、丝杆：丝杆长度根据回笼条盒最大整形量确定，本项目以每次1000张回笼整形能力进行确定，丝杆导程根据伺服电机最大功率，涡轮直径、最大压力等确定，然后根据国标就近选择。

   5、涡轮：涡轮作为伺服电机与丝杆间衔接部件，其模数应和丝杆相同，直径根据箱体空间确定，直径宜取大。

   6、控制系统如图1所示：

图1：控制系统

6.1系统组成部份：

称重部份采用4个称重压力传感器安装在回笼条盒平整机构的底部，4个传感器的信号接入称重模块，在由称重模块把信号（模拟量电压信号）送给PLC处理。称重的重量部份包括条盒的重量和正平条盒时的压力，条盒的重量可以显示在人机界面上，平整条盒的压力可以在人机界面上显示和设置。

6.2控制部分采用西门子S7-1214C作为主控元件，倍加福的三个电感传感器作为压头缩到位置、上极限位置和下极限位置的检测元件把位置信号送给PLC控制伺服控制器的运动。控制原理如图2所示：

图2：控制原理

6.3伺服部分采用低转速大扭矩的伺服控制系统作为回笼条盒平整机构动力来源。采用的伺服电机带抱闸，当电机正转运行达到设定压力后，抱闸抱紧保持压力，保压时间到抱闸松开同时电机反转让压头回到起始位置。

6.4显示部分采用显控7寸的触摸屏作为回笼条盒平整机构控制的显示单元。触摸屏上可设置平整条盒压力、保持压力时间、运行模式、电机控制等参数，触摸屏上显示实时的压力数、电机运行状态、运行模式。

7、附件：附件主要是箱体底部便于移动的万向轮等。

    回笼条盒整形装置的使用效果：

通过研制回笼条盒整形装置，将原有周转用条盒的使用由2次提高到4次以上，大幅提升周转条盒的利用率。将人工整形周转条盒的方式转变为机器整形，可以极大降低劳动强度，提升生产效率。由于不同品牌的条盒制造材料不同，生产环境与使用环境温湿环境差异，部分条盒会有卷曲现象出现，不利于YB65型条包机吸取输送，该整形装置的研制，可以将不平整的条盒进行二次整形后投入生产，降低条盒输送堵塞故障，提升设备有效作用率。在实际生产中，这种辅料不平整的情况还常出现在小盒商标纸上，也可借助本项目的研制经验，对小盒商标纸不平整的情况进行整形处理后再投入使用，降低商标纸吸取堵塞故障，提升YB45包装机有效作用率。

回笼条盒整形装置的技术经济指标:

1、每次可以整形平整1000张回笼条盒，每次整形耗时1小时以内，条盒平整率95%以上，损耗率1%以下。

2、一个人即可操作，完成整形，装箱，堆码等工作。

3、每张周转条盒可以使用4次以上，按每张条盒0.1元算，节约条盒成本75% 。

参考文献：

[1]张传锦,李岸然,李海明,李庆卓,高建波.伺服压力机位置/压力自动补偿精确运动控制研究[J].锻压技术,2021,46(01):126-130.

[2]余祎,张涛.条盒缺包称重检测系统界面设计与实现[J].电子产品世界,2020,27(08):47-49.

作者简介：

杨波（1985.7），男，汉族，贵州省黔南州，贵州中烟工业有限责任公司 贵定卷烟厂。研究方向：卷烟工艺

翟作巍（1982.2），男，汉族，贵州省黔南州，贵州中烟工业有限责任公司 贵定卷烟厂。研究方向：卷烟机械修理

陈丽（1981.3），女，汉族，贵州省黔南州，贵州中烟工业有限责任公司 贵定卷烟厂。研究方向：卷烟工艺

刘滢，（1989.4），女，满族，贵州省黔南州，贵州中烟工业有限责任公司 贵定卷烟厂。研究方向：机械工程与自动化