徐峰
熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng)在YB29自粘軟盒包裝機(jī)上的應(yīng)用
徐峰
中煙機(jī)械技術(shù)中心有限責(zé)任公司,上海市浦東新區(qū)金海路1000號(hào)10號(hào)樓 201206
為解決自粘軟盒包裝機(jī)對(duì)商標(biāo)紙進(jìn)行刮膠時(shí)出現(xiàn)的膠條歪斜、形狀不準(zhǔn)確以及膠條厚薄不均等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種新型熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由膠缸、膠管、膠槍、操控屏、控制器、編碼器以及電眼(檢測(cè)傳感器)等部件組成。采用刮膠方式的涂膠技術(shù),以獲得外觀平整美觀的膠條;設(shè)計(jì)了商標(biāo)紙定位導(dǎo)軌,防止在刮膠過(guò)程中模盒內(nèi)的商標(biāo)紙發(fā)生歪斜;利用脈沖定位方法確定刮膠起點(diǎn)與終點(diǎn)位置,避免涂出的膠條相對(duì)商標(biāo)紙的位置出現(xiàn)偏差;采用I/P轉(zhuǎn)換器使膠缸內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)與包裝機(jī)運(yùn)行速度保持同步。設(shè)膠條長(zhǎng)度為45 mm,膠條寬度為4 mm,對(duì)刮出的膠條效果進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明:①刮出的膠條在長(zhǎng)度方向的位置誤差為±1.100 mm,寬度方向的位置誤差為± 0.375 mm,符合卷煙產(chǎn)品包裝品質(zhì)要求,能夠滿足自粘軟盒包裝機(jī)的使用需求。②在商標(biāo)紙運(yùn)行速度曲線的中間位置選擇刮膠起點(diǎn)和終點(diǎn)位置,可以獲得位置準(zhǔn)確、外觀平整美觀的膠條。該涂膠技術(shù)可推廣應(yīng)用于其他有涂膠需求的卷煙設(shè)備。
自粘軟盒;包裝機(jī);熱熔壓敏膠;膠條;脈沖定位;導(dǎo)軌
自粘軟盒煙包是中煙機(jī)械技術(shù)中心新研發(fā)的一種卷煙包裝形式。為滿足自粘軟盒卷煙自動(dòng)化生產(chǎn)的需求,基于FOCKE 350S包裝技術(shù)[1]研制了新型ZB29型自粘軟盒包裝機(jī)組,該機(jī)組主要由YB29自粘軟盒包裝機(jī)、YB512盒外透明紙包裝機(jī)、YB612硬條及條外透明紙包裝機(jī)以及YF66盒包存儲(chǔ)裝置等組成,其中YB29包裝機(jī)主要完成自粘軟盒的包裝成型功能[2]。在自粘軟盒煙包生產(chǎn)過(guò)程中,需要對(duì)煙盒蓋片的內(nèi)側(cè)前端涂一條可反復(fù)粘結(jié)的熱熔壓敏膠[3-6],這種膠與煙草行業(yè)廣泛應(yīng)用的水基冷膠的性質(zhì)不同,其涂膠技術(shù)和設(shè)備也不同[7-8]。由于使用中膠條會(huì)暴露在外,因此噴涂的熱熔壓敏膠條要求形狀美觀、位置準(zhǔn)確。而目前尚無(wú)熱熔壓敏膠涂膠技術(shù)在煙草行業(yè)自粘軟盒包裝設(shè)備中的應(yīng)用報(bào)道。文獻(xiàn)[9-10]中采用噴涂技術(shù)設(shè)計(jì)了一種熱熔膠噴涂系統(tǒng)并應(yīng)用于GDX1包裝機(jī)上,但在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法獲得表面平整的膠條。為此,采用熱熔壓敏膠刮膠技術(shù)[11],利用脈沖定位方法,設(shè)計(jì)了一套新型熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng),以準(zhǔn)確控制膠條在商標(biāo)紙上的相對(duì)位置,涂出外觀平整美觀的膠條,滿足自粘軟盒包裝機(jī)的使用要求。
1.1 涂膠方式及商標(biāo)紙定位問(wèn)題
自粘軟盒的上方有一個(gè)蓋片,蓋片內(nèi)側(cè)前端涂有一條可反復(fù)粘結(jié)的熱熔壓敏膠條,取煙時(shí)揭開(kāi)蓋片,取煙后關(guān)閉蓋片時(shí)壓敏膠會(huì)重新將蓋片粘結(jié)在盒體上,見(jiàn)圖1。熱熔膠的涂膠方式有非接觸點(diǎn)噴涂、非接觸式纖維噴涂和接觸式刮涂3種。其中,非接觸點(diǎn)噴涂和非接觸式纖維噴涂方式可以使噴槍與商標(biāo)紙不接觸,但噴涂出的膠條不夠整齊,外觀品質(zhì)不夠理想。接觸式刮涂方式可以使膠條外觀平整,但刮槍要與商標(biāo)紙接觸。商標(biāo)紙刮膠時(shí)在模盒的帶動(dòng)下快速通過(guò)刮槍底部的槍嘴位置,刮槍與商標(biāo)紙之間間距過(guò)小會(huì)增加接觸摩擦力,造成商標(biāo)紙?jiān)诠文z過(guò)程中出現(xiàn)偏移現(xiàn)象,導(dǎo)致膠條相對(duì)商標(biāo)紙歪斜;刮槍與商標(biāo)紙之間間距加大可減小接觸摩擦力,但容易造成運(yùn)動(dòng)中的商標(biāo)紙無(wú)法將膠槍噴嘴流出的熱熔膠全部帶走,膠槍留有殘膠,殘膠積累過(guò)多則會(huì)污染包裝設(shè)備。
包裝過(guò)程中通常在商標(biāo)紙水平轉(zhuǎn)塔第二工位處進(jìn)行壓敏膠涂膠[11],此時(shí)商標(biāo)紙轉(zhuǎn)塔模盒內(nèi)只有半折疊的商標(biāo)紙,沒(méi)有鋁箔煙包支撐商標(biāo)紙,商標(biāo)紙與膠槍刮膠口之間的摩擦力會(huì)使模盒內(nèi)的空商標(biāo)紙歪斜,從而改變膠條在商標(biāo)紙上的位置。另外,在涂膠過(guò)程中,商標(biāo)紙隨轉(zhuǎn)塔一起作變加速度間歇運(yùn)動(dòng),如果不將商標(biāo)紙穩(wěn)定地固定在模盒內(nèi),在商標(biāo)紙上涂出的膠條都是歪斜的。
圖1 自粘軟盒煙包示意圖
1.2 涂膠要求
自粘軟盒所用商標(biāo)紙形狀、壓敏膠膠條形狀和位置如圖2所示。壓敏膠體整體呈圓弧狀,膠條內(nèi)側(cè)邊半徑R為295 mm,膠條寬5 mm,長(zhǎng)45 mm。膠條噴涂位置為商標(biāo)紙蓋片內(nèi)側(cè),居中位于蓋片上,蓋片寬54.7 mm。膠條在長(zhǎng)度方向的位置誤差為±1.5 mm,在寬度方向的位置誤差為±0.5 mm;膠條長(zhǎng)度誤差為±1.5 mm,寬度誤差為±0.5 mm。
膠條厚度0.1 mm,厚度誤差±0.05 mm,當(dāng)設(shè)備速度發(fā)生變化時(shí)膠條厚度要求在誤差范圍內(nèi)。包裝機(jī)從開(kāi)始啟動(dòng)逐漸加速到正常生產(chǎn)速度,模盒內(nèi)商標(biāo)紙運(yùn)動(dòng)的線速度也逐漸增加。當(dāng)涂膠長(zhǎng)度一定,且膠缸內(nèi)壓力保持不變時(shí),包裝機(jī)運(yùn)行速度的高低會(huì)影響商標(biāo)紙上的涂膠量,即包裝機(jī)低速運(yùn)行時(shí)膠量多,高速運(yùn)行時(shí)膠量少,從而造成膠條厚度變化較大。
圖2 壓敏膠膠條形狀和位置
1.3 膠條位置和長(zhǎng)度控制問(wèn)題
當(dāng)設(shè)備的運(yùn)行速度為定值時(shí),若要在商標(biāo)紙上獲得圖3所示膠條,膠槍必須在A點(diǎn)或B點(diǎn)開(kāi)始刮膠,假設(shè)從A點(diǎn)開(kāi)始經(jīng)過(guò)一段時(shí)間T后在B點(diǎn)結(jié)束。實(shí)際上,膠槍雖然在A點(diǎn)開(kāi)始刮膠,但膠槍針閥打開(kāi)的時(shí)間并不是商標(biāo)紙上A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到膠槍槍嘴的時(shí)間,而是要提前T1時(shí)間打開(kāi),即膠槍在獲得信號(hào)到打開(kāi)針閥并流出膠液時(shí)存在有滯后響應(yīng)時(shí)間T1。若不考慮T1,假設(shè)商標(biāo)紙運(yùn)動(dòng)速度為V,則膠條的開(kāi)始位置有V×T1的長(zhǎng)度偏差。同樣,膠槍在關(guān)閉時(shí)也要提前T1時(shí)間關(guān)閉。
事實(shí)上,設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中不可能以恒定速度運(yùn)行。以YB29自粘軟盒包裝機(jī)為例,開(kāi)機(jī)時(shí)其運(yùn)行速度從0增加到300包/min。由于膠槍的滯后響應(yīng)時(shí)間T1是恒定值,當(dāng)設(shè)備速度改變時(shí),商標(biāo)紙的運(yùn)行速度V會(huì)同步改變,此時(shí)膠條的起始和結(jié)束位置的偏差V×T1隨之發(fā)生變化,且設(shè)備運(yùn)行速度越快,偏差越大。另外,如果刮膠時(shí)間T不變,則膠條長(zhǎng)度V×T會(huì)隨設(shè)備速度增加而變長(zhǎng)。
圖3 膠條在商標(biāo)紙上的位置
2.1 系統(tǒng)組成
熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng)主要由膠缸、膠管、膠槍、觸摸屏、控制器、編碼器以及電眼(檢測(cè)傳感器)等部件組成。在生產(chǎn)過(guò)程中,包裝機(jī)與膠缸之間有輸入與輸出信號(hào),包裝機(jī)只有在膠缸溫度和壓力滿足要求時(shí)才能順利啟動(dòng),且膠缸的壓力與包裝機(jī)的運(yùn)行速度相匹配,包裝機(jī)停機(jī)時(shí)膠缸的壓力同步迅速釋放。包裝機(jī)與操控屏及控制器之間也有輸入與輸出信號(hào),相互通訊就緒信號(hào)。如圖4所示,包裝機(jī)運(yùn)行時(shí),電眼檢測(cè)到商標(biāo)紙,并將信號(hào)傳遞給控制器,并根據(jù)編碼器傳遞過(guò)來(lái)的包裝機(jī)運(yùn)行速度信號(hào)控制膠槍涂膠與關(guān)閉。同時(shí),膠缸根據(jù)包裝機(jī)的運(yùn)行速度控制膠壓大小,并將膠通過(guò)膠管輸送給膠槍,實(shí)現(xiàn)商標(biāo)紙的涂膠。如圖5所示,膠槍安裝在一個(gè)直線氣缸滑動(dòng)平臺(tái)上,當(dāng)設(shè)備停機(jī)時(shí),直線氣缸滑動(dòng)平臺(tái)將膠槍提起并遠(yuǎn)離刮膠位置,重新啟動(dòng)設(shè)備前,再將膠槍復(fù)位。
2.2 定位導(dǎo)軌
為了獲得外觀平整美觀的膠條,經(jīng)過(guò)多次涂膠試驗(yàn),最終選用了刮膠方式的涂膠技術(shù)。為解決在刮膠過(guò)程中模盒內(nèi)的空商標(biāo)紙發(fā)生歪斜問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一個(gè)商標(biāo)紙定位導(dǎo)軌,見(jiàn)圖6。該導(dǎo)軌與商標(biāo)紙兩內(nèi)側(cè)長(zhǎng)邊的頂部接觸,確保沒(méi)有鋁箔煙包支撐的商標(biāo)紙?jiān)陔S模盒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)被穩(wěn)定地固定在模盒內(nèi)。
圖4 涂膠工作流程圖
圖5 膠槍安裝位置示意圖
圖6 定位導(dǎo)軌示意圖
該導(dǎo)軌的軌跡是一條三維空間曲線,其曲率沿相互垂直的兩個(gè)方向變化,在設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法直接做出該軌跡,因此需要將其分解成兩條二維平面曲線,即曲線C和曲線D,見(jiàn)圖7。曲線C由C1和C2兩部分組成,曲線D由D1和D2兩部分組成,曲線C所在平面與曲線D所在平面呈90°夾角。直線段D1與圓弧段C1合成時(shí)獲得的曲線段,仍為曲率變化為一個(gè)方向的圓弧段。而圓弧段C2與圓弧段D2合成時(shí),由于兩個(gè)圓弧所在曲面相互垂直,且都有曲率變化,因此獲得的曲線是一條三維空間曲線。最終合成得到的整條曲線是一條三維空間曲線。
為了獲得良好的定位效果,C1的圓心與模盒的轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合,且其曲率半徑與模盒最外端轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡的半徑相同。圓弧段C2的作用是使商標(biāo)紙順利進(jìn)入導(dǎo)軌,而圓弧段D2的作用是使轉(zhuǎn)動(dòng)的模盒順利進(jìn)入導(dǎo)軌。
圖7 定位導(dǎo)軌軌跡曲線
2.3 I/P轉(zhuǎn)換原理
為解決膠條厚度隨包裝機(jī)速度變化問(wèn)題,采用I/P轉(zhuǎn)換器自動(dòng)調(diào)節(jié)膠缸的膠壓。先將包裝機(jī)的運(yùn)行速度轉(zhuǎn)變成電信號(hào),然后通過(guò)I/P轉(zhuǎn)換器再把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成壓力控制信號(hào),使得膠缸內(nèi)的壓力能夠跟隨包裝機(jī)運(yùn)行速度進(jìn)行同步調(diào)節(jié)。
2.4 脈沖定位方法
針對(duì)包裝機(jī)實(shí)際運(yùn)行中膠條相對(duì)商標(biāo)紙位置出現(xiàn)偏差問(wèn)題,沒(méi)有采用傳統(tǒng)的相位方法確定刮膠起點(diǎn)和終點(diǎn)位置,而是采用了脈沖定位方法。由于膠條半徑為295 mm,即膠槍的刮膠直徑為295×2=590 mm,所以水平轉(zhuǎn)塔對(duì)應(yīng)膠槍噴嘴位置轉(zhuǎn)動(dòng)一周的周長(zhǎng)為590×π=1 853.54 mm,脈沖編碼器讀取商標(biāo)紙轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)主軸的脈沖點(diǎn)數(shù)據(jù),假設(shè)脈沖編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的脈沖點(diǎn)數(shù)為3 500,則編碼器每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)為1 853.54/3 500=0.539 6 mm,即編碼器的分辨率為0.539 6。
在確定刮膠起點(diǎn)和終點(diǎn)位置時(shí),只要選擇相應(yīng)脈沖點(diǎn)數(shù)即可獲得膠槍刮膠口相對(duì)于商標(biāo)紙的實(shí)際刮膠起點(diǎn)和終點(diǎn)位置,擺脫設(shè)備速度和時(shí)間對(duì)膠條位置的影響。同樣,膠條長(zhǎng)度也可采用脈沖點(diǎn)數(shù)確定,例如從刮膠開(kāi)始到結(jié)束共經(jīng)歷100個(gè)脈沖,則膠條理論長(zhǎng)度為0.539 6×100=53.96 mm。
實(shí)際情況中,帶動(dòng)商標(biāo)紙轉(zhuǎn)動(dòng)的水平轉(zhuǎn)塔在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是一個(gè)變加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),其運(yùn)動(dòng)速度曲線見(jiàn)圖8。從曲線可以看出,兩端位置速度較低,但變化較快;中間位置速度較高,但變化較慢。脈沖編碼器在激發(fā)脈沖時(shí),時(shí)間間隔是一定的,且整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)速度是不斷變化的,因此編碼器激發(fā)的每個(gè)脈沖點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度并不是0.539 6 mm,每個(gè)脈沖點(diǎn)在速度曲線的兩端位置對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)變化最大,在中間位置變化最小。因此,在商標(biāo)紙運(yùn)行速度曲線的中間位置選擇刮膠起點(diǎn)和終點(diǎn),就可以獲得位置和形狀準(zhǔn)確的膠條,起點(diǎn)與終點(diǎn)相對(duì)于曲線的中心軸是對(duì)稱的。
圖8 商標(biāo)紙涂膠區(qū)域運(yùn)動(dòng)速度曲線
為驗(yàn)證實(shí)際刮出的膠條效果進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試,試驗(yàn)參數(shù)包括:包裝機(jī)生產(chǎn)速度為260包/min;膠缸壓力為2.5 MPa,膠缸溫度為160℃,膠管溫度為170℃,膠槍溫度為185℃;商標(biāo)紙定量為205 g/m2,商標(biāo)紙類型為轉(zhuǎn)移鋁復(fù)合紙,其表面涂覆亞光光油;膠條長(zhǎng)度為45 mm,膠條寬度為4 mm。共選取4個(gè)樣品,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 刮出的膠條測(cè)試數(shù)據(jù)(mm)
由表1可見(jiàn),膠條長(zhǎng)度及在長(zhǎng)度方向的位置誤差相對(duì)較大,而膠條寬度及在寬度方向的位置誤差相對(duì)較小,這是因?yàn)槟z條長(zhǎng)度及長(zhǎng)度方向的位置控制主要依靠脈沖點(diǎn)控制,當(dāng)編碼器的精度較低或商標(biāo)紙轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí),都會(huì)影響脈沖點(diǎn)的采集,尤其是瞬時(shí)轉(zhuǎn)速較高時(shí),脈沖點(diǎn)的采集誤差會(huì)更大,這也是圖8中速度曲線不夠光滑的原因。而膠條寬度主要由膠槍的出膠口尺寸決定,且商標(biāo)紙相對(duì)膠槍的位置較固定,因此誤差較小。
熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng)在自粘軟盒包裝機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用情況以及測(cè)試結(jié)果表明:①刮出的膠條在長(zhǎng)度方向的位置誤差為±1.100 mm,寬度方向的位置誤差為±0.375 mm,均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),符合卷煙產(chǎn)品包裝品質(zhì)要求,能夠滿足自粘軟盒包裝機(jī)的使用需求。②在商標(biāo)紙運(yùn)行速度曲線的中間位置選擇刮膠起點(diǎn)和終點(diǎn)位置,可以獲得位置準(zhǔn)確、外觀平整美觀的膠條。③該涂膠技術(shù)可推廣應(yīng)用于其他有涂膠需求的卷煙設(shè)備。
但該涂膠系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),當(dāng)自粘軟盒包裝機(jī)的速度超過(guò)260包/min時(shí),隨著包裝機(jī)振動(dòng)幅度的增大,通過(guò)脈沖編碼器獲得的商標(biāo)紙運(yùn)動(dòng)速度曲線變得更加不光滑,在選取刮膠的起點(diǎn)與終點(diǎn)時(shí)誤差變大,由此導(dǎo)致涂出的膠條在長(zhǎng)度方向的誤差增加。因此,還需對(duì)該系統(tǒng)在高速狀態(tài)下的涂膠效果進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。
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責(zé)任編輯 曹娟
Application of Hot Melt Pressure Sensitive Adhesive Application System to YB29 Self-binding Soft Packer
XU Feng
China Tobacco Machinery Technology Center Co.,Ltd.,Shanghai 201206,China
In order to prevent the adhesive pattern on labels from misalignment,inaccurate shape or uneven adhesive thickness in a self-binding soft packets,a new type hot melt pressure sensitive adhesive application system was designed,which comprised an adhesive pot,an adhesive pipe,an adhesive gun,an operation panel,a controller,an encoder,a sensor,wherein the adhesive was applied by scraping to ensure good appearance.A label guide was designed to ensure the label positioning during scraping.The start and stop positions of scraping were monitored by pulse positioning method.I/P converter was utilized to harmonize the pressure in adhesive pot with the running speed of the packer.The scraping adhesive pattern was tested by setting its length and width 45 mm and 4 mm respectively,and the results showed that:1)The longitudinal and transverse position errors of scraped adhesive pattern were±1.100 and± 0.375 mm,respectively;which met the requirements of cigarette packing quality and satisfied the needs of self-binding soft packer.2)Setting the start and stop positions of adhesive scraping at the middle of label running speed curve would obtain an adhesive pattern with accurate position and good appearance.
Self-binding soft packet;Packer;Hot melt pressure sensitive adhesive;Adhesive pattern;Pulse positioning;Guide
TS434
B
1002-0861(2015)11-0074-05
10.16135/j.issn1002-0861.20151114
2015-06-11
2015-08-13
中煙機(jī)械集團(tuán)2013年度煙草機(jī)械科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)指令性項(xiàng)目“自粘式翻蓋軟盒包裝技術(shù)研究”(1102013327011)。
徐峰(1981—),碩士,工程師,主要從事煙草包裝機(jī)械研究工作。E-mail:xuf_126@126.com
徐峰.熱熔壓敏膠涂膠系統(tǒng)在YB29自粘軟盒包裝機(jī)上的應(yīng)用[J].煙草科技,2015,48(11):74-78.
XU Feng.Application of hot melt pressure sensitive adhesive application system to YB29 self-binding soft packer[J]. Tobacco Science&Technology,2015,48(11):74-78.