楊明權(quán)，呂小波，潘永華，覃志宏，張樹方，李 旭，包崇斌，竇劍峰，韓金江

紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司玉溪卷煙廠，云南省玉溪市紅塔大道118號 653100

與傳統(tǒng)卷煙不同，加熱不燃燒卷煙是利用特殊熱源對煙絲進(jìn)行加熱（500℃以下甚至更低）而不燃燒的新型煙草制品［1］，因其采用較低的溫度加熱煙草原料，使煙堿的轉(zhuǎn)移與吸煙的某些特征相匹配，兼顧了煙堿滿足感和煙草香味的需求。加熱不燃燒卷煙采用的再造煙葉基材具有較強(qiáng)的吸濕性，氣溶膠和香味成分也具有一定的揮發(fā)性，為保證卷煙包裝拆封后的保香保潤，通常采用雙鋁包包裝方式，即采用兩個(gè)獨(dú)立內(nèi)包設(shè)計(jì)以減緩香氣和水分的散失。目前雙鋁包生產(chǎn)主要采用手工包裝方式，內(nèi)襯紙折疊質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低。而國內(nèi)對于加熱不燃燒卷煙的研究主要集中在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)［2-3］、物理化學(xué)分析［4-5］、熱分析［6-7］和材料應(yīng)用［8］等方面，對于加工制造工藝和設(shè)備，特別是利用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的研究報(bào)道較少，加熱不燃燒卷煙雙鋁包生產(chǎn)的包裝設(shè)備仍處于開發(fā)階段。其中，鐘明［9］通過對FOCKE700S包裝機(jī)組鋁箔紙折疊及雙路同步原理進(jìn)行分析，為FOCKE350包裝機(jī)組的雙路改進(jìn)提供了思路；莫錦秋等［10］研制了一種高速卷接機(jī)組鋁箔紙模盒折疊成型機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)雙路并排生產(chǎn)，提高了卷接機(jī)組的運(yùn)行速度和穩(wěn)定性。為此，根據(jù)雙鋁包包裝方式要求設(shè)計(jì)了一種雙鋁包內(nèi)襯紙折疊并包裝置，通過對FOCKE350包裝機(jī)組進(jìn)行改進(jìn)將單路直包改為雙路直包，旨在滿足加熱不燃燒卷煙包裝功能要求，提高卷煙包裝生產(chǎn)效率。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

加熱不燃燒卷煙工藝要求將雙鋁包包裝在一個(gè)煙盒內(nèi)，在不改變FOCKE350包裝機(jī)組設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和外形尺寸的前提下，設(shè)計(jì)了一種雙鋁包內(nèi)襯紙折疊并包裝置。該裝置主要由內(nèi)襯紙折疊機(jī)構(gòu)、內(nèi)襯紙并包機(jī)構(gòu)、內(nèi)框紙插入機(jī)構(gòu)、內(nèi)折角器組件及控制導(dǎo)軌等部件組成，見圖1。

圖1 雙鋁包內(nèi)襯紙折疊并包裝置機(jī)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of structure of double aluminum foil innerliner folding and combining system

1.1 內(nèi)襯紙折疊機(jī)構(gòu)

雙鋁包內(nèi)襯紙折疊機(jī)構(gòu)包括內(nèi)折角器、跟隨折角器、下折疊器等部件，見圖1。外擺臂18、內(nèi)擺臂23的一端通過螺栓軸與折疊并包裝置底板12連接，且可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)；內(nèi)外擺臂的中間位置安裝有滾子30、38，滾子30在內(nèi)側(cè)導(dǎo)軌4的槽內(nèi)，滾子38在外側(cè)導(dǎo)軌9的槽內(nèi)，內(nèi)側(cè)導(dǎo)軌4與內(nèi)側(cè)機(jī)架固定連接，外側(cè)導(dǎo)軌9與外側(cè)機(jī)架固定連接；內(nèi)外擺臂的另一端與支座28連接，支座28上安裝有內(nèi)跟隨折角器29和外跟隨折角器39。當(dāng)?shù)装?2左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)跟隨折角器29通過控制導(dǎo)軌4的軌跡跟隨內(nèi)半模盒22運(yùn)動(dòng)，折疊內(nèi)包煙頂部外側(cè)折角；同理，外跟隨折角器39通過控制導(dǎo)軌9的軌跡跟隨外半模盒20運(yùn)動(dòng)，折疊外包煙頂部外側(cè)折角。底板12上安裝有支座7，上方采用銷軸連接內(nèi)折角器5、8，內(nèi)折角器左端為折疊工作面，右端安裝有滾子，滾子插入折角器控制導(dǎo)軌6的槽內(nèi)，利用螺栓將折角器控制導(dǎo)軌6與連接板2和內(nèi)側(cè)上壓板3連接在一起。工作時(shí)，煙組定位器21通過控制內(nèi)側(cè)滑動(dòng)架31上的導(dǎo)軌32的軌跡并帶動(dòng)擺桿33運(yùn)動(dòng)，以保證定位器能夠阻擋內(nèi)包煙底部，使跟隨折疊器、內(nèi)折角器和下折疊器在折疊時(shí)煙包不發(fā)生移動(dòng)。

由圖2可見，兩組2×5排列形式的煙組進(jìn)入組煙模輪，組煙模輪轉(zhuǎn)動(dòng)至底端與雙通道平齊時(shí)，煙組被連續(xù)運(yùn)行的第一輸送鏈上的兩塊推煙器從組煙模輪內(nèi)推出，進(jìn)入第一往復(fù)槽。內(nèi)襯紙帶通過壓紋輥壓紋后由一對牽引輥送入剪切機(jī)構(gòu)，切割成定長的兩張內(nèi)襯紙，并由負(fù)壓吸輥向下輸送至Ⅰ工位，第一往復(fù)槽上的活動(dòng)套口將煙組由第一推進(jìn)器推入切割完成的內(nèi)襯紙中，經(jīng)第一往復(fù)槽預(yù)折過的內(nèi)襯紙包裹著煙組進(jìn)入第二通道Ⅱ工位，再通過折疊犁完成內(nèi)襯紙底部內(nèi)外兩個(gè)折角2a、2a′的折疊，同時(shí)內(nèi)襯紙將煙組包裹成“U”型，即折疊2b、2b′；輸送鏈以速度v到達(dá)Ⅲ、Ⅳ工位，由第二通道的內(nèi)襯紙固定折疊器折疊下長邊3a、3a′和上長邊4a、4a′；包裹內(nèi)襯紙的雙鋁包被第一推進(jìn)器推出，進(jìn)入折疊并包裝置的半模盒內(nèi)，在Ⅴ工位，折疊并包裝置以速度v1向前加速運(yùn)行，內(nèi)外半模盒以速度v2相向運(yùn)動(dòng)，內(nèi)外折角器及跟隨折角器預(yù)折疊頂部折角5a、5a′；在Ⅵ工位，內(nèi)外半模盒逐漸接近，雙鋁包靠攏，頂部折角5a、5a′折疊完成；折疊并包裝置繼續(xù)運(yùn)行，折角器由導(dǎo)軌控制打開，在Ⅶ工位下折疊器向上運(yùn)動(dòng)折疊頂部下長邊6a；在折疊犁的出口處Ⅷ工位，雙鋁包與剪切后的內(nèi)框紙一起進(jìn)入折疊并包裝置，由推出推板折疊煙包頂部上長邊7a，再與內(nèi)框紙匯合后進(jìn)入商標(biāo)紙折疊轉(zhuǎn)塔模盒內(nèi)。

圖2 內(nèi)襯紙折疊過程圖Fig.2 Process of innerliner folding

1.2 內(nèi)襯紙并包機(jī)構(gòu)

內(nèi)襯紙并包機(jī)構(gòu)包括滑動(dòng)架、半模盒、控制導(dǎo)軌等部分，見圖1。底板12通過定位銷軸13與內(nèi)、外側(cè)滑動(dòng)架31、37連接并由螺栓緊固，由內(nèi)外側(cè)滑動(dòng)架帶動(dòng)折疊并包裝置加速向前移動(dòng)。底板12上安裝有直線導(dǎo)軌16、25，直線導(dǎo)軌與連接板17、24通過螺栓緊固，連接板17、24則通過導(dǎo)軌16、25滑動(dòng)；連接板17前端連接外半模盒20，后端安裝有滾柱40，滾柱插入外半模盒控制導(dǎo)軌14槽內(nèi)，外半模盒20根據(jù)控制導(dǎo)軌的凸輪軌跡實(shí)現(xiàn)模盒左右運(yùn)動(dòng)；連接板24前端連接內(nèi)半模盒22，后端安裝有滾柱40，滾柱40插入內(nèi)半模盒控制導(dǎo)軌27槽內(nèi)，內(nèi)半模盒根據(jù)控制導(dǎo)軌的凸輪軌跡實(shí)現(xiàn)模盒左右運(yùn)動(dòng)，內(nèi)外半模盒間的間隙可通過螺釘15、26進(jìn)行調(diào)節(jié)；控制導(dǎo)軌14用螺栓緊固在內(nèi)框紙輸送底板11上，底板上的腰形孔可調(diào)節(jié)外半模盒的并包起始相位；控制導(dǎo)軌27用螺栓緊固在支撐板1上，支撐板1左右端分別與機(jī)架連接，通過控制導(dǎo)軌27上的腰形孔可調(diào)節(jié)內(nèi)半模盒的并包起始相位，并包完成后模盒進(jìn)入鎖緊位置。完成底部折角及側(cè)長邊折疊的雙鋁包被第一輸送鏈推煙器推入內(nèi)外半摸盒22、20內(nèi)，由于并包裝置的線速度比第一輸送鏈推煙器線速度快，此時(shí)并包裝置要快速移動(dòng)煙包，避免頂部未完成折疊的內(nèi)襯紙與推煙器發(fā)生干涉。上述過程完成后，底板12向前移動(dòng)，接收下一個(gè)相位煙包進(jìn)入模盒進(jìn)行并包折疊。

1.3 內(nèi)框紙插入機(jī)構(gòu)

由圖1可見，內(nèi)框紙插入機(jī)構(gòu)將經(jīng)過壓紋和切割后的內(nèi)框紙輸送至底板11的輸送槽內(nèi)，輸送槽右側(cè)安裝有導(dǎo)板10，內(nèi)框紙由輸送槽上方的步進(jìn)齒形帶送入內(nèi)側(cè)上壓板3和外側(cè)上壓板19的下方時(shí)，由內(nèi)外半模盒上的凸耳推動(dòng)內(nèi)框紙沿輸送通道向前運(yùn)行，再由凸輪四桿機(jī)構(gòu)控制的折疊犁和內(nèi)框紙推板將內(nèi)框紙和雙鋁包煙推出并匯合，最后將包裹有內(nèi)框紙的雙鋁包推入包裝輪進(jìn)行商標(biāo)紙包裝。由于改進(jìn)后未改變原機(jī)組設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，雙鋁包煙支排列為2×2×5時(shí)，雙鋁包厚度減小，寬度增大，導(dǎo)致內(nèi)框紙的兩個(gè)折邊尺寸變小，進(jìn)而造成內(nèi)框紙插入雙鋁包時(shí)狀態(tài)不穩(wěn)定。為解決此問題，在內(nèi)框紙被推入上壓板下方、半模盒向前運(yùn)行時(shí)，通過導(dǎo)軌將內(nèi)框紙下降4 mm；在并包完成后內(nèi)框紙插入雙鋁包前，通過導(dǎo)軌再次將內(nèi)框紙下降4 mm，即內(nèi)框紙下降8 mm后，內(nèi)框紙插入雙鋁包時(shí)可以保證內(nèi)框紙與煙包保持平行狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

1.4 關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)

1.4.1 內(nèi)折角器組件

內(nèi)折角器組件由折角器1、基座2、螺栓3、銷釘4、緊定螺釘5等組成，見圖3?；?與并包裝置的底板通過螺栓連接，折角器1通過螺栓3與基座2連接，基座螺紋孔為通孔，可通過緊定螺釘5鎖緊螺栓3。折角器1上安裝的軸承由銷釘4和緊定螺釘5固定，軸承與控制導(dǎo)軌配合使折角器1動(dòng)作，并保證折角器1靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖3 雙鋁包內(nèi)襯紙內(nèi)折角器組件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of structure of inner angle folder

1.4.2 內(nèi)折角器控制導(dǎo)軌

由圖4可見，當(dāng)煙包被第一推進(jìn)器推出，脫離第一推進(jìn)器進(jìn)入半模盒內(nèi)時(shí)，折角器為合攏狀態(tài)，半模盒并攏時(shí)完成內(nèi)襯紙折疊，軸承按照控制導(dǎo)軌軌跡1運(yùn)行；當(dāng)折角器為動(dòng)作狀態(tài)時(shí)，軸承按照控制導(dǎo)軌軌跡2運(yùn)行，此時(shí)下長邊折疊器工作，與折角器互不干涉；當(dāng)折角器快速打開至回程結(jié)束時(shí)，軸承按照控制導(dǎo)軌軌跡3運(yùn)行。

圖4 內(nèi)折角器控制導(dǎo)軌軌跡示意圖Fig.4 Schematic diagram of control guide trajectory of inner angle folder

2 應(yīng)用效果

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)備：FOCKE350包裝機(jī)組（德國FOCKE公司）。

方法：FOCKE350包裝機(jī)組安裝雙鋁包內(nèi)襯紙折疊并包裝置后，按60包/min生產(chǎn)速度運(yùn)行，根據(jù)云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電加熱不燃燒卷煙 第4部分：感官技術(shù)要求》，組織評吸專家分別對MC卷煙和對照卷煙進(jìn)行評吸對比；根據(jù)GB 5606.3—2005《卷煙 第3部分：包裝、卷制技術(shù)要求及貯運(yùn)》［11］對卷煙外觀質(zhì)量進(jìn)行檢測，統(tǒng)計(jì)卷煙包裝合格率，檢測周期為4個(gè)月，取平均值。

2.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可見，MC卷煙總分略高于對照卷煙，其香氣溫和甜潤且較為豐富細(xì)膩，口感舒適自然，余味較干凈，勁頭較為適中，刺激性很小，表明雙鋁包裝方式有效保障了卷煙成品的香氣和水分。

表1 MC卷煙和對照卷煙評吸結(jié)果對比Tab.1 Comparison of sensory evaluation results between MC and the control

由表2可見，F(xiàn)OCKE350包裝機(jī)組采用雙路直包生產(chǎn)雙鋁包加熱不燃燒卷煙時(shí)，卷煙外觀質(zhì)量合格率平均為97.4%，可以滿足生產(chǎn)需求。

表2 MC卷煙外觀質(zhì)量合格率統(tǒng)計(jì)Tab.2 Qualified rate of MC cigarette appearance

3 結(jié)論

在不改變FOCKE350包裝機(jī)組設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和外形尺寸的前提下，設(shè)計(jì)了雙鋁包內(nèi)襯紙折疊并包機(jī)構(gòu)、內(nèi)框紙插入機(jī)構(gòu)、內(nèi)襯紙內(nèi)折角器等部件，通過將單路直包改為雙路直包，并將內(nèi)框紙輸送導(dǎo)軌高度下降8 mm，實(shí)現(xiàn)了雙鋁包卷煙規(guī)?；妥詣?dòng)化生產(chǎn)，較好地滿足了加熱不燃燒卷煙保香保潤的包裝要求。以玉溪卷煙廠生產(chǎn)的“MC（美西）”牌加熱不燃燒卷煙為對象進(jìn)行測試，結(jié)果表明：改進(jìn)后FOCKE350包裝機(jī)組生產(chǎn)的雙鋁包包裝加熱不燃燒卷煙，總分略高于對照卷煙，感官評吸質(zhì)量良好，有效保障了卷煙成品的香氣和水分；卷煙外觀質(zhì)量合格率為97.4%，能夠滿足卷煙工藝標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以滿足卷煙包裝形式多樣化，提高包裝設(shè)備的生產(chǎn)效率。