辅料供应自动启封装置设计

倪纯毅 冯毅

（四川中烟工业有限责任公司成都卷烟厂 四川成都 610066）

摘要：盘纸自动启封装置基于机械、气动和伺服技术的巧妙结合，对盘纸封口的纸头进行自动捕捉并启封封口，然后沿着既定的路径穿过各个过轮和其他装置。应用效果表明，该装置成功替代了人工手动启封、穿纸的传统工作模式，自动启封、穿纸动作稳定、可靠。解决了人工频繁启封、穿纸的工作，有效降低了操作人员的劳动强度，提高了设备的自动化程度。

关键词：辅料供应设备、盘纸自动更换机、启封装置、穿纸

1. 概述

在卷烟生产过程中，成形纸、卷烟纸、接装纸是必不可少的生产辅料，通常为一定规格的盘卷形式供给到滤嘴棒成型机组和烟支卷接机组，这些生产辅料俗称为盘纸。目前较为普遍的盘纸更换方式为采用机组自带的半自动盘纸更换模块，即在正在供料的旧盘纸用尽前，需要人工进行新盘纸更换、启封、穿纸、贴胶等工作，然后由设备自动完成新旧盘纸的在线接续工作。但是随着各卷烟生产企业不断提高对卷烟生产速度及其质量的要求，对卷烟生产过程中的各个工序设备的自动化程度提出更高要求，因此半自动盘纸更换方式已不能满足现代卷烟的需求。

盘纸自动更换机是一种辅料供应设备，是作为卷接机组和成型机组等工艺过程中的关键辅联设备，主要作用是自动完成盘纸的更换、启封、穿纸、接续、废料收集和不停机连续供料等工作。盘纸自动更换机的启封功能主要由启封装置来实现^[1]。

2. 启封装置

   1. 启封结构

盘纸自动启封装置的主要作用是完成对盘纸的启封，使纸头从盘纸上剥离出来，以便实现后续的穿纸功能。启封装置的关键技术是实现适用于不种类型的盘纸启封，且适用于各种形式的盘纸纸头封口，也就是说，启封装置的结构设计是该装置的技术关键。该装置采用机械、气动和伺服技术相结合^[2]。

如图 2‑1所示，启封装置的结构主要由连杆机构、气缸、取纸刀、压纸杆和带减速箱的伺服电机构成。取纸刀及压纸杆安装在摆臂一端，摆臂另一端安装在旋转轴上，旋转轴与伺服电机相连，以便在伺服电机带动下，使旋转轴转动后，带动摆臂摆动位移，实现盘纸启封的同时将盘纸拉出，并沿既定路线轨迹，绕过各个过轮完成穿纸功能。摆臂、连杆和连接件组成一个四连杆结构，使得取纸刀的角度随着摆臂旋转而变化。

取纸刀上设置有负压孔，负压孔沿盘纸宽度方向设置，其大小、数量可根据盘纸类型和宽度做相应调整，以便更好地吸附盘纸纸头，压纸杆上设置有凹槽和置于凹槽中的o型圈，o型圈可增加压纸杆与盘纸纸头的接触面积和摩擦力。压纸杆安装在气缸上，压纸杆依靠气缸伸缩而水平移动，以实现压纸杆压住盘纸纸头。

1.负压孔 2.o型圈 3.取纸刀 4.压纸杆 4.取纸刀 5.连接件

6.连杆 7.气缸 8.摆臂 9.减速箱 10 伺服电机

图 2‑1 启封装置结构

1. 2. 启封工位

1.取纸刀运行轨迹 2.初始位置 3.启封位置 4.穿纸位置

图 2‑2 启封装置取纸刀工位

如图 2‑2所示，启封装置主要有三种工位：初始位置、启封位置、穿纸位置。这些工位对摆臂的位置要求较高，通过伺服电机来驱动摆臂，使摆臂的定位精度可以控制在0.1°以内。当启封装置在不工作状态时处于初始位置；当启封装置进行启封纸头时处于启封位置；当启封装置牵引纸头进行纸带穿绕时处于穿纸位置。

1. 3. 启封原理

      1. 压紧盘纸

启封前，启封装置远离新盘纸，因此需先让启封装置靠近未开封盘纸。首先启封装置旋转到启封位置后，然后固定启封装置的升降平台缓慢向上移动（如图 2‑3），使启封装置的取纸刀向未开封盘纸接近直至压在盘纸上。通过对驱动摆臂的伺服电机的扭矩值的分析，当取纸刀压紧盘纸时，伺服电机输出的扭矩值会明显增大，从而使控制系统判断出取纸刀已压在未开封盘纸的情况，此时电控系统立即停止升降平台的移动。

1.未开封盘纸 2.升降平台 3.纸头 4.压纸杆 5.取纸刀

图 2‑3 启封装置取纸头

1. 1. 2. 夹取纸头

为了提高识别纸头的成功率，启封装置在启封位置应能确保取纸刀与未开封盘纸外圆相切。启封装置的取纸刀压紧盘纸后，连通取纸刀口的负压孔的真空发生器开始工作，使负压孔附近形成负压区。然后随着盘纸轴的驱动，使得未开封的盘纸绕着轴线旋转，旋转一定角度后，盘纸纸头即可进入启封刀口内。此时分布于取纸刀口的负压孔即可将盘纸纸头吸附于取纸刀口上，同时负压传感器发出信号，通过电控系统控制电磁阀动作，压纸杆气缸伸出，使固定在气缸上的压纸杆压紧盘纸纸头于取纸刀上。

1. 1. 3. 启封纸头

取纸刀和压纸杆夹住纸头后，固定启封装置的升降平台向下移动定位至某一位置，使启封装置的取纸刀脱离盘纸，同时纸头随着取纸刀的移动而被剥离出盘纸，如此便完成了盘纸的启封。然后启封装置的摆臂旋转至穿纸位置，之后再配合上升降平台向下移动至下限位，启封装置就可以牵引着纸头穿绕过若干过轮和其他装置，这样就实现了自动穿纸的功能。

3. 盘纸要求

为了达到启封装置自动识别出纸头并将其从盘纸上剥离出来的功能，需要对设备使用的盘纸纸头的封口形式提出要求。

成形纸、卷烟纸、接装纸经由分切、复卷后形成定制宽度的盘状卷料^[3]，其内芯是内径环，材料带均匀缠绕在内径环上，缠绕边缘对齐并紧实，内径环的宽度与材料宽度保持一致。复卷完成后会在盘纸最外圈进行封口。封口主要有两种形式，如下图所示，封口A是双面胶片粘在盘纸最外圈的第二层和第一层材料之间，然后在第一层材料外侧粘标签纸；封口B是双面胶片粘在盘纸最外圈的第二层和标签纸之间，然后标签纸另一端再与盘纸最外圈的第一层粘连。

1，2.盘纸最外圈的第二层和第一层 3.粘接层 4.标签层 5.双面粘接片 6.夹层材料

图 3‑1 盘纸纸头封口形式

盘纸外圈必须具有至少2N/mm的抗拉强度，材料厚度为0.1至0.2mm。突出的连接片形成的纸头长度L为15到30mm，纸头触及盘纸表面，不能卷起翘边甚至向后对折。封口粘接段在相互拉开时必须能分开。用于撕开粘接段的径向拉力不得超过10N，分开后，分离面上不得有粘性。

4. 应用效果

该结构在负压式取纸刀和压纸杆之间形成一个导气式气流区域带，用于展开折卷的盘纸纸头，避免了因盘纸纸头折卷而出现失败。取纸刀自动完成了盘纸纸头的吸附、启封及穿纸功能，提高了自动启封的稳定性、可靠性，整体结构简单，便于安装、调试和维护，工作效率高，启封准确，且适宜于多种类型的盘纸和多种盘纸封口方式，替代了人工手动操作，降低了劳动强度和人工成本，提高了产品和生产线的自动化程度，提高了卷烟企业现场管理水平。

参考文献

[1] 许昌烟草机械有限责任公司。YF75型盘纸自动更换机使用说明书[G].2019.

[2] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2010.

[3] 德国HAUNI公司.BOB-ME使用说明书[G].2010.

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