摘要：本文针对YB45硬盒包装机频繁出现小盒内烟支排列错位的质量问题，通过分析总结其产生的主要原因为：设备高速旋转时产生的离心现象和烟包在传递过程中部分位置存在一定活动空间所致。为此，通过对四号轮盒模、四号轮上圆弧压板、五号轮盒模等部件的一系列设计改进，有效解决了烟支排列错位的质量缺陷，提高了产品质量和设备运行效率。
关键词： YB45包装机； 烟支排列错位；离心现象；四号轮；五号轮
中图分类号：TH162+.1 文献标识码：B
1概述
ZB45硬盒包装机是目前国内烟草包装设备的主流机型，设计生产能力为400包／分钟。而YB45硬盒包装机是ZB45包装机组的一个单机，其主要功能是将来自上游设备的烟支以20支按7-6-7形式排列为一个烟组，外面包裹铝箔纸、内框纸、商标纸，经过折叠胶粘而完成烟支的包装，形成合格的硬盒烟包，并将合格烟包输送给下游设备。实际生产中，烟包内烟支排列错位（7-7-6）的现象较为常见，且排列错位与机器的运行速度成正比，严重影响了小包成型的质量。
近年来，行业内也提出了缩小部分模盒内腔尺寸的思路，但实际过程中仍然不能完全消除烟支排列错位现象。现结合现有经验并延伸，对烟支排列错位产生的具体原因进行归纳分析，提出相应对策，以改进卷烟包装质量。
2 烟盒内烟支排列错位的现状：
烟支排列错位质量缺陷是指烟包内的烟支在包装成型过程中，由原来设计要求的7-6-7排列形式变成如图1中右图所示的7-7-6形式。由图1可以看出，在设备运动过程中，部分烟包内按7-6-7排列的烟支之间产生相对运动--中间一排6支烟向右移动至盒模边缘与上下两排烟支对齐，而上下两排最左端的两支烟则分别向中间移动，最终形成排列错位的现象。
7-6-7排列的烟组 烟支错排的烟组
图1烟组排列正误对比示意图
经过跟踪观察发现（经验丰富的操作工凭借手感即可在不拆开烟包的情况下将错排烟包辨认出来），盒内烟支虽然出现错排，但其排列形式仍然较为固定，如图2所示，远离铝箔纸折叠合逢处的1列只有两支，其它6列均为3支。产生烟支排列错位的烟包均具有以下两个特征：烟包内的铝箔纸包裹完好，烟支表面无任何皱褶或凹痕。烟包内铝箔纸包裹完好的实质是：根据盒模内包装成形的基本原理，烟包在第一次成形时，其烟组内的排列应该正确无误，否则其铝箔纸的包裹成形必将产生缺陷，烟包方正度必受影响。烟支表面无缺陷表明烟组未直接受到其它外力的冲击，否则烟支褶皱、凹陷一定会伴随着铝箔纸的包裹缺陷同时出现。
图2铝箔烟包内烟支错排示意图
3原因分析
烟支排列错位从本质上来说是烟支之间产生相对位移，而物体产生相对位移必须具备两个条件：力以及空间。为此，从以上两方面对烟支错排现象产生的原因进行分析。
生产过程中，烟组排列成型、烟支输送盒模、一号轮、二号轮及三号轮均未检测出烟支排列错位缺陷。该缺陷最早出现于四号轮盒模内，随后五至八号轮内也相继发现。而小盒烟包在六号轮处已经成型，且外层有硬度较高的商标纸约束和保护，烟包内烟支没有移动空间，也不会受到外部冲击，发生排列错乱的可能性为零。因此，可以排除烟包在六号轮及后续包装过程中产生烟支排列错位的情况。
综上所述，烟包内烟支发生错乱的位置应该是四号轮、五号轮部位。现逐一对其分析，具体如下：
3.1四轮转动阶段烟支排列错位的情况分析：
四号轮是一只外侧安装有八个盒模、水平放置、按逆时针方向转动的回转体。烟包放置在盒模中随轮体按50转/分钟的速度做间歇式旋转，由于离心力的作用，内部烟支产生向外位移的趋势。
由于四号轮盒模上圆弧压板的工作宽度仅为5mm，小于单支烟直径7.8mm，与没有出现烟支排列错位现象的三号轮圆弧压板26mm的宽度相比，约束有限。这样导致烟包纵向位置只有1列烟支可承载压力，其余6列烟支均不受压力，在卷烟纸静摩擦系数u一定的情况下，根据计算公式最大静摩擦力Fmax=μN (N表示正压力)可知，部分烟支的最大静摩擦力较小，难以维持烟支做圆周运动的向心力，产生离心现象，存在向外运动的趋势（见图3分解图Ⅰ）。
烟包内上、下两排烟支受到盒模内腔壁对其的约束，无法向外移动。但中间一排只有6支烟，且距离盒模外侧内腔壁尚有一定距离，在四号轮做圆周运动时产生离心现象，中间一排烟支挤开上、下两排烟支，向外移动，当受到盒模内壁限制时便停止位移。此时，三排烟支处于右对齐的排列状态（见图3分解图Ⅱ）。中间一排烟支向右位移后，其左侧就留出了较大的活动空间。此时，上下两排最左侧的烟支，分别向中间靠拢产生错动，最终形成了如图3中分解图Ⅲ的排列状态。
图3 四号轮内烟支错排示意图
3.2五号轮产生烟支排列错位的情况分析：
当四号轮提升杆上升到顶端时，其上平面与五号轮盒模的左、右半模及底面组成容纳烟包的内腔，此内腔尺寸大小是烟支排列发生变化的关键。在这个位置上测量提升杆上平面与五号轮模盒底面距离是24.5mm，而容纳的烟包厚度只有22mm，比其高了2.5mm。（见图4）
图4：烟包在五号轮盒模中的位置
也就是说烟包到达五号轮模盒后，与模盒间存在2.5mm间隙。宽度方向上，烟包与模盒尺寸都是55.4mm，两者此方向正好吻合没有间隙，可以排除。由于烟包在模盒厚度方向上有2.5mm间隙，烟包的铝箔纸有张开空间，五号轮高速间歇转动时，在启动和停止的瞬间惯性作用下，烟支被冲击，挤压一边，烟包内烟支也容易出现7-7-6排列。可见在厚度上，模盒内腔尺寸大于烟包的，是此处烟支排列错误的主要原因。
4解决方法
4.1四号轮处烟支排列错位现象的解决办法：
主要为消除离心力影响，为此需增大与盒模内烟支运动趋势方向相反的静摩擦力，由于烟支静摩擦力与所受压力成正比例关系，简洁的途径便是增加四号轮盒模外圆弧压板的工作面宽度，以此增大对烟支承载的压力。由于盒模结构与圆弧压板宽度的限制关系，为保证四号轮旋转过程中压板能顺利通过盒模中的导槽，须同步增大导槽宽度。
盒模中原槽的宽度为20mm，在不破坏原件基本结构的基础上，通过测绘最大可将槽的宽度改为30mm，之后根据新槽宽度及圆弧半径计算，盒模外圆弧压板的工作面最大可加宽到22mm。图5为改进前后的四号轮圆弧压板示意图。
改装前 改装后
图5 四号轮圆弧压板示意图
图6为改进前后的四号轮圆弧压板与四号轮盒模工作配合的示意图。可以看出，改进后的圆弧压板对盒模内烟支的限位作用明显加大。通过在一台硬线机组连续一周的跟踪试验对比，见表1，发现四号轮的烟支排列错位现象基本消除。
改装前 改装后
图6 四号轮圆弧压板工作配合示意图
