摘要：为解决GDX2包装机组换牌生产时人工调整烟包调头装置操作繁琐、耗时长等问题，设计了一种便捷式烟包调头装置。该装置主要由前/后导烟轮驱动装置、导板等部分组成，改进后将单导向轮改为双导向轮，通过电控系统控制旋转气缸带动两个导向轮转动，实现导向轮的快速调头切换。以GDX2包装机组生产的“贵烟（硬黄精品）”牌卷烟为对象进行测试，结果表明：改进后装置能够快速调整烟包方向，烟包调头切换时间减少24 min/次，烟包外观质量满足工艺要求。该装置可为提高卷烟包装设备的运行效率提供技术支持。
关键词：GDX2包装机组；烟包；调头装置；导烟轮；旋转气缸
GDX2包装机组是由意大利GD公司设计制造的硬盒卷烟包装设备［1］，生产性能稳定，是目前国内卷烟生产企业的主力包装设备［2］。但在生产不同品牌卷烟时，由于小盒包装拉线方向不同，烟包进入CH小盒透明纸包装机的方向也不同。因此，在车间换牌生产时，需要人工调整GDX2小包输送通道上的烟包调头装置，将通道上的烟包进行调头换向，每次拆装调整耗时费力，从而影响到设备生产效率。针对此问题已有相关研究，王平等［3］通过调整烟包进入CH小盒透明纸包装机的方向，解决了因烟包碰撞入口挡板而造成烟支空头问题。苏克健等利用吸风负压转向装置将硬盒小包旋转90°后输送到同步输送带上，可有效防止烟包在输送通道转弯处因撞击挡烟板而产生烟支空头或缩头现象。叶寅飞在原转向装置的行星齿轮机构中增加了一组过渡齿轮，可使烟包在输送过程中自动旋转180°，提高了设备运行效率。郑万青在输入与输出通道的转接处设置了转向盘，解决了烟支缩头、机器漏油污染烟包等问题。黄启明［7］通过对烟包通道进行变频改造，实现了烟包柔性输送，解决了烟包损伤和烟支缩头问题。而对于能够改变烟包输送方向的调头装置则研究报道较少。为此，通过对原烟包调头装置结构进行分析，设计了一种便捷式烟包调头装置，以期能够快速调整烟包方向，减少换牌时间，提高生产效率。
1 问题分析
1.1 装置结构
GDX2原烟包调头装置主要由输送带、带轮、过桥辊、皮带轮、圆皮带、转向轮、堵包检测机构、内导板和外导板等部分组成，见图。在生产中，调头装置由带轮驱动输送带和圆皮带转动，当烟包从右向左竖向进入该装置时，在输送带和圆皮带的带动下烟包向左移动；当经过转向轮时调整烟包的前进方向，改为横向传送；烟包通过内外导板进入通道，输送至下游机。如果烟包通过转向轮时不够顺畅，堵塞的烟包就会挤压转向轮，进而触发堵包检测机构发出停机指令，主机停机。
在换牌生产时，如果当前生产的小盒烟包拉线方向与上一个品牌不同，则需要人工调整烟包方向。人工调整步骤为：①先把转向轮和堵包检测机构拆下；②再将张紧轮和支座拆下，安装到对面另一侧；③将拆下的转向轮和堵包检测机构安装到对面另一侧位置；④调换内导板和外导板的安装位置；⑤调整圆皮带位置；⑥带料调试。随机统计10次人工拆装调整烟包调头装置的时间，结果见表1。可见，由于调整操作繁琐，平均耗时约25 min/次，如果生产换牌较多，则需要频繁调整调头装置，耗费时间较长。
便捷式烟包调头装置主要由前导烟轮驱动装置、后导烟轮驱动装置、导板等部分组成，见图。改进后的调头装置主要是将原机的单侧转向装置改为前后两套导烟轮驱动装置，并将原机的机械拆装调整方式改为电气控制气路切换调整方式。当换向开关转换到前导烟轮驱动装置时，旋转气缸电磁阀得电，气缸控制转向轮轮臂摆动到工作状态，烟包进入输送通道，同时该侧堵包检测机构导通工作，烟包方向为滤嘴端在前；同理，当换向开关转换到后导烟轮驱动装置时，烟包方向为点燃端在前。
便携式烟包调头装置示意图
1.前导烟轮驱动装置 2.后导烟轮驱动装置 3.导板
前/后导烟轮驱动装置为对称式结构，主要由旋转气缸、转向轮、堵包检测机构等部分组成，见图3。其中，旋转气缸的作用是控制转向轮的工作状态；转向轮重新设计，将原来的内安装一字摆臂改为外安装U型轮臂，轮臂由滑动轴承和摆杆组成（图4），轮片尺寸与原件一致；堵包检测机构的工作原理与原装置基本相同，只是将拉簧由内部转移到外部，以方便调整堵包检测的灵敏度。
图3 导烟轮驱动装置示意图
1.旋转气缸 2.转向轮 3.堵包检测机构
图4 轮臂示意图
1.滑动轴承 2.摆杆
原机内导板的扩口长度为45 mm，扩口角度为16°；外导板的扩口长度为105 mm，扩口角度为9°。为满足调头装置换向时免拆装、免调试要求，应将内/外导板结构设计为相同尺寸。取原机内/外导板现有的扩口长度和角度进行测试，结果见表2。可见，当导板扩口长度为105 mm，扩口角度为9°时，堵包次数为0，烟包输送顺畅。
表2 导板测试数据
2.3 电气及气路控制
2.3.1 电气控制
电气控制系统采用直流24 V电压驱动，前/后导烟驱动装置的堵烟停机信号并联接入烟机控制系统，见图5。当换向开关转换到前/后导烟轮驱动装置时，相应电磁阀驱动气动元件接通，完成前/后驱动装置控制，其对应的堵烟停机信号也自动完成切换。
图5 改进后电气控制结构图
2.3.2 气路控制
气路控制系统主要由1个调压过滤器1、2个旋转气缸和2个二位五通电磁阀（Y1和Y2）组成，见图6。工作原理为：调压过滤器的工作气压为0.8 MPa，当开关转换到Y1工作状态时，电磁阀Y1得电，工作气路导通，驱动旋转气缸带动前导烟轮装置进入工作位；同时Y2切换到非工作状态，电磁阀Y2失电，非工作气路导通，驱动旋转气缸带动后导烟轮装置退出工作位。当开关转换到Y2工作状态时，工作流程相反。
图6 改进后气路控制结构图
1.调压过滤器 2.左旋转气缸 3.右旋转气缸
3 使用效果
3.1 试验设计
材料：“贵烟（硬黄精品）”牌卷烟（贵州中烟工业有限责任公司毕节卷烟厂提供）。
设备：GDX2包装机组（意大利GD公司）。
方法：GDX2包装机组以生产速度380包/min稳定运行，对改进后烟包调头装置进行测试。切换次数为8次（只测试调头装置的烟包快速换向功能，测试烟包并不进入CH小盒透明纸包装机），统计切换时间、堵包次数、小包外观质量缺陷等数据。为检验设备的稳定性，半年后在相同生产条件下重复进行第二次测试。
3.2 数据分析
表3可见，在生产换牌时，便捷式烟包调头装置实现了开关一键切换，切换时间由改进前的25 min/次减少到1 min/次，且烟包外观质量均符合GB 5606.3—2005《卷烟 第3部分：包装、卷制技术要求及贮运》工艺要求。测试中出现的两次堵包现象均为上道工序中烟包损坏所致，与调头装置无关。
表3 改进后烟包调头装置测试数据
4 结论
在GDX2包装机组原烟包调头装置的基础上，设计了一种便捷式烟包调头装置，实现了快速调整烟包方向以及一键切换功能。以GDX2包装机组生产的“贵烟（硬黄精品）”牌卷烟为对象进行测试，结果表明：改进后烟包调头切换时间减少24 min/次，未出现堵包现象，烟包外观质量达到工艺要求，有效提高了卷烟包装生产效率。该装置可在其他同类型包装机组上推广应用。
