摘要: 随着国内异型条盒卷烟发展迅速，品规数量迅速增加，且各品规之间条盒包装形式和外观尺寸之间存在着不小差异，商业批发量和品规数量增长率达到50%以上。预成型条盒包装卷烟将是高端卷烟的主要创新点之一，品规数量将不减反增。现有的上市销售的高端高档预成型条盒产品条盒尺寸及装盒方式，只能采用全手工装盒、自动化程度低，极大地降低了工作效率。本文针对卷烟工厂1-4-4-1排列的玉溪(中支翡翠)品规的卷烟产品设计开发了一套卷烟产品小盒烟垛输送、提升及推送机构。通过曲柄连杆小盒推送机构、小盒排列同步输送机构、烟垛提升机构和烟垛入盒推送机构的设计完成了整个卷烟产品小盒烟垛输送、提升及推送机构的搭建。最后通过实验验证该机构能够实现200包/分钟的小盒装填速度，且机构运行效率达到98%以上，卷烟产品小盒烟垛输送、提升及推送机构的设计满足使用要求。
Abstract: With the rapid development of irregularly shaped cigarette cartons in China, the number of specifications has increased rapidly, and there are significant differences in the packaging form and appearance dimensions between different specifications. The growth rate of commercial wholesale volume and the number of specifications has reached over 50%. Pre-formed carton packaging will be one of the main innovations in high-end cigarettes, and the number of specifications will increase rather than decrease. Currently, the carton dimensions and packing methods of high-end pre-formed carton products on the market can only be achieved through manual packing, with low automation, which greatly reduces work efficiency. This paper designs and develops a conveying, lifting, and pushing mechanism for cigarette packs of the Yuxi (Medium-Length Emerald) specification, arranged in a 1-4-4-1 configuration in a cigarette factory. The entire cigarette pack conveying, lifting, and pushing mechanism was constructed by designing a crank-connecting rod small box pushing mechanism, a small box synchronous conveying mechanism, a cigarette stack lifting mechanism, and a cigarette stack feeding and pushing mechanism. Finally, experiments verified that the mechanism can achieve a small box filling speed of 200 packs/minute, with an operating efficiency of over 98%. The design of the cigarette pack conveying, lifting, and pushing mechanism meets the usage requirements.
1. 引言
为了克服背景技术中存在的现有的上市销售的高端高档预成型条盒产品条盒尺寸及装盒方式，只能采用全手工装盒、自动化程度低，极大地降低了工作效率的问题，烟草行业进行了多方面的尝试，如红云红河烟草(集团)有限责任公司昆明卷烟厂进行了预制成型条盒装填专线的设计开发，颐中(青岛)烟草机械有限责任公司尝试过机械手装填的方式，这些方式一方面存在投资大、费用高的问题，一方面需要克服效率低的局限[1]。本文提供了一种高端高档卷烟产品小盒烟垛输送、提升及推送机构，对预成型条盒包装工艺和包装技术进行细分，实现了小盒卷烟产品烟垛的排列、传送、提升和推送入条功能。通过对预成型条盒包装工艺和包装技术进行细分，研究归纳了其包装工艺特点，通过设置烟盒推送曲柄滑块机构实现了对现有机器生产的小盒卷烟产品的烟垛排列功能，通过设置烟垛输送机构实现了对排列好的烟垛的传送功能，通过设置烟垛提升机构和烟垛推送机构实现了对新组合的烟垛提升和推送入条功能。
2. 预制成型条盒的装填形式
玉溪(中支翡翠)的卷烟小盒产品排列特征如图1所示，其1-4-4-4的排列方式十分独特，传统的包装工艺无法满足要求其装条要求。
了解了预制成型条盒的装填形式后，对于单通道供给的卷烟小盒产品，如何将其分拆成1-4-4-1的组合卷烟小盒产品分到整理的关键，通过对卷烟小盒产品尺寸和排列方式的研究，设计了如下的卷烟小盒产品分道整理工艺[2]，如图2所示。
3. 小盒烟垛输送、提升及推送机构机械结构设计
根据卷烟小盒烟垛输送、提升及推送的工艺流程设计的卷烟产品小盒烟垛输送、提升及推送机构主要包括曲柄连杆小盒推送机构、小盒排列同步输送机构、烟垛提升机构和烟垛入盒推送机构[3] [4]。其结构组成如图3所示。
Figure 1. Filling method of prefabricated carton
图1. 预制成型条盒的装填形式
Figure 2. Process flow diagram of cigarette packs sorting to the sorting and finishing mechanism
图2. 卷烟小盒产品分到整理机构工艺流程图
1-曲柄连杆机构、2-烟组输送机构、3-烟组提升机构、4-烟组推送机构、2-1隔板
Figure 3. Schematic diagram of the cigarette pack conveying, lifting and pushing mechanism
图3. 卷烟产品小盒烟垛输送、提升及推送机构示意图
3.1. 烟组输送机构设计
如图3所示，烟垛输送机构采用设置有隔板的同步带实现，两隔板之间的间距在中间部分设置成四盒烟的厚度，在两侧设计成一盒烟的宽度，因此同步带上的隔板设计成中间厚两侧薄的隔板，用于满足烟垛1-4-4-1的排列，烟垛输送机构2采用伺服电机带动，实现烟盒推送曲柄滑块机构的配合，每两盒烟向前步进一个烟盒的厚度的距离。
3.2. 曲柄连杆小盒推送机构的设计
在预制成型条盒的装填的过程中对于4-4排列的烟盒是通过曲柄连杆机构每次推送2包实现排列的，由于电机安装位置高度空间有限，在结构设计中选择了90度转角的减速器，一方面增加了输出扭矩，一方面节省了占用空间。曲柄连杆机构的结构示意图如图4所示。
1-1伺服电机、1-2减速器、1-3安装板、1-4曲柄、1-5轴承、1-6烟盒推送架体、1-7嵌入板、1-8推板
Figure 4. Schematic diagram of crank-connecting rod mechanism
图4. 曲柄连杆机构结构示意图
曲柄连杆机构工作的具体过程如下：烟盒推送曲柄滑块机构包括伺服电机、减速器、安装板、曲柄、轴承、烟盒推送架体、嵌入板和推板，伺服电机连接减速器，并通过安装板安装在烟盒推送架体的左侧，安装板呈门字形结构，其内设置有嵌入板，嵌入板滑动安装在烟盒推送架体上，曲柄的一端与减速器的输出轴连接，另一端通过轴承转动连接嵌入板，烟盒推送架体的右侧设置有推送通道，推送通道顶部连通设置有烟盒接收口，推板安装在嵌入板的右侧，并与推送通道相对应，通过伺服电机驱动曲柄带动嵌入板在烟盒推送架体上滑动，推动推板推出烟盒，实现烟盒的间歇推送，嵌入板采用耐磨材料，降低滑动摩擦对嵌入板的损伤。
3.3. 烟组提升机构的设计
烟组提升机构采用设置有隔板的同步带实现，两隔板之间的间距在中间部分设置成四盒烟的厚度，在两侧设计成一盒烟的宽度，因此同步带上的隔板设计成中间厚两侧薄的隔板，用于满足烟垛1-4-4-1的排列，烟垛输送机构采用伺服电机带动，实现烟盒推送曲柄滑块机构的配合，每两盒烟向前步进一个烟盒的厚度的距离，其结构示意图如图5所示。
烟组提升机构是由提升带竖直安装在烟垛输送机构的输送末端构成，提升带上均匀布置有提升板，提升板之间的间距为一盒烟盒的高度，提升带右侧安装有定位套口，提升带设置有两个同步的提升带和提升带II，便于循环实现烟垛提升功能[5]，烟垛输送机构将排列好的烟垛送入烟垛提升机构的两提升板之间，通过烟垛提升机构将烟垛提升到正上方的工位，由烟垛推送机构推送入条盒，同时在提升带右侧安装定位套口，定位套口有一定的收缩量，保证烟垛入条时的精确定位。
3-1提升带I、3-2提升带II、3-3定位套口
Figure 5. Schematic diagram of the smoke lifting mechanism
图5. 烟组提升机构示意图
3.4. 烟组推送机构设计
烟垛输送机构4包括推送电缸和推板，推送电缸水平安装在设备上，推板安装在推送电缸活塞杆端部，推板正对定位套口，推板为镂空结构，防止推板回程时将烟包带出。其结构示意图如图6所示。
4-1推送电缸、4-2推板
Figure 6. Schematic diagram of the smoke pusher mechanism
图6. 烟组推送机构示意图
4. 卷烟小盒产品小盒烟垛输送提升及推送机构的安装调试
完成了卷烟小盒产品小盒烟垛输送提升及推送机构的设计后，对涉及到零配件进行采购、加工、组装和调试，其组装图如图7所示。
Figure 7. Assembly diagram of the cigarette pack conveying and lifting mechanism for cigarette pack products
图7. 卷烟小盒产品小盒烟垛输送提升机构组装图
卷烟产品小盒烟垛输送、提升及推送机构的工作过程如下：其具体结构包括烟盒推送曲柄滑块机构、烟垛输送机构、烟垛提升机构以及烟垛推送机构；烟盒推送曲柄滑块机构安装在烟垛输送机构的输送开始端，完成对小盒的推送功能，每两盒推送一次，烟垛输送机构完成对排列好的烟垛进行传送，烟垛输送机构的输送末端正交布置有烟垛提升机构，便于烟垛输送与提升工序依次进行，避免工序间的等待时间，烟垛提升机构的提升出口处安装有烟垛推送机构，烟垛推送机构将烟垛提升机构提升的烟垛推送入条盒。
本文通过对预成型条盒包装工艺和包装技术进行细分，研究归纳了其包装工艺特点，通过设置烟盒推送曲柄滑块机构实现了对现有机器生产的小盒卷烟产品的烟垛排列功能，通过设置烟垛输送机构实现了对排列好的烟垛的传送功能，通过设置烟垛提升机构和烟垛推送机构实现了对新组合的烟垛提升和推送入条功能。
在完成卷烟产品小盒烟垛输送提升及推送机构的搭建后对2025年三季度生产数据进行跟踪，记录统计数据如下表1。
Table 1. Statistical data
表1. 统计数据
时间 项目 |
7月 |
8月 |
9月 |
平均 |
运行速度/盒/分钟 |
252 |
254 |
253 |
253 |
运行效率/% |
98.6 |
98.9 |
99.2 |
98.9 |
通过实验验证，卷烟产品小盒输送提升及推送机构的运行速度能达到253盒/分钟，运行效率可以达到98.9%，满足使用要求。
5. 结论
本文针对卷烟工厂1-4-4-1排列的卷烟产品设计开发了卷烟产品小盒输送提升及推送机构，根据卷烟产品1-4-4-1的排列特征，通过烟盒推送曲柄滑块机构的设计、烟垛输送机构的设计、烟垛提升机构的设计以及烟垛推送机构设计能够满足高端高档卷烟产品特定的排列方式的卷烟产品的条盒装填。