基于TRIZ理論對GDX2小包透明紙長邊熱封裝置的設計

曾學淑　劉紅　王圓明

【摘 要】由于GDX2小盒透明紙包裝機（4350CH）長邊包裝存在透明紙包裹不緊、正面松弛、側面長邊搭口皺紋、熨燙不平等缺陷，嚴重影響了小盒硬包的外觀質量。因此需要對GDX2包裝機長邊包裝熱封裝置進行全面創新設計，就要以產品設計理論和創新理論為理論依據，進行創新設計。本文基于TRIZ理論對GDX2包裝機長邊熱封裝置進行創新設計。

【關鍵詞】GDX2包裝機；熱封裝置；外觀質量；創新設計；TRIZ理論

GDX2小盒透明紙包裝機存在透明紙包裹不緊、正面松弛、側面長邊搭口皺紋、熨燙不平等缺陷，嚴重影響了小盒硬包質量。究其原因分析，主要體現在以下幾個方面：

（1）熱封穩定性差；

（2）熱封時間相對較短；

（3）烙鐵結構設計不合理；

（4）維修費用高。

因此應用TRIZ理論和方法[1-3]分析現有GDX2小盒硬包透明紙長邊熱封機構原理解，對GDX2包裝機長邊熱封包裝裝置進行創新設計。

1 利用物質—場分析方法確定小盒長邊熱封裝置的系統技術沖突

1.1 問題分析

煙包通過通道輸送帶送入壓緊裝置內，再經過提升后，推煙器協調地將煙包推入有同步齒形帶的4350CH小透明紙包裝機輸入通道。接著雙推送器將煙包朝前推，煙包就帶著輸送到位的已裁切好的并粘有拉帶的透明紙穿過通道的上下壓板進入成型轉塔的包裝槽（盒模）內，此時完成了透明紙的“]形包裝和煙包兩端面的第一折（短邊折疊）。煙包側面長縫的第一折由活動的長縫折疊器完成，隨著成型轉塔的轉動，側面長縫第二折由固定的弧形瓦板內壁完成。在成型輪順時針旋轉60°和120°的兩個停止工位上，烙鐵對煙包先后進行了兩次側面長縫的熱封，然后在180°工位上煙包被推出成型轉輪而進入折疊通道。在煙包前進過程中完成煙包兩端面的另一短邊折疊（第二折）和下翼邊折疊（第三折）。其后煙包在提升過程中兩端完成了上翼邊的折疊（第四折）和疊包。雙包煙垛在端面熱封通道中輸送時被熱封兩端面，隨后被推入輸出轉盤。由于熱封穩定性差、熱封時間相對較短、烙鐵設計的不合理等因素，造成了小盒在包裝時存在透明紙側面封裝有皺紋、氣泡、漏氣、熨燙不平等現象。

1.2 利用物質—場（Substance—field）分析模型確定小盒長邊熱封裝置的系統技術沖突。

圖1 長邊熱封裝置系統物質-場模型

小盒透明紙長邊熱封裝置系統的物質—場模型如圖1。FM為機械能，S2為熱封裝置，S1為煙包。表明熱封裝置通過機械能作用于煙包，完成透明紙在熱封裝置中的熱封。與煙包直接作用的為烙鐵，成型轉塔，弧形瓦板，其中的溫度，時間和壓力就成為了系統中的主要沖突，熱封裝置系統中的沖突分析如下：

（1）小盒煙包進入包裝折疊成型輪完成“]”形包裝后，在第二、三工位實現小盒透明紙側面長邊熱封，由于烙鐵寬度小于煙包側面寬度，受熱封合的透明紙與未受熱封合的透明紙收縮比率不同，造成小盒側面長邊搭口皺紋、不平，且設備高速和低速的烙燙效果差異性較大，需經常進行調整，導致該系統熱封穩定性極差。

（2）在GDX2（CH）包裝機上，生產率為400包/分，經過計算得到每小盒煙包包裝的時間為0.15秒。小盒煙包進入包裝折疊成型輪完成“]”形包裝后，在第二、三工位對小盒透明紙側面長邊熱封時間相對較短，烙鐵加熱后對透明紙的烙燙不充分，造成小盒側面長邊搭口皺紋，嚴重影響產品美觀和設備作業效率。

（3）現有的GDX2的熱封烙鐵的結構形式與熱封機構運動過程的配合不合理，導致熱封過程中烙鐵的運動形式與小盒煙包的運動之間，在熱封的時候采用線接觸熱封，熱效率和熱封面部不均勻，影響熱封效果。

2 解決技術沖突—熱封裝置方案的提出

當要改造GDX2包裝機的熱封裝置時，必須找出改造過程中會遇到的矛盾問題，例如這種熱封裝置精度要高，強度要大，速度要快，結構要簡單，安全可靠，是否能提供安全警示等。按照將上述需要解決的問題以其重要性排列：

◇熱封的煙包品質好；

◇熱封過程中速度快；

◇簡化結構；

操作過程中安全。

用TRIZ理論的39個通用工程參數將這些問題和上述熱封裝置系統物質—場分析可以得到2組通用的工程參數[4]。第1組為：需要改進的通用工程參數為“物體產生的有害因素” ，惡化的通用工程參數為“裝置的復雜性”，交叉處的發明原理為19，1，31，由阿奇舒勒矛盾矩陣表得到這三個發明原理分別為“周期性作用”、“分割”和“多孔材料”；第2組為：希望改進的通用工程參數為“運動物體作用時間”，惡化的通用工程參數為“結構的穩定性”，交叉處發明原理編號為13，3，35，發明原理為“方向”、“局部質量”、“參數變化”。

3 GDX2小包透明紙長邊熱封機構的構型設計

3.1 針對60o第二工位的預封烙鐵如何消除起皺現象[5-8]，根據TRIZ理論中的“多孔材料”和“局部質量”原理對尺寸、凹槽及傳動凸輪的改進

設備原第二工位烙鐵的封接面尺寸為84mm×18mm，其長度比煙包標準長度88mm短4mm，封接時兩端容易形成明顯的燙痕，邊上兩角的皺紋也比較大；GDX2包裝機煙盒煙包的厚度為23mm，煙包側面封接區有兩層薄膜，其寬度約為9.6mm，如果烙鐵過寬，封接區內外薄膜受熱收縮不一致，將使薄膜起皺；將第二工位烙鐵底部封接面的尺寸加長減寬，改為88mm×9.6mm，這樣就解決了兩端燙痕和端部兩角皺紋過大的問題。烙鐵寬度改小后，通過調整烙鐵，可使烙鐵底部封接面剛好與封接區重合，這樣就達到了與封接區剛好接觸熱合的目的，使側面薄膜收縮一致，封接面平整無皺。在第二工位烙鐵底部封接面上每隔3.0mm劃一道寬0.5mm、深0.5mm的凹槽，封接時，空氣就可以從凹槽中排出，減少了封接區內的氣泡。這樣，經最終封接后，封接面內空氣就被排盡，封接面也就變得平整，如圖2。

圖2 60o烙鐵底部方案

3.2 針對60o第二工位弧形瓦板槽寬的改進

同理采用TRIZ理論中“局部質量”原理，第二工位上的弧形瓦板槽口的寬度根據第二工位烙鐵的寬度（9.6mm）可以確定為11.00mm，保證第二工位上的烙鐵與弧形瓦板之間能夠有足夠的間隙，讓烙鐵能夠順利落下；同時弧形瓦板盡可能多地壓住透明紙的兩側，讓透明紙始終不脫離弧形瓦板的束縛。這樣透明紙的反彈量就非常小，小盒煙包在第二工位預封時就能達到收縮效果。

3.3 針對成型轉塔的連續周期運動的改進[9]

成型轉塔對煙包的透明紙進行兩長邊的折疊和熨燙，利用TRIZ理論的“周期性”和“參數變化”，在設定的連續周期運動頻率下，速度越快，整套設備的振動越厲害，溫度也越高，穩定性越差，產生的有害物質也增多，煙包難以準確的到達熨燙的準確位置。為了改善這一現象，可以把連續周期運動改為脈沖信號的周期運動，同時在法蘭座上加一個減震裝置，消除煙包到達熨燙位置的振動，同時可以改善在此過程中的噪音，在允許的范圍內，熨燙時間增長，熨燙的更為充分，同時可以把溫度設定在最優的范圍之內，能夠保證熨燙效果最好。

4 總結

利用TRIZ發明問題解決理論設計的GDX2小包透明紙長邊熱封是小包透明紙熨燙加工的一種新型方法，其特點是對烙鐵，弧形瓦板和成型轉塔的改進，在保證整套設備的高速運轉的情況下，既保證了工作效率，又保證了小包煙包長邊熨燙的質量。

【參考文獻】

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[責任編輯：楊玉潔]