水煙膏灌裝包裝機結構設計與工作原理分析

樸洪偉，金勇華，蘇亮，司豪，劉元生，張文龍

（1.吉林煙草工業有限責任公司技術研發中心，吉林 長春 130000；2.上海華勒實業有限公司，上海 201600）

1 前言

如今人們提起水煙，指的就是“阿拉伯水煙”。水煙阿拉伯名：SHI SHA。據西方權威學者考證，水煙初見于印度，后在波斯流行，逐漸風靡到阿拉伯世界。阿拉伯人將水煙發展到登峰造極的地步。近年來，隨著各國控煙力度逐漸加強，煙草發展環境發生了巨大變化，煙草制品結構正朝著多樣化和無煙化方向加快調整。新型煙草制品層出不窮，美國國家煙草公司的一組數據表明，全球各地傳統水煙每年所用的煙草消費量美國2000噸、中東20 萬噸、歐洲12000 噸、亞洲35000 噸、俄羅斯（包括烏克蘭）20000 噸、南美10000 噸、北非15000 噸。作為國際水煙市場三大品牌之一的Nakahla（納克拉）煙草公司，曾經借助推出“雙蘋果”旗艦產品，加之28 種口味的獨特配方，很快成為世界上最暢銷的水煙品牌，躋身該領域引領者行列。日本煙草注意到納克拉的崛起，并于2013 年完成了收購，以增加其全球業務（JTI），如今Nakahla 已成為全球第二大水煙品牌，可見跨國卷煙巨頭早已布局國際水煙市場。

近年來，國家局高度重視新型煙草制品發展，鼓勵企業積極開展科技創新性研究。目前，在國內煙草行業，水煙屬于“灰色地帶”產業，鑒于國際市場存在巨大的需求，在國家提出“一帶一路”“走出去”發展規劃的引領下，各煙草工業公司紛紛通過出口與沿線國家進行互通互聯互利合作，加快對新型煙草制品的研究與開發。通過新產品、新技術提升自主創新能力，同時，為國內新型煙草制品市場的逐步開放做技術儲備，至今尚未有國內煙草工業企業涉足水煙規?；a，目前有關水煙包裝設備的設計與開發鮮見。

水煙膏灌裝包裝機由水煙膏加料灌裝機和鋁塑泡罩包裝機組成。了解了灌裝的過程和原理，得出了灌裝系統對提高包裝質量、包裝衛生和安全有著重要作用。灌裝機從對物料的包裝角度可分為液體灌裝機、膏體灌裝機、粉劑灌裝機、顆粒灌裝機等。泡罩包裝所用設備稱為泡罩包裝機，因所用材料多為塑膜和鋁箔，故又稱其為鋁塑泡罩包裝機。本文擬設計制作水煙膏灌裝包裝機，并對其結構和工作原理予以解析，以其為阿拉伯水煙膏規?；b生產提供新的技術路徑。

2 水煙膏灌裝包裝機設計結構與工作原理

水煙膏灌裝包裝機就由水煙膏加料灌裝機和鋁塑泡罩包裝機組成，其設計結構與工作原理分析如下。

2.1 依據原料特性分析的水煙膏加料灌裝機設計

阿拉伯水煙煙膏為半流體膏狀物，密度1.88g/cm3,因其密度較大，流動性差。通過學習借鑒糊狀食物的灌裝機，我們對煙膏采用螺旋擠壓的方式進行灌裝，并予以定量25g/板、2 板/盒，通過雙機并聯加工設計，可采用一種或兩種口味的煙膏包裝方式，其設備結構見圖1。由圖1 可知，煙膏自動加料灌裝機由雙機身、料斗、下料系統、伺服控制定量系統等四大部分組成。機身是整套設備的基礎，用于固定和支撐整套設備；料斗是用于煙膏的加注和儲存；下料系統由電機帶動兩套旋槳和絲桿同時以順時針和逆時針方向進行雙向運動，把料斗內的煙膏攪拌均勻，并給它以向下運行的足夠推力，順暢地輸送至伺服控制裝置；伺服控制定量系統是通過伺服控制絲桿運動，把煙膏按設定的定量要求推入裝量閥門內，達到定量標準后閥門自動打開，通過加料嘴加注到泡罩盒內。

圖1 煙膏加料灌裝機結構

其工作原理為，采用雙機并聯加工方式，雙料斗內加注和儲存一種或兩種口味的煙膏，下料系統把料斗內的煙膏攪拌均勻，并以擠壓的方式，給于煙膏向下運行的足夠推力，順暢地輸送至伺服控制裝置，通過伺服控制絲桿運動，把煙膏按設定的定量要求推入定量閥門內，當達到定量標準時，閥門自動打開，通過加料嘴加注到泡罩盒內。

2.2 自動鋁塑泡罩包裝機設計

自動鋁塑泡罩包裝機系改進型設備,采用變頻調速與機、電、光、氣一體化控制技術。并嚴格按照醫藥行業(GMP)標準進行創新性設計，在國內處于領先水平，該機功能先進、操作簡單、產量高，是制藥、保健品和食品行業理想的包裝設備。其設備結構見圖2。由圖2可知，鋁塑泡罩包裝機由鋁塑泡罩成型、煙膏填充、熱封、批號、壓痕、沖裁等設備組成，該機器的整體采用模塊化設計，開放式布局結構，各工序可視性好，維修操作方便，新穎安全的外觀防護設計，保證操作安全性。

圖2 鋁塑泡罩包裝機結構

鋁塑泡罩包裝加工技術工藝流程見圖3。由圖3 可知，包裝過程主要由PVC 儲料、PVC 牽引、PVC 加熱、泡罩成型、物料充填、熱封、壓印批號與壓痕( 撕裂線)、版塊沖切、成品收集、盒包裝等工序組成。其工作原理為，以2.2kW 電機為主動力通過齒輪減速箱，經機械傳動鏈傳動, 帶動主軸運轉實現整機各運動部位，片材加熱、泡罩成型、熱封、打印批號、壓制撕裂線、版塊沖裁等工序按程序標準同步運行。

圖3 鋁塑包裝工藝流程圖

（1）泡罩成型工序中，運用PLC 控制技術，研制應用于手能減輕工人勞動強度，且提高質量。開機在屏幕上手動模式下按功能控制鍵,上加熱板閉合,啟動機器，PVC 塑片在上、下加熱板之間進行加溫軟化，加溫軟化后在牽引的作用下進入泡罩成型模，成型上模氣道板固定，成型下模在凸輪作用下上升至上極限并壓緊PVC 塑片，此時，氣閥打開，經過過濾減壓閥的壓縮空氣經成型上模氣道板進入成型下模模腔，將PVC 塑片正壓成型。

加熱部件采用內加熱式電加熱，耗電少，效率高，能有效防止由于加熱溫度過高造成PVC 的分解。

（2）物料填充工序中，水煙膏由加料灌裝機的加料口進入泡罩內,在一定的溫度和壓力下，與泡罩封合在一起。在熱封工序中，把已填料的PVC 塑片泡罩在牽引作用下進入熱封模裝置時與背封材料( 鋁箔封合面一側涂有膠合物) 緊密黏封。當熱封模(熱封下模)上升至最高位時(上止點),氣缸會使網紋板(熱封上模)向下運動把成型后的包裝材料(此時已成泡罩并裝有包裝物品)和背封材料(鋁箔)在熱封模(熱封下模)表面壓住(成型的泡罩及包裝物品會嵌入熱封模相對應的模腔中所以不會被壓壞)形成一定的壓力,由于網紋板(熱封上模)已經被加熱到預定的溫度(約160°)在壓住背封材料(鋁箔)時能融化背封材料表面的膠合物,因為上下模表面有著相對應且均勻細密的網紋，所以在一定壓力下能達到成型材料與背封材料的完全密封，完成熱封。

（3）批號工序中，把熱封后的膏板進入批號模,批號下模在凸輪作用下上下運動，當批號下模上升至最高位時(上止點)在批號上模對應的位置便打印上批號，批號工序與壓痕工序可共用, 也可以將鋼字模安裝在熱封模的網紋板熱封上模上。

（4）壓痕工序中，當膏板進入壓痕模落入壓痕下模膏窩，壓痕模上裝有壓痕刀, 壓痕下模在凸輪作用下上下運動。當壓痕下模上升至最高位時(上止點)在膏板相應的位置便留下壓痕線即撕裂線。

（5）沖裁工序中，采用落料——沖孔復合沖壓模式。牽引機構將膏板送入沖裁模具，在沖裁箱體內裝有偏心輪及聯動環，主軸轉動驅動沖裁下模與上模做上下運動，在牽引的作用下，膏板穿過沖裁模具，當沖裁下模上升至最高位時(上止點)沖裁模具按凹凸模相對應膏板進行沖切、落料，廢料卷材自動收卷。膏板自動輸出成品，把合格品順利輸出至成品收集框內。

DPP-260A 泡罩包裝機與同類型產品結構對比見表1。由表1 可知，DPP-260A 泡罩包裝機機身采用槽鋼框架式分體結構，同類泡罩包裝機采用墻板式結構，牽引裝置采用伺服電機帶動輥輪牽引，模具采用模塊化抽拉式設計，其結構設計比同類型產品合理，具有機身結構更加穩定，設備運行時更加平穩，工作誤差小，使用壽命更長，便于進入小空間，牽引長度在牽引尺寸范圍內在觸摸屏上任意調節，牽引精度高，調節牽引尺寸方便，更換模具方便簡單，對工人技術要求低，更換時間短，不影響生產效率等特點。

表1 DPP-260A 泡罩包裝機與同類泡罩包裝機結構對比

3 結語

本文為實現“長白山”品牌水煙膏灌裝包裝的自動化生產，設計制作水煙膏灌裝包裝機，并對其結構和工作原理進行分析。水煙膏灌裝包機就由煙膏加料灌裝機和鋁塑泡罩包裝機組成，煙膏加料灌裝機采用螺旋擠壓定量灌裝方式，使大密度煙膏加料均勻且定量精準，通過雙機并聯加工設計，可采用1 種或2 種口味的煙膏包裝形式；鋁塑泡罩包裝機整體采用模塊化設計，開放式布局結構，各工序可視性好，維修操作方便，新穎安全的外觀防護設計，保證操作安全性，與同類型產品相比，機身采用槽鋼框架式分體結構，使結構更加穩定，設備運行時更加平穩，牽引裝置采用伺服電機帶動輥輪牽引，牽引長度于牽引尺寸范圍內，在觸摸屏上任意調節，模具采用模塊化抽拉式設計，更換方便，簡單適用等創新性技術特征。設計制作的水煙膏灌裝包裝機，結構合理、實用，其工作原理符合自動化生產的需求，可為阿拉伯水煙膏規?；b生產提供新的技術路徑。