摘要：C800-BV包裝機在條盒商標紙（以下簡稱條盒）冷膠噴膠過程中由于噴膠不均、膠點丟失等原因而出現商標紙包裝質量問題，并導致設備操作及保養(yǎng)的勞動強度較大。為解決此問題，文章設計了一種包裝機條盒熱熔膠噴膠系統，該系統主要由熱熔膠膠缸、膠管、噴槍、PLC（可編程邏輯控制器）等組成，通過PLC對噴槍觸發(fā)信號、熱熔膠系統控制信號及安全聯鎖信號進行運算與處理，實現條盒的精準噴膠作業(yè)。以某卷煙廠軟包品牌卷煙為測試對象，對比改進前后的C800-BV包裝機條盒生產數據，結果顯示：改進后條盒膠點質量問題減少10次/班，每班保養(yǎng)頻次降低5.10次，平均每次保養(yǎng)時間縮短6.01 min，同時設備平均效率提升0.57%。該技術顯著提升了條盒包裝質量，減輕了包裝機操作與保養(yǎng)的勞動強度，并提高了設備工作效率，具備在同類C800-BV包裝機上推廣應用的潛力。

關鍵詞：C800-BV包裝機；條盒商標紙；熱熔膠噴膠系統；噴槍；PLC控制器

中圖分類號：TS04" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1674-0688（2024）08-0070-04

0 引言

條盒的涂膠是條煙成型過程中的重要工序，意大利GD-ITALIA S.R.L公司（簡稱GD公司）制造的包裝機組主要通過冷膠噴膠方式完成此工序。然而，冷膠噴膠在生產過程中易受膠水壓力、雜質氣泡混入及乳膠干結等因素影響，導致噴膠嘴堵塞，進而產生涂膠不均、膠點缺失等現象，影響條煙成品質量。此外，冷膠系統還需定期維護，包括清洗膠缸、打膠輪等，剩余的冷膠也需要處理，這不僅造成了冷膠的大量浪費，還提升了操作人員的保養(yǎng)勞動強度?，F有研究已針對GD機型包裝機條盒冷膠噴膠系統提出多種改進措施，如將上膠方式由上膠器改為上膠嘴［1］、改進噴膠電磁鐵設計［2］、增設噴膠嘴自動清潔裝置［3］、開發(fā)乳膠攪動補水裝置［4］以及設計乳膠的無污染儲藏、輸送與噴膠自動控制裝置［5］等。此外，蔡培良等［6］聚焦不合格條煙的檢測，設計了一種包裝機條盒膠點檢測系統。這些基于已有冷膠噴膠系統的改進和研究均取得了一定效果。

隨著高速包裝技術的發(fā)展，傳統的條盒冷膠噴膠方式不能完全適應高效生產的需求。一方面，高速包裝機生產速度快，要求膠水在較短時間內充分達到黏結效果，而冷膠固化時間較長，其黏結效果在高速生產中易受影響；另一方面，新型包裝材料的不斷引入對冷膠的黏結性能提出了挑戰(zhàn)，特別是在高速包裝環(huán)境下，冷膠對部分難黏材料的附著效果欠佳［7］。此外，冷膠噴膠系統需要頻繁保養(yǎng)噴膠嘴，進一步限制了高速包裝機的工作效率。相比之下，熱熔膠具有初黏時間短、初黏力大、黏結牢固且在高溫下流動性強、出膠均勻等特性［8］，不易黏結在噴膠嘴上導致阻塞。熱熔膠在精美包裝上有較好的附著性，能滿足高速卷煙包裝設備及卷煙包裝材料的設計需求［9］，被廣泛應用于濾嘴棒成型［10］、小盒商標紙成型［11］及條煙封箱［12］等卷煙包裝環(huán)節(jié)。例如，呂小波［13］ 將熱熔膠噴膠系統引入GDX1包裝機組中，顯著提升了軟包硬化效果。目前的研究大多將熱熔膠噴膠系統應用于FOCKE、MOLINS與GD-X系列高速噴膠設備，而在C800-BV包裝機條盒上膠裝置中的設計與應用較少。為此，本文設計了一套基于熱熔膠技術的C800-BV熱熔膠噴膠系統，旨在提升條盒包裝質量，減輕設備操作與保養(yǎng)的勞動強度，并更好地適應新型高速包裝機組的生產需求。

1 問題分析

S1000軟盒包裝機組為意大利 GD公司設計研發(fā)的超高速卷煙包裝設備，其生產速度可達800包/分鐘，集成了S1000小盒成型系統、C800小盒玻璃紙成型系統及BV條盒成型系統。在GD公司原設計的C800-BV條盒噴膠系統中，冷膠噴膠方式存在以下問題。

（1）噴膠嘴易堵塞導致膠點缺失，增大了生產質量風險。長時間停機后，冷膠中的水分揮發(fā)導致固化結塊，極易堵塞噴膠嘴，進而引發(fā)噴膠量減小、噴射方向歪斜甚至完全無法噴膠的現象。這不僅影響了條盒的包裝質量，增大生產質量缺陷條煙的風險，還可能因市場反饋不佳而加大條盒輔料的消耗。

（2）勞動保養(yǎng)強度大，降低了設備生產效率和操作人員的工作效率。C800-BV系統在較長時間停機后均需進行保養(yǎng)，包括手動測試打膠以確認噴膠穩(wěn)定性。此外，生產過程中膠水濺射與噴射歪斜也易導致條盒輸送通道積膠、積垢，引發(fā)條盒下降、歪斜、卡阻等問題，因此每班次均需進行清潔保養(yǎng)；同時，機組每月還需進行徹底清洗，清理過濾網、噴膠撞針、噴膠嘴等部件上的膠塊。

2 熱熔膠噴膠系統設計

2.1 系統組成

C800-BV包裝機條盒熱熔膠噴膠系統主要由熱熔膠膠缸、活塞泵、膠管、熱熔膠噴槍模塊、PLC控制器及放大器等部件組成。系統中，熱熔膠膠缸與活塞泵對熱熔膠進行加熱和加壓處理，然后通過膠管輸送至噴槍。采用原系統設計的噴槍觸發(fā)信號，將其直接接入PLC控制器，與熱熔膠系統控制信號及安全聯鎖信號一并在控制器內進行運算處理。處理后的信號再傳輸至噴槍放大器，由放大器生成噴槍控制信號，控制噴槍噴涂。

2.2 硬件設計

2.2.1 熱熔膠膠缸與膠管設計

熱熔膠膠缸選用德國Baumer hhs公司（簡稱hhs公司）生產的XM-04-02型Xmelt熱熔膠膠缸。該膠缸為全封閉式設計，配備兩級過濾器，可高效清除碳化顆粒和雜質。內部裝配電容式液位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器及膠壓調節(jié)模塊等，實時監(jiān)測并調節(jié)膠缸內液態(tài)熱熔膠的容量、壓力、溫度并保持膠液壓力恒定。內置電控式活塞泵，將熱熔膠泵送至膠管，維持穩(wěn)定的膠液供應。膠缸容量設定為4 kg，加熱功率為2 100 W，熔膠效率為4 kg/h，同時支持連接4組熱熔膠管和噴槍操作，最優(yōu)工作溫度為 140 ℃。

熱熔膠膠管亦選用hhs公司的配套膠管。該膠管通過涂膠噴頭與膠缸和噴槍相連接，利用插接器實現電子控制，在活塞泵壓力作用下，將熱熔膠輸送至噴槍。膠管內置加熱裝置、噴頭及傳感器組件，用于監(jiān)測和控制膠管溫度。膠管直徑設定為45 mm，根據C800-BV機身尺寸，長度設定為7 m，最優(yōu)工作溫度調試為150 ℃。

2.2.2 熱熔膠噴槍總成支架及噴槍設計

熱熔膠噴槍總成支架的設計需考量原冷膠噴槍支架的空間布局，其組件包括擋板、噴槍支架、左右側板、左右連接座、隔熱板、底板及噴槍罩殼等（見圖1）。

（1）支架擋板用于隔離熱熔膠噴膠系統與條盒輸送系統，其上對應噴槍的位置開有10 mm的凹槽，以確保熱熔膠能夠順利噴涂至條盒表面。

（2）噴槍支架規(guī)格設計為長385 mm、寬65.5 mm、高79 mm，鑒于熱熔膠噴膠系統對噴槍清潔需求低且旋轉設計可能導致部件磨損，故采用固定式設計以固定噴槍。

（3）隔熱板置于噴槍支架下方與底板之間，三者通過螺栓固定。隔熱板主要起隔熱作用，防止噴槍高溫向下傳遞至煙包輸送通道。

（4）噴槍罩殼安裝在噴槍支架上，通過螺栓固定，其作用是防止灰塵污染噴槍。

（5）左右側板通過連接座與底板連接，通過螺栓與擋板固定，擋板、左右側板與底板共同組成噴槍的外部支架。

熱熔膠噴槍采用hhs 公司最新推出的MFK tesla pro LV-413型噴槍?；跅l盒上膠工藝要求，熱熔膠噴膠系統優(yōu)化為4噴槍配置，替代原有的7噴槍設置，噴槍從左向右依次排序，間隔設定為85 mm、165 mm、85 mm。第一和第四噴槍負責條盒側邊膠點的6次噴涂，第二和第三噴槍則分別針對條盒長邊各執(zhí)行1次噴涂。每個噴槍模塊均具備旋轉功能，在生產模式下，噴槍總成保持水平固定位置，而在檢修維護模式下，噴槍可便捷地拆卸并移動至指定位置，便于進行檢修與保養(yǎng)。針對C800-BV的生產速率需求，系統設計采用0.3 mm噴膠嘴，噴槍開關頻率為 600 Hz，最大黏膠劑壓力可達80 Bar，足以應對最高達5 000 mPa·s的膠水黏度。噴槍的最優(yōu)工作溫度設定為160 ℃。

2.3 電氣控制系統集成設計

熱熔膠噴膠控制系統利用C800-BV包裝機原主機信號和人機操作界面進行集成設計，保留原機噴槍觸發(fā)信號機制，同時新增熱熔膠噴膠系統專屬控制信號與安全聯鎖信號，構建了一個由PLC控制器為核心，輔以傳感器、編碼器、放大器及顯示屏的完整控制電路體系。

原機噴槍觸發(fā)信號流程如下：編碼器與主傳動軸聯接，提供準確的相位信號；到位光電傳感器提供條盒是否到位的信號，這些信號被輸送至熱熔膠膠缸底座的PLC控制器（簡稱PLC）進行運算處理。增加的熱熔膠噴膠系統控制信號與安全聯鎖信號也由各傳感器輸送給PLC進行處理。熱熔膠噴膠系統控制信號包括膠缸的容量、壓力、溫度信號以及膠管溫度信號，這些信號均通過傳感器直接反饋至PLC，以精確控制熱熔膠系統的壓力與溫度恒定。安全聯鎖信號包括防護罩關閉信號、噴膠總成到位信號及Bypass信號等，這些信號用于確保熱熔膠噴膠系統操作與維修過程的安全性。PLC作為核心控制器，負責協同處理原有噴槍控制觸發(fā)信號、新增的熱熔膠噴膠系統控制信號以及安全聯鎖信號。在確保所有信號條件均符合預設要求的前提下，PLC將噴槍噴膠嘴開啟指令發(fā)送至放大器，該放大器隨即產生控制信號，驅動噴膠嘴上的電磁閥動作，實現噴槍的噴膠作業(yè)。此外，PLC與工控機及顯示器之間保持實時通訊，通過對PLC原有控制程序進行優(yōu)化，增加了熱熔膠噴膠系統控制程序及安全聯鎖程序模塊，使操作人員能夠通過顯示屏實時調整各被控量的參數設置，還能即時獲取各被控量的故障狀態(tài)信息。

3 熱熔膠噴膠系統應用效果

3.1 試驗設計

（1）材料。軟包品牌中支卷煙、軟包品牌條盒商標紙及其他輔料（某卷煙廠生產）、CHM-1853N熱熔膠（富樂黏合劑有限公司生產）。

（2）設備。某卷煙廠15#機S1000軟盒包裝機組（意大利GD公司生產）。

（3）方法。實驗設計以C800-BV包裝機為平臺，保持生產速度在750包/分鐘，采用三班生產制。具體數據收集時段分別為應用前的2023年12月1至28日（三班生產時長分別為5 h、6 h、6 h）與應用后的2024年1月2至29日（三班生產時長均為8 h）。統計數據包括以下5個方面：①膠點缺失數。記錄統計周期內條煙膠點缺失的累計次數，每20 min檢查1次，由操作人員與質檢員共同完成。②膠點不均數。統計周期內條煙膠點質量不佳（包括膠點偏小、歪斜及可能影響粘貼效果的情況）的累計次數。③保養(yǎng)數。統計每班次生產過程中對噴膠系統進行停機保養(yǎng)的次數，并將應用前后的數據統一折算至每班8 h進行比較。④保養(yǎng)時間。統計每班次噴膠系統保養(yǎng)的平均耗時。⑤設備平均效率。根據“設備效率=實際產量÷理論產量×100%”，計算出統計期內所有班次設備效率的平均值。為進行對比說明，同步收集同機組（11#～14#機S1000）的相應數據作為對照組。

3.2 數據分析

表1為熱熔膠噴膠系統改進前后的測試數據對比情況。由表1可知，55#機組在實施熱熔膠噴膠系統后，C800-BV包裝機條盒質量顯著提升。具體而言，改進前條盒出現膠點質量問題11次，而改進后僅發(fā)生1次膠點偏小情況。與冷膠系統相比，熱熔膠系統的獨特性在于其膠嘴凝固的熱熔膠能在工作溫度下自動恢復熔融狀態(tài)，有效避免了因膠水干燥導致的噴嘴堵塞問題。此次改進還顯著提升了維護效率，C800-BV包裝機保養(yǎng)次數及保養(yǎng)時間均顯著降低。改進前，保養(yǎng)次數為5.44次/班，平均每次保養(yǎng)耗時為6.35 min；改進后，保養(yǎng)次數減至0.34次/班（僅早班進行），平均每次保養(yǎng)時間也縮短至0.34 min，相較于改進前每班保養(yǎng)次數減少了5.10次，平均每次保養(yǎng)時間縮短了6.01 min；理論設備效率提升了1.25%，實際平均設備效率提升了0.57%。此外，由于熱熔膠噴膠嘴不易堵塞，因此噴膠系統停機保養(yǎng)的次數和保養(yǎng)時間顯著減少，從而提升了整體生產效率。同時，改進后的系統無需清洗膠缸，不僅節(jié)省了清洗時間，還減少了冷膠的浪費。

改進前，11#～15#機組的包裝機條盒生產相關數據差異較小，15#機組實施改進后，其條盒包裝質量顯著提升，保養(yǎng)工作的勞動強度顯著降低，并且設備工作效率也有所提升。由于測試期內機組工作時間延長及生產強度增大，未進行改進的11#～14#機組的條盒包裝質量降低，同時保養(yǎng)工作的勞動強度也隨之增大，導致這些機組的平均設備效率有所下降。15#機組的各項關鍵指標均優(yōu)于未改進的11#～14#機組。這一結果從側面證明了熱熔膠噴膠系統在C800-BV包裝機條盒生產中具有更優(yōu)的應用效果。

4 結語

本文設計了一種C800-BV包裝機條盒熱熔膠噴膠系統，通過熱熔膠膠缸與膠管的配合，將熱熔膠輸送至噴槍。系統整合了原主機信號、新增的熱熔膠控制信號及安全聯鎖信號，經PLC運算處理后，實現對熱熔膠噴槍噴涂作業(yè)的精準控制，有效解決了原冷膠噴膠系統中噴膠嘴易堵塞、膠點易缺失及保養(yǎng)勞動強度大等問題。以某卷煙廠生產的軟包品牌為測試對象，對改進前后的C800-BV包裝機條盒生產數據進行對比分析，結果表明：系統經改進后，條盒膠點質量問題減少10次/班，每班保養(yǎng)次數降低5.10次，平均每次保養(yǎng)時間縮短6.01 min，同時設備平均效率提升0.57%。這些改進成果說明該系統不僅顯著提升了條盒的包裝質量，還降低了操作人員的保養(yǎng)勞動強度，并提高了設備的運行效率。本文設計的熱熔膠噴膠系統可以滿足C800-BV全速情況下的噴涂效果要求，實現快速且牢固的黏接?；诋斍俺晒?，計劃下一步在該卷煙廠內推廣應用此系統至其余4組C800-BV包裝機設備上，以進一步擴大其應用效益。

5 參考文獻

［1］陳元利，楊華倫.GDX1包裝機組條盒上膠裝置的改進［J］.煙草科技，2007（5）：27-28.

［2］速永倉，姚二民，王忠明.GDX4350條盒包裝機噴膠電磁鐵改進［J］.機械工程與自動化，2011（1）：163-164，167.

［3］楊明權，呂小波，邱仕強，等.YB25軟盒包裝機商標紙冷熱膠組合噴涂系統的設計與應用［J］.煙草科技，2022，55（8）：95-99.

［4］張?zhí)枺瑓涡〔?，王?CT條盒包裝機乳膠攪動和補水裝置的設計應用［J］.煙草科技，2014（8）：26-28.

［5］楊彩虹，蔡培良，羅勇，等.CT條盒包裝機條盒紙自動噴膠控制系統的研發(fā)［J］.包裝工程，2020，41（17）：202-208.

［6］蔡培良，楊劍鋒，李明，等.C800-BV包裝機條盒紙膠點視覺檢測系統的設計［J］.煙草科技，2017，50（9）：92-96.

［7］曹貴昌，劉文富，董彥林，等.卷煙膠的發(fā)展概況［J］.輕工科技，2019，35（1）：18-19.

［8］單婧，方細玲，趙文平.煙用包裝膠的應用現狀及發(fā)展前景［J］.中國膠粘劑，2011，20（6）：51-54.

［9］項磊，鄭豐，徐志強，等.煙用包裝材料與包裝膠的基礎配合選型研究［J］.中國膠粘劑，2019，28（9）：34-37.

［10］鐘龍圣.解決KDF2成型機生產高透濾棒的爆口問題［J］.裝備制造技術，2014（7）：170-171.

［11］徐峰.熱熔壓敏膠涂膠系統在YB29自粘軟盒包裝機上的應用［J］.煙草科技，2015，48（11）：74-78.

［12］何權，歐陽雄波，吳罡，等.熱熔膠系統在YP13條煙裝封箱機上的應用［J］.煙草科技，2014（8）：29-31.

［13］呂小波.GDX1包裝機組熱熔膠噴涂系統的開發(fā)應用［J］.煙草科技，2008（8）：29-30.