PC4400纸盒装盒机在生产中的应用

李明福 周园 赵鹏 胡海英 李宏瑞

摘 要：以2 mL西林瓶裝制品的小盒装盒为验证对象，对有代表性的一款纸盒装盒机PC4400的工作原理进行探讨，并对其性能进行验证，以配合国家政策对药品外包装完整性策略进行完善和优化，为药品外包装的完整性在大众关注和质量上的改变做好准备。PC4400纸盒装盒机能良好地应用于西林瓶制品的包装，在西林瓶制品包装领域具有很大的发展潜力，对药企和感兴趣的同仁具有良好的借鉴意义。

关键词：装盒机；完整性；性能验证

中图分类号：TQ460.5    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2024）03-0062-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.03.016

0    引言

虽然我国包装机械发展迅速，但仍然存在产品包装结构不合理问题，包装机械无法与高级计算机技术相结合，在产品种类、技术水平、产品质量等方面与欧美西方国家仍然存在一定的差距[1]。

PC4400纸盒装盒机是一个自动、连续运动的包装机，用于医药、化妆品、食品等行业的包装设计，根据GMP指导方针和欧洲安全规则设计和制造，本机由主电机带动皮带轮与齿形链稳定运行，对于某种形式的包装，需要调整机内可调固定单元的尺寸，以适应各种形式尺寸的包装。

纵观医药、化妆品、食品行业，包装设计以纸盒包装为主，由于纸盒包装材料材质的不同，对于纸盒装盒机的要求比较高，在装盒过程中须防止纸盒包装划伤损坏、药品撞伤破损等，包装好的小盒成品必须是不缺制品、不缺或不多说明书的，并且在传输链条中有一项缺失或损坏或包材与标准包装不符时，装盒机将精准剔除该不合格制品。以医药行业的包装为例，任何与产品标准不符或不完整现象出现时，该产品即被认定为不合格品，需重新包装或做报废处理，一旦在包装过程中对药品造成污染，不仅会影响到药品的质量，甚至还会影响到患者的生命安全。所以，一个比较完善的装盒设备对包装结果至关重要。

1    整机介绍

PC4400纸盒装盒机外形如图1所示。

PC4400纸盒装盒机使用主机变频调速，采用PLC控制系统和人机界面操作，自动显示装盒速度及产量计数，具有手动、自动选择功能[2]。该设备主要由6个机构组成：人机互动控制系统、产品进料单元、GUK说明书折纸机、装盒机构、检测系统、纸盒编码机。

PC4400纸盒装盒机主电机驱动装盒进料进程，其装盒速度可达到400盒/min，可检测包装材料的符合性，并实现包装过程中不合格品的检测与剔除。

2    人机互动控制系统

人机互动过程实际上是一个输入和输出的过程，如图2所示。工作逻辑、各种运行操作之间的步骤是由控制系统的PLC控制的，系统的各种传感器和光电感应器检测位置状况向PLC发送可能的异常情况信号，通过位于控制单元的屏幕向操作人员发送设备状态或当前的运行状况。

3    产品进料单元

产品进料单元包括前段缓冲盘和进料轨道，缓冲盘和进料轨道既能缓解前端设备的产能压力，又能为纸盒装盒机提供充足的制品。

进料轨道有3个检测电眼，用途分别如下：1）检测进料轨道上是否存在制品，若制品不存在则纸盒装盒机减速停机，有制品进入时，纸盒装盒机自动开启运行；2）检测制品存在的坐标，反馈至纸盒吸盘装置和说明书下料装置，对应于制品位置，保证有制品时下纸盒、说明书，无制品时不下纸盒和说明书；3）当制品在进料轨道中大量拥挤时会触发弹簧触发片，检测电眼检测到弹簧触发片时，纸盒装盒机停机，需人工处理。

4    GUK说明书折纸机

折纸机采用GUK FA21型折纸机，如图3所示。由装盒机链条或锯齿皮带提供动力，通过调节折纸机上料机构和折纸机构，可实现长为90～600 mm、宽为60～215 mm的说明书的折叠，可实现1～6次折叠，折纸速度最大可达500张/min，说明书自动分页，一次分离一张，折纸机机构运行稳定可靠，位置准确，折纸和传输过程平滑，无卡滞、丢失，折纸规则、整齐，折纸机配置过载保护功能，防止下料堵塞、卡滞和机械部位错位。

5    装盒机构

PC4400纸盒装盒机可实现翻盖式纸盒的关闭和带热胶封式纸盒的关闭（可选）功能，用户可根据自身产品的需要，选择适合的装盒形式。

5.1    翻盖式纸盒的关闭

PC4400纸盒装盒机所适应的翻盖式纸盒样式如图4所示。

PC4400纸盒装盒机可以适应不同的纸盒包装产品（表1），根据不同产品尺寸，选取合适的包装纸盒，在表1所示尺寸内，可以调节PC4400纸盒装盒机内部纸盒关闭部件，使其适合所要求尺寸的纸盒的包装。

翻盖式纸盒的关闭描述为：纸盒在进入装盒机构之前，通过吸盘从纸盒供料轨道中提取纸盒，打开纸盒使纸盒定位在运输链齿中，待制品和说明书被推入纸盒之后，首先关闭B（纸盒内舌），然后A（纸盒前后舌）插入纸盒前后端，完成装盒。

5.2    带热胶封式纸盒的关闭

带热胶封式纸盒分为两种形式，第一种为带第五翻盖热胶封式，如图5所示；第二种为带前后舌热胶封式，如图6所示。

带第五翻盖热胶封式纸盒关闭功能描述为：纸盒在进入装盒机构之前，通过吸盘从纸盒供料轨道中提取纸盒，在纸盒提取至运输链齿过程中，热胶点抹在如图5所示的C部位，C部位翻转至D部位完成粘贴任务，然后使纸盒定位在运输链齿中，制品和说明书被推入纸盒内部之后，首先关闭B（纸盒内舌），然后A（纸盒前后舌）插入纸盒前后端，完成装盒。

带前后舌热胶封式纸盒的关闭功能描述为：纸盒在进入装盒机构之前，通过吸盘从纸盒供料轨道中提取纸盒，打开纸盒使纸盒定位在运输链齿中，待制品和说明书被推入纸盒之后，首先关闭B（纸盒内舌），然后A1（纸盒前后舌1）逆时针翻转90°，在运输链齿部位热胶点抹在如图6所示的A1部位，A2（纸盒前后舌2）顺时针翻转90°后粘贴在A1部位上，完成装盒。

基于此可以发现，带热胶封式纸盒的关闭原理与翻盖式纸盒的关闭原理相似，只是在纸盒提取过程和纸盒前后舌关闭部位装载了热封胶装置，因而在速度和效果上远远落后于翻盖式纸盒关闭功能，但因为某些产品的特殊需要，带热胶封式纸盒关闭功能也备受欢迎。从总体来看，翻盖式纸盒的关闭功能更适合未来的发展趋势。

6    检测系统

6.1    安全防护检测

1）设备在运转过程中，其速度达到400盒/min时，内部结构转速可达170 r/min，对外部入侵的物件及设备造成的伤害非常大，因此对于操作人员的安全保护尤为重要。为此，设置了用于保护机器运动部件和操作人员的窗口或安全门，根据安装区域所使用的材料也有所不同，如：机械传动部件且动力较强的部位，采用SUS304不锈钢板做防护罩；在需要操作人员观察设备内部运行情况的部位，采用有机玻璃或亚克力材料，有机玻璃或亚克力材料一方面透明度比较好，便于观察，另一方面比较轻便，硬度比较高，对操作人员能起到很好的保护作用。

2）设有操作窗口或安全门防护检测系统，既能保护设备不受到损伤，也能保护操作人员安全。当设备内部出现卡阻、过载、电气柜过热等情况时，设备会自动停机并发出报警，避免设备损伤。安全门防护装置上配有微动开关，检测到任意安全门打开时设备立即停止，并发出报警。

3）电子离合器和逆变器是PC4400纸盒装盒机的一大亮点。电子离合器是一种电子保护装置，通常安装在无刷电机上。该装置能够检测到与电机运转有关的干扰，并生成报警以及随后停运机器，既能保障设备的安全，又能避免外侵事物的损伤。逆变器由异步电机驱动的一些机器动作通过逆变器控制，它除了控制速度变化，还能检查由于卡阻引起的任何应力异常。

6.2    设备运行检测

6.2.1    产品在位检测

产品在位检测主要有3个检测电眼。当检测到产品通过传送带到达装盒机前段时，在自动模式下，设备会自动启动运行；当产品进入纸盒开盒轨道时，将检测到的产品位置信息传送给下纸盒和下说明书机构，能精准定位，做到有产品时下说明书、下纸盒，无产品时不下说明书、不下纸盒；当检测到产品进料轨道有产品拥挤或卡阻现象时，设备会停机报警，防止产品爆瓶。3个检测电眼的联动配合，既能使设备稳定运行，还能通过检测产品在轨道上的流动间距来调整设备的速度。

6.2.2    说明书、纸盒料仓缺料检测

说明书、纸盒料仓缺料检测原理比较简单，检测电眼检测到料仓内材料达到最低限度时，设备运行速度会相应降低，通过缓冲时间，降低设备停机的频次，这一方面给设备操作人员提供了足够的上料时间，另一方面能避免因设备频繁停机造成的不确定因素影响。

6.2.3    说明书存在状态检测、插舌是否插入检测

说明书存在状态检测电眼安装在制品与说明书同时推盒装置前段，若电眼检测到说明书不存在，设备会提示信息并将该工位的小盒在出料口处剔除，当检测到3个（根据需要自行设定）连续的说明书不存在于小盒时，设备会停机报警，提示检查是否缺料。插舌是否插入检测电眼安装在小盒刚插舌封盒完毕端，若电眼检测到插舌未插入，设备会提示信息并将该工位小盒在出料口处剔除，当检测到3个（根据需要自行设定）连续的小盒封盒不完整时，设备会停机报警，提示纸盒连续丢失，检查设备是否出现故障。

6.2.4    包材条码检测

当设备检测比对到包材的条形码与设备设置的信息不同时，会提示条码错误，并将该包材完成的小盒剔除；当连续发生条码检测错误时，设备会停机报警。条码检测的应用极大地避免了因包材发生变化而产生的质量风险。

7    纸盒编码机

PC4400纸盒装盒机可实现压刻和墨辊形式的纸盒编码功能，用户可根据自身产品的需要，选择适合的纸盒编码形式。

7.1    压刻原理

如图7所示，当纸盒吸盘从料仓将A（纸盒）放在B（运输轨道定位杆）中完全打开时，纸盒C（纸盒前后舌）部位展开，在B（运输轨道定位杆）运动过程中，纸盒C（纸盒前后舌）在两个辊E（压印字模）和F（压力辊）之间通过，当这些动作同步完成时，就可以使辊E（压印字模）上的信息压刻在纸盒C（纸盒前后舌）上[3]。辊E（压印字模）上的压刻是由单个的数字或字母拼接而成，根据不同的信息要求，拼出需要的信息。

7.2    墨辊原理（可选）

墨辊原理与压刻原理基本相似，只是将压刻部位更换为如图8所示。

如图8所示，在4个辊同步转动的同时，G（墨辊的支撑杆）将油墨传送至H（橡胶字模辊）上，H（橡胶字模辊）将印字信息转移到I（墨印辊）上，纸盒前后舌在两个辊I（墨印辊）和J（支撑辊）之间通过，当这些动作同步完成时，就可以使辊I（墨印辊）上的信息压刻在纸盒前后舌上。H（橡胶字模辊）上的信息是由高网点固体水洗树脂版制版机制版而成，根据不同的信息要求，制作需要的信息。

通过压刻原理和墨辊原理的比较可以看出，操作上压刻原理操作简单，字模更换方便，但是在销售过程中不适宜一些老年群体，压刻信息在反光情况下不容易被识别；在信息准确性上压刻原理与墨辊原理相当，墨辊原理信息清晰可辨，深受制药企业及包装企业欢迎。

此外，市面上还有部分单独运行的设备如激光打码机、喷墨喷码机，都在信息准确性和识别上比较突出，可根据不同市场需求，选择合适的编码机与纸盒装盒机结合，或许在不同的应用情况下会有各自的优点。

8    结束语

纵观产品消费领域，包装是最吸引顾客的杀手锏之一，而纸盒不仅是药品、保健品领域主流的包装方式，而且在食品、调料、糖果等产品的包装上广泛应用。產品使用纸盒包装后外观不仅雅致，而且能很好地保护产品，展示摆放方便，比较受销售商的欢迎，在运输、携带过程中也不容易受到挤压。在产品质量相同的情况下，包装的竞争就成为市场竞争的重要环节。PC4400纸盒装盒机从功能以及性能方面都优先于其他装盒设备，因此，高速、稳定、集各项功能于一体的PC4400纸盒装盒机必将在以后的发展中得到更多应用。

[参考文献]

[1] 刘曙光，张涛，姚骋.软体手套装盒机：CN212638054U[P].2021-03-02.

[2] 李燕.自动装盒机缺盒自动停机功能改进[J].机电信息，2021（21）：22-24.

[3] 龙良德，李国兴，冯包明，等.装盒机的滚动编码打印装置：CN103287134B[P].2016-02-10.

收稿日期：2023-10-11

作者简介：李明福（1994—），男，甘肃和政人，助理工程师，主要从事制药包装设备的使用与管理工作。

通信作者：周园（1974—），女，甘肃兰州人，医学生物高级工程师，副主任，主要从事疫苗的生产和质量管理工作。