如 图1 所示，模盒定位装置包括下导片1、侧导片2、上导片3、吸风板4、模盒固定螺栓5、弹簧6、负压底座12、负压接头15、弹簧16、模盒固定螺栓18、模盒支架17；往复运动装置包括滑座13、滑轨14、螺母7、连杆固定螺柱8、定长连杆9、转轴10、驱动电机11、调节连杆内螺纹段19、调节连杆外螺纹段21、锁紧螺母20。

如 图2 所示，吸风板上开有吸风孔，可将标签吸附在吸风板上，其有两长一短的3条通槽，导片可以穿过吸风板的通槽，导片后部装有弹簧，将三块导片顶出吸风板1 cm的高度，突出的部分能够对标签进行定位，贴标的时候，三块导片被压缩至与吸风块平齐，标签与烟包组接触，进行标签的粘贴，如 图3 所示，上导片与下导片的前端有15˚的倒角，对标签起到导向作用。负压底座和吸风板、磨合支架安装在一起，模盒支架上有导向孔，螺栓穿过导向孔与负压底座相连，可带动负压底座自由移动。负压底座与模盒支架之间安装有弹簧，当粘贴标签时，弹簧发生压缩，压住标签使其粘贴牢固。往复运动装置滑轨安装于底板上，滑座可沿滑轨自由移动，滑座上通过螺栓固定模盒支架，滑座由调节连杆驱动。可以通过调整调节连杆的长度尺寸，从而调整往复运动装置的运动距离。调节连杆与驱动电机输出轴连接，调节连杆与定长连杆、滑轨等机构组成曲柄滑块机构，将驱动电机的旋转运动转化为往复直线运动，带动模盒定位装置移动。

图1. 负压贴标装置结构图

1) 曲柄滑块机构的设计

如 图4 所示，本装置为一对心曲柄滑块机构。其适配的卷烟包装机的运行速度为200包/min，贴标装置在烟包透明纸包装完成后在其两包堆叠状态进行贴标，堆叠的烟包组由被步进电机带动的齿带输送，贴标装置安装在齿形带旁，将标签贴在烟包组的侧面，贴标装置完成一次贴标循环所用时间为0.6秒。为保证贴标质量，在装置与烟包接触之后，弹簧收缩将标签压紧，所以曲柄和连杆的长度应大于机架至烟包的距离，弹簧压紧时间约0.05秒。

因安装位置空间的影响，机架O与烟包的距离为50 cm，B点至模盒定位装置的距离为20 cm，则可知OB的长度为30 cm，弹簧压紧时间0.05秒为一次粘贴循环的8%，则β = 14˚，曲柄长度为10 cm，根据勾股定理及三角函数公式：

$\{\begin{array}{c}\cos \text{β}=\frac{\text{OC}}{\text{OA}}\\ \sin \text{β}=\frac{\text{AC}}{\text{OA}}\\ {\text{CB}}^2+{\text{AC}}^2={\text{AB}}^2\end{array}$

则可以计算得出连杆的尺寸AB ≈ 30.44 cm，为了方便加工取整连杆AB的尺寸为30.4 cm，根据OB与OA + OB的尺寸之差为0.4 cm，得出模盒定位装置的弹簧压缩量为0.4 cm。

2) 弹簧的选定

模盒定位装置在弹簧弹性势能的作用下挤压烟包，根据玉溪卷烟厂《卷烟产品质量检验管理规定(2020版)》的要求，烟包包装不能出现变形情况。为了得到一组烟包最大能够承受的压力，使用压力测量表进行实验，并统计烟包的变形率(变形率 = 变形烟包数/实验烟包总数)，结果见 表1 。可见在对烟包组施加48 N以上的压力之后，烟包出现不可逆变形的情况，因此弹簧在被压缩0.4 cm的情况下总共能产生的压力最大值为48 N。

根据装置的结构设计，弹簧对烟包的压力主要来自四盘支撑负压底座的弹簧，这四盘弹簧施加在烟包组上的压力之和应小于48 N，支撑负压底座的弹簧压缩量为0.4 cm，则可以对弹簧进行选定：由于负压支座由四盘弹簧支撑，所以每盘弹簧在压缩0.4 cm的情况下给予烟包的最大压力为12 N，则设定弹簧的最小工作载荷P₁为5 N，最大工作载荷P_n为40 N，同时负压支座由M6螺栓安装在模盒支架上，所以弹簧的内径D₁应大于5.5 mm，工作行程h为20 mm，则根据下列公式：

$\{\begin{array}{c}P\text{'}=\frac{Pn-P1}{h}Fj=n\ast fj\\ Pj\ge 1.25Pnt=\frac{Fj}{n}+d\\ n=\frac{P^{\prime }d}{P^{\prime }}Ho=nt+1.5d\\ P^{\prime }=\frac{P^{\prime }d}{n}\end{array}$

可以计算出初算弹簧刚度P'为1.75 N/mm，极限载荷P_j为50 N，根据圆柱螺旋压缩弹簧计算表(GB/T 2089-1994)可以选取材料直径d = 1 mm，弹簧中径D = 7 mm，单圈刚度 $P_n{}^{\prime }$= 28.8 N/mm⁻¹，单圈最大型变量f_j= 1.575，则计算有效圈数n ≈ 18.8取标准值18，最大形变量F_j≈ 28 mm，节距t = 2.575，自由高度H₀= 47.85 mm，取标准值48 mm。根据以上计算结果可选定实际刚度P' =1.6 N/mm，外径D₂= 8 mm，内径D₁= 6 mm，则选择Φ1 × 48 × 8 × 65 Mn牌号70的弹簧。

3) 负压压强的确定

如 图5 所示，连接设备负压管路的气源经过过滤器和调压阀之后进入负压支座，在通气的时候将标签吸附在模盒内，由于标签所用材质较软较薄，所以装置的贴标稳定性及标签表面平整度受到负压压强大小的影响，难以准确进行计算。为此，通过调整调压阀来控制负压的大小，统计标签粘贴与标准位置之间的偏移率及标签表面是否出现吸附痕迹。统计结果如 表2 所示，可见在负压0.025 Mpa至0.03 Mpa之间标签的粘贴效果最佳，因此接入的负压压强应使用调压阀调整至0.025 Mpa~0.03 Mpa。

贴标装置需要在烟包组步进输送停顿的过程中完成标签的粘贴，为实现贴标装置与包装机的相位配合，需对贴标装置的运动进行设计，以一个烟包组从停止到开始运动为一个相位，设计贴标装置的运动循环图。该装置在一个相位中，存在三个关键要素，分别为：1) 驱动电机的运动与停止，2) 标签吸附负压的通断，3) 吸风板压紧烟包组的时间。三个要素的相位关系如 图6 所示。

负压贴标装置的运动循环过程如下：当贴标装置的驱动电机11开始动作的时候，负压管路打开吸附标签，电机11驱动调节连杆19及定长连杆9动作，继而带动模盒定位装置沿着滑轨14做往复运动，当吸风板4与烟包接触时，负压管路关闭，模盒支架17在定长连杆9的推动下，压缩弹簧16，给予标签和烟包一定程度的压力，随后模盒定位装置被定长连杆9带动开始回退至起始位置，完成一次标签粘贴循环。