移動式煙用香料自動灌裝與輸送系統的研究及應用

徐榮華　馮 海　胡吉良　徐益男　王 琳（浙江中煙工業有限責任公司寧波卷煙廠，浙江　寧波　315040）

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移動式煙用香料自動灌裝與輸送系統的研究及應用

徐榮華馮 海胡吉良徐益男王 琳
（浙江中煙工業有限責任公司寧波卷煙廠，浙江寧波315040）

摘要：為解決煙用成品香料在管路輸送過程中的損耗以及送錯牌號等問題，對輸送過程的各個環節進行了分析，并采用“移動式輸送”的新工藝方法，實現成品香料的自動灌裝和輸送，同時對各個輸送環節進行精確管控，確保香料高效、安全地輸送至現場各使用點。應用效果表明，有效解決了香料在輸送過程中的損耗和浪費問題，提高了輸送過程的自動化程度，杜絕發生人為因素造成的各種質量事故。

關鍵詞：成品香料；移動式輸送；自動灌裝；精確管控

長期以來，卷煙企業使用的香料調配設備都是將調配好的成品香料通過管路從香料廚房輸送到各現場加香、加料點進行施加，存在以下諸多問題：任何香料的管路輸送都存在輸送過程中不同程度的損耗，這種損耗與管路的空間布局、管道的長度、管道內壁的光滑程度、管道連接處的焊接質量、香料的自身特性（如粘度）、清掃管道的壓縮空氣壓力等有著密切的關系，因此不能簡單的用一個固定值來表示香料的損耗量，這不僅造成香料的嚴重浪費，而且給工藝、質檢部門精確統計香料的使用量、計算香料的施加精度等帶來不確定的因素。因此對于卷煙企業，迫切需要采用一種新工藝、新方法能解決成品香料在輸送到現場加香、加料點過程中的損耗和浪費問題。

1 設計思路

由于成品香料的損耗主要來源于管道輸送，管道越長、彎頭越多損耗量越大，通常香料廚房到現場各加香、加料點的輸送管道，少則幾十米，多則上千米，日積月累，香料的損耗相當嚴重。要想降低損耗可從兩方面考慮：一是選用無損耗（即無粘附）的材料制作管道，二是摒棄管道輸送采用新的輸送方式。經過市場調研，目前市場上批量生產的小通經不銹鋼管道，還沒有加工工藝能做到管道內壁完全不粘附，因此在現有條件下采用管道輸送無法解決香料損耗問題。那就只有另辟新徑，采用新的成品香料輸送方式替代傳統的管道輸送方式。“移動式煙用香料自動灌裝與輸送系統”在此背景下應運而生，即煙用原料經調配系統調制成成品香料后，先定量灌裝到“移動儲存罐”，然后再通過物流設備輸送到現場加香、加料點使用，這樣成品香料不通過管道輸送，能根本解決香料損耗問題。

2 設計方案

2.1 設計內容

（1）明確“移動儲存罐”為成品香料的輸送載體，運用先進的物流系統控制理念和技術，設計一條新型的“移動式成品香料灌裝和輸送”的工藝路線。

（2）由于采用“移動儲存罐”進行成品香料的灌裝和輸送，如果在送往現場加香加料點的某一個環節出了問題，極有可能造成重大的質量事故。因此“移動儲存罐”在“行走”過程中的各個環節都必須進行有效的管控，其輸送的香料牌號也必須進行多方位的識別和比對。

（3）“移動儲存罐”在成品香料灌裝、輸送及現場加香/加料點的余料回收過程中都需要進行開蓋和關蓋，需要研制自動開/關蓋裝置。

（4）為了有效控制加香/加料的精度和準確統計成品香料的耗用數據，須對成品香料的灌裝重量進行精確的控制。

（5）為了能及時提供現場施加點的成品香料，一般情況下需提前配制好當天所用的所有牌號的成品香料，并且提前裝入“移動儲存罐”待用。根據工藝要求，香料施加時必須具備一定的工藝溫度，才能被煙葉有效地吸收。成品香料灌入“移動儲存罐”前具備一定的溫度，在“移動儲存罐”內放置一段時間后，溫度損失必須控制在工藝要求允許的范圍內，因此需對“移動儲存罐”的長效保溫進行研究和試驗。

（6）“移動儲存罐”輸送到現場加香/加料點后，為了防止香料長時間存放產生離析，影響香料的品質，因此需要研制能與“移動儲存罐”自動對接的料液攪拌裝置對香料進行均勻攪拌。

（7）“移動儲存罐”進入現場施加點后，其出料管路需與加香/加料裝置的料液施加管路和余料回收管路進行對接，方能實現加香/加料的全過程，因此需要研制快捷、可靠的管路對接裝置。

（8）“移動儲存罐”從現場施加點返回香料廚房后，需對空罐進行清洗，以防止不同牌號的香料互相“串混”，因此需研制自動清洗裝置對移動儲存罐進行有效的清洗。

2.2 技術實現

（1）設計“移動儲存罐”灌裝和“行走”的工藝路線。采用鏈式輸送線實現成品香料的灌裝和輸送。整個輸送線分為“主線”和“輔線”兩個部分，“主線”功能為空移動罐輸入和實移動罐輸出；“輔線”功能為成品香料的灌裝、存放和空移動罐清洗。其主要工藝路線簡述如下：現場施加點返回的空移動罐進入“主線”后，首先需對空罐內是否存有余料和余料牌號進行識別，然后進入“輔線”進行余料排放和清洗，清洗后的空移動罐再送入“輔線”的成品料灌裝位等待灌裝。灌裝后的實移動罐送入“輔線”的成品料存放位暫存，根據生產調度信息向現場施加點輸送。實移動罐輸出時，先由“輔線”進入“主線”，并且在主線的末端將灌裝信息寫入“移動儲存罐”的電子芯片內，方便移動罐送到現場施加點后進行信息比對。同時設計適合該工藝路線的運行軟件和管理軟件，最大限度提高設備運行的自動化程度和可靠性。

（2）根據調研，本課題采用目前國內外流行的射頻識別讀寫器“RFID”進行“移動儲存罐”的信息讀寫。在主輸送線的進、出端以及現場各施加點均設置“RFID”讀寫器，對輸入和輸出的“移動儲存罐”進行全方位管控，確保香料牌號準確傳遞。

（3）對于“移動儲存罐”而言，每次灌裝或清洗都需要自動開蓋和關蓋，開關蓋動作必須可靠、安全，并且機構設計不能太復雜，否則影響整體設備布置和安裝。經過研究和試驗，決定采用真空吸盤完成“移動儲存罐”的開/關蓋動作。移動儲存罐頂部設置一長方形罐蓋，罐蓋能在導槽中做往復移動，移動罐行走到灌裝位或者清洗位后，由一固定氣缸帶動一橢圓型真空吸盤推、拉罐蓋，實現開、關蓋動作，這樣機構簡單可靠、結構緊湊，方便安裝和維護。

（4） 為能準確統計成品香料的耗用量，需對香料的灌裝量進行精確控制。本課題借鑒“香料調配系統”中配料使用的高精度電子秤對成品香料灌裝量進行計量。灌裝過程采用開度能自動調節的“專用灌裝閥”對流量進行控制，從初始灌裝到接近設定灌裝量的某一重量值都采用大流量灌裝，即“專用灌裝閥”調節到最大開度，以滿足灌裝效率要求，然后自動調節到小開度，使香料以微小流量進行灌裝，直至灌裝到設定值時完全關閉灌裝閥，以達到灌裝量的精確控制。

（5）目前香料儲存罐多數采用硅酸鋁做保溫材料，操作簡便易行，適用于短時間保溫要求，如果要求香料灌裝后能夠長時間存放且保溫效果好，則采用硅酸鋁材料無法滿足工藝要求。本課題設計時大量查閱了現有保溫材料的相關資料，決定采用“聚氨酯發泡”法作為香料儲存罐的保溫工藝，制訂了一套嚴密細致的操作方法，并且進行了多次試驗，最終取得滿意效果，400L的60℃香料在25℃的環境溫度下存放18h后，溫度下降不超過8℃，完全能夠滿足煙用香料的工藝要求。

（6）“移動儲存罐”送入現場施加點后，由于長時間存放，香料易產生沉淀，需要對香料進行攪拌后才能施加。本課題設計開發一套可以上下對接的攪拌裝置，將帶有葉輪的攪拌軸固定在“移動儲存罐”內，攪拌軸頂端設置一個水平驅動桿，攪拌電機固定在氣缸上，氣缸則安裝在固定支架上，電機軸端設置一個垂直驅動桿，當“移動儲存罐”行進到攪拌電機的下方時，由氣缸帶動電機下行，使電機軸端的垂直驅動桿與“移動儲存罐”頂部的攪拌軸水平驅動板接觸，電機啟動后產生力矩，驅動攪拌軸旋轉實現“移動儲存罐”內香料的攪拌功能。

（7）“移動儲存罐”送入現場施加點后，其出料管路需與加香/加料裝置的加料和余料回收管路進行對接方能實現香料的施加過程。經過選型和比較，本課題選用國外進口的快插軟管和快插接頭進行管路對接，該軟管采用食品級硅膠制成，兩端連接快插母接頭，能與移動儲存罐出料管的快插公接頭對接，接插密封性好，無滴漏，插接輕便易行，能夠滿足管路快速對接的要求。

（8）煙廠目前使用的“固定式香料儲存罐”的清洗通常是將帶有清洗噴頭的熱水管固定在罐筒內，熱水通過清洗頭噴灑到筒壁上完成香料罐的清洗。通過觀察和檢測，該方式清洗存在盲區，清洗效果不好，容易產生香料串混。本課題設計一種“移動噴頭”對“移動儲存罐”的筒壁進行沖洗。將連接熱水軟管的清洗噴頭固定在“直線型電動執行器”的滑塊上，當“移動儲存罐”行進到清洗噴頭下方時，控制系統控制電動執行器的滑塊帶動清洗噴頭進入“移動儲存罐”內，并在罐內上下移動，同時采用增壓水泵和“旋轉式噴頭”，使熱水產生高壓驅動清洗噴頭快速旋轉，達到較好的清洗效果。如果清洗后的“移動儲存罐”需要烘干，可以連接熱風發生裝置，與清洗過程一樣在罐內上下移動進行烘干。

結語

本課題項目在浙江中煙工業有限責任公司寧波卷煙廠得到了實際應用，并取得了良好的使用效果。徹底解決了成品香料在輸送過程中的損耗和浪費問題，香料牌號傳遞準確、計量精準，為生產、工藝、質檢等部門提供了精確的香料生產統計數據。設備運行自動化程度高、穩定可靠，降低了工人的勞動強度，杜絕了人為因素造成的各種質量事故。該項目對提升行業的總體技術裝備水平、引領同類產品的發展方向具有現實意義，具有很好的推廣應用價值。

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