柜式先進先出卷煙儲存輸送裝置設計與應用

摘 要：【目的】為解決一種直徑與正常卷煙相同但長度較短的新型卷煙輸送對接問題，設計了一種柜式先進先出卷煙存儲輸送裝置。【方法】該裝置由執行系統和控制系統組成，執行系統由提升機、高位輸送器、先進先出儲柜、低位輸送器等組成；控制系統由嵌入式PLC、伺服電機、料位檢測組件等組成。首先，通過提升機抬高煙支煙流，輸送至先進先出儲柜；其次，由料位檢測組件監控煙流高度和輸送速度，當速度不匹配時，控制先進先出儲柜收縮或擴容；最后，煙流經過低位輸送器輸送至下游設備。【結果】該裝置主要用于卷接包生產線上，通過將上游設備與下游設備柔性地連接起來進行先進先出，完成煙支的自動輸送、存儲和緩沖調節。【結論】該裝置使卷接包生產線實現高度自動化，滿足新型煙草的轉運輸送需求，提高了整條生產線的工作效率，且裝置運行穩定可靠，操作簡單，便于維護。

關鍵詞：新型煙草；先進先出；煙支輸送

中圖分類號：TS452" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）09-0035-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.09.007

Design and Application of Cabinet -Type Advanced Cigarette Storage and Transport Device

CHEN Yunfei

（Xuchang Tobacco Machinery Co.， Ltd.，Xuchang 461000，China）

Abstract：[Purposes] In order to solve a new type of tobacco transportation docking problem with a shorter length and ordinary cigarettes， a cabinet -type advanced cigarette storage and transportation device was designed. [Methods] This device consists of an execution system and a control system. The execution system consists of components such as improving machines， high -level conveyors， advanced first -level storage cabinets， low -level conveyors; the control system consists of embedded PLC， servo motor， material detection component， etc. By increasing the cigarettes， the cigarette flow is transported to the advanced first -out storage cabinet， and the height of the smoke flow and conveying speed by the material detection component is monitored. When the speed does not match， control the advancement of advanced storage cabinet contraction and expansion， The low -level conveyor is transported to the downstream device. [Findings] This conveyor is mainly used on the roll production line. The upstream equipment is flexibly connected to the downstream equipment to make the advanced first， and the automatic transportation， storage and buffering adjustment tasks of the cigarette branch are completed. [Conclusions] This device enables high -speed automation of the roll -up package production line， meets the demand for new tobacco transfer transportation， improves the effective operating rate of the entire production line， and has advantages like stable and reliable operation， simple operation， and convenient maintenance.

Keywords： new type of tobacco; advanced tobacco; tobacco transportation

0 引言

加熱不燃燒新型卷煙是目前新型煙草的熱門產品，其危害性相較于傳統卷煙下降了大約90%，但其口感及滿足感卻達到了傳統卷煙的90%［1-2］。目前，市面上的新型卷煙規格主要有兩種，一種為直徑與普通卷煙相當而長度較短的短支煙彈、另外一種為直徑較細而長度較長的細支煙彈。新型細支煙草特性與常規細支煙類似，對于其存儲輸送裝置現有的設備較多且適應性良好，無須專門開發。但短支煙彈由于其結構及存儲輸送方式的改變，現有的存儲輸送設備無法滿足輸送需求，即使勉強對設備進行改型后，在使用過程中也容易頻繁地出現亂煙、堵煙等情況。另外，新型煙草的生產工藝要求較高，新型煙草的發煙段采用薄片切絲后形成，與傳統煙支的煙絲相比，新型煙草的水分含量和香味揮發性更強，需要在生產出來后盡快送入下游包裝機組中進行密封包裝，防止影響煙支品質。

由于新型煙草需要較高的生產工藝要求［3］，“先進后出”的緩存方式已無法滿足客戶對設備的要求，取而代之的是“先進先出”的緩存方式。柜式先進先出卷煙儲存輸送系統適用于一臺或多臺上游設備、一臺或多臺下游設備相連接，以取代傳統的裝卸盤設備、先進后出型存儲器和手工作業。先進先出的設計相較于傳統的先進后出型存儲器可以更好地適應目前卷煙生產工藝，減少煙支到下游設備之間的停留時間，減少煙支水分和香味的喪失。

1 設計要求

柜式先進先出存儲輸送裝置是煙支重要的輸送載體，其結構的設計質量直接影響煙支輸送過程中的運動狀態。可靠性高、結構輕便簡單、成本低的存儲輸送裝置對整個新型煙草生產機組起著至關重要的作用。新型煙草相比普通卷煙的區別較大，具有“直徑與普通卷煙相當但長度較短”的物理特性。根據上述新型煙草的特點，設計時需要考慮以下問題。

①新型煙草會較快地損失香味和水分，需要在生產出來后短時間內完成包裝，因此輸送存儲裝置需要以先進先出為原則，來保障產品品質的需求。

②和傳統煙支相比，新型煙草的長度較短，需要考慮鏈板寬度在輸送過程中的影響，保證煙支在通道內平滑運動。

③煙層高度越高其輸送穩定性越差［4-5］，新型煙草質量較輕，過高的堆積煙支層高，不僅會降低輸送的可靠性和效率，也容易影響煙支的質量。

④由于短支煙彈的長度過短，所以在提升機過渡處沒有空間設置過渡皮帶，需要重新設計該部分裝置結構，確保煙支順利通過無動力的過渡點。

2 系統結構

柜式先進先出卷煙儲存輸送裝置的結構如圖1所示。其主要由提升機、高位輸送器、先進先出儲柜、低位輸送器等部件組成。該裝置采用大轉彎半徑和分段提升輸送技術，有效地降低了提升機在提升輸送過程中對于煙支質量的影響。儲柜采用伸縮皮帶式設計輸送煙支存儲。即通過改變有效輸送煙支皮帶的長度，從而改變煙支存儲通道的容積。皮帶采用互為鏡像布置的倒置“J”結構，整體長度保持不變，避免產生額外的存放皮帶空間，有效利用儲柜內的空間。根據上下游設備的實時狀況控制儲柜以先進先出為原則對煙流進行精確的存儲或排出動作，確保卷接包機組協調一致，達到最佳工作狀態。

2.1 提升機

柜式先進先出輸送裝置的提升機段根據輸送普通或超細規格煙支的“YF17卷煙儲存輸送裝置”的提升機進行改進［6-7］，針對新型煙草質量及長度限制，需要對輸送鏈板寬度、煙支層高等方面進行重新計算及設計。

2.1.1 減小輸送鏈板寬度。之前新型煙草的長度大約在45～50 mm，之前用于輸送普通煙支的鏈板寬度為51 mm或63 mm，由于短支煙彈的長度較短，使用這種較寬規格的輸送鏈板，在提升輸送短支煙彈時，通道的前后限位板不易設計和安裝。短支煙彈在輸送通道內容易沒有限位發生亂煙的情況。因此，需要根據新型煙草“短”且“輕”的特點，重新設計并開模制作特殊的輸送鏈板，其寬度設定為44 mm。

2.1.2 降低輸送煙層高度。用于提升普通煙支的提升機輸送通道內煙層高度為120 mm，細支煙為90 mm。由于短支煙彈的長度過短，導致其在輸送通道內的穩定性較差，煙層高度越高其輸送穩定性越差，越容易發生“側傾”或“打滑”現象。而煙層高度過低又容易導致速度降低，無法滿足輸送速度的要求。針對這種情況，通過試驗最終得出通道煙層的高度控制在50 mm效果最佳。

2.1.3 水平過渡采用高差過渡。用于輸送普通或超細規格煙支的“YF17卷煙儲存輸送裝置”的提升機［8］，由于煙支長度（84～100 mm）遠大于輸送鏈板的寬度（51 mm或63 mm），因此所有輪組過渡點均設有“過渡皮帶組件”，防止因無動力導致的煙支堆積和擠壓現象。而短支煙彈的長度過短（45～50 mm），其輸送鏈板寬度為44 mm，在過渡處無法設置過渡皮帶，為了煙支能夠順利通過無動力的過渡點，在新裝置的設計中采用了“高差法”。即前段的輸送鏈板高度需要大于后段的輸送鏈板高度，通過“重力”輔助煙支順利地通過這段無動力過渡點。

2.2 先進先出儲柜

先進先出儲柜是通過增長或縮短輸送鏈來完成煙支制品的存儲與輸出，其原理如圖2所示。存儲器的煙支存儲排煙由儲存器內部的收縮擴容機構實現。收縮擴容機構由伺服電機驅動同軸左旋和右旋絲桿旋轉，帶動布置在直線滑軌上的滑臺移動，繼而帶動正面的可伸縮輸送皮帶進行擴容或收縮，從而實現煙支的儲存，收縮擴容機構如圖3所示。當上游設備生產煙支產量增加或下游機接受能力降低時，傳感器檢測煙支堆積高度大于設定高度時，伸縮傳動皮帶進行擴容，增加儲柜存儲煙支的能力，暫存煙支；當上游設備生產煙支產量減小或下游機接受能力提高時，伸縮傳送皮帶進行收縮，保證下游輸送設備速度不受影響。設備在運行過程中實現煙支先進先出的原則，同時實現煙支在設備運行中的可追溯性。

伸縮輸送皮帶的布置方式如圖4所示。由兩組獨立驅動的伸縮皮帶構成一個伸縮回路，完成兩層煙支的輸送、擴容儲煙及收縮排煙。每組伸縮輸送皮帶都配置一套料層檢測傳感器，設備通過采集進料提升機輸送煙支速度、下游設備生產速度及每組伸縮輸送皮帶料層檢測值利用PLC算法計算，控制每組伸縮輸送皮帶的輸送和存儲器的擴容儲煙或收縮排煙。

3 電控系統

電控系統采用德國Beckhoff嵌入式PC技術，根據上下游設備的實時狀況控制儲柜以先進先出為原則對煙流進行精確的存儲或排出控制，確保與卷接包機組協調一致，達到最佳工作狀態。其工作與YF17A卷煙存儲輸送裝置的控制技術類似［9］。

電控系統對提升機和提升裝置的控制上進行優化設計，分別由四套LEXIUM 32i ECT 和 BMI集成式伺服電機進行驅動，提升機和提升裝置入口各設計一套料位檢測組件。

儲柜緩存和排出煙支通過一套LEXIUM 32i ECT 和 BMI集成式伺服電機進行驅動。每條輸送皮帶使用一臺獨立的LEXIUM MDRIVE一體化步進電機驅動，八臺電機（單柜）在煙支輸送動作時，輸送皮帶以特定速度運轉，保證煙支輸送的連續性和穩定性。每條輸送皮帶的下落通道處均設計一套料位檢測組件，監控煙支輸送層高的變化量，實現實時調控。

4 結論

本研究設計了一種適應新型煙草的“卷煙儲存輸送系統”，將卷煙機和包裝機連接起來，形成卷接包物流自動化生產的聯接設備。解決了加熱不燃燒新型煙支需要短時間內送入下游設備進行包裝和密封，不可長時間滯留于輸送通道或存儲器內，否則容易造成煙支香味散失、水分吸收過多受潮等問題。該裝置結構簡單、運行可靠、便于維護。

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