移動(dòng)式煙用香料自動(dòng)灌裝與輸送系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

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

?

移動(dòng)式煙用香料自動(dòng)灌裝與輸送系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

徐榮華馮 海胡吉良徐益男王 琳
（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)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(guò)程中的損耗以及送錯(cuò)牌號(hào)等問(wèn)題，對(duì)輸送過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析，并采用“移動(dòng)式輸送”的新工藝方法，實(shí)現(xiàn)成品香料的自動(dòng)灌裝和輸送，同時(shí)對(duì)各個(gè)輸送環(huán)節(jié)進(jìn)行精確管控，確保香料高效、安全地輸送至現(xiàn)場(chǎng)各使用點(diǎn)。應(yīng)用效果表明，有效解決了香料在輸送過(guò)程中的損耗和浪費(fèi)問(wèn)題，提高了輸送過(guò)程的自動(dòng)化程度，杜絕發(fā)生人為因素造成的各種質(zhì)量事故。

關(guān)鍵詞：成品香料；移動(dòng)式輸送；自動(dòng)灌裝；精確管控

長(zhǎng)期以來(lái)，卷煙企業(yè)使用的香料調(diào)配設(shè)備都是將調(diào)配好的成品香料通過(guò)管路從香料廚房輸送到各現(xiàn)場(chǎng)加香、加料點(diǎn)進(jìn)行施加，存在以下諸多問(wèn)題：任何香料的管路輸送都存在輸送過(guò)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(zhǎng)度、管道內(nèi)壁的光滑程度、管道連接處的焊接質(zhì)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(guān)系，因此不能簡(jiǎn)單的用一個(gè)固定值來(lái)表示香料的損耗量，這不僅造成香料的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且給工藝、質(zhì)檢部門(mén)精確統(tǒng)計(jì)香料的使用量、計(jì)算香料的施加精度等帶來(lái)不確定的因素。因此對(duì)于卷煙企業(yè)，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(xiàn)場(chǎng)加香、加料點(diǎn)過(guò)程中的損耗和浪費(fèi)問(wèn)題。

1 設(shè)計(jì)思路

由于成品香料的損耗主要來(lái)源于管道輸送，管道越長(zhǎng)、彎頭越多損耗量越大，通常香料廚房到現(xiàn)場(chǎng)各加香、加料點(diǎn)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(dāng)嚴(yán)重。要想降低損耗可從兩方面考慮：一是選用無(wú)損耗（即無(wú)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(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，目前市場(chǎng)上批量生產(chǎn)的小通經(jīng)不銹鋼管道，還沒(méi)有加工工藝能做到管道內(nèi)壁完全不粘附，因此在現(xiàn)有條件下采用管道輸送無(wú)法解決香料損耗問(wèn)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(tǒng)的管道輸送方式。“移動(dòng)式煙用香料自動(dòng)灌裝與輸送系統(tǒng)”在此背景下應(yīng)運(yùn)而生，即煙用原料經(jīng)調(diào)配系統(tǒng)調(diào)制成成品香料后，先定量灌裝到“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”，然后再通過(guò)物流設(shè)備輸送到現(xiàn)場(chǎng)加香、加料點(diǎn)使用，這樣成品香料不通過(guò)管道輸送，能根本解決香料損耗問(wèn)題。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）明確“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”為成品香料的輸送載體，運(yùn)用先進(jìn)的物流系統(tǒng)控制理念和技術(shù)，設(shè)計(jì)一條新型的“移動(dòng)式成品香料灌裝和輸送”的工藝路線。

（2）由于采用“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”進(jìn)行成品香料的灌裝和輸送，如果在送往現(xiàn)場(chǎng)加香加料點(diǎn)的某一個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題，極有可能造成重大的質(zhì)量事故。因此“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”在“行走”過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)都必須進(jìn)行有效的管控，其輸送的香料牌號(hào)也必須進(jìn)行多方位的識(shí)別和比對(duì)。

（3）“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”在成品香料灌裝、輸送及現(xiàn)場(chǎng)加香/加料點(diǎn)的余料回收過(guò)程中都需要進(jìn)行開(kāi)蓋和關(guān)蓋，需要研制自動(dòng)開(kāi)/關(guān)蓋裝置。

（4）為了有效控制加香/加料的精度和準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)成品香料的耗用數(shù)據(jù)，須對(duì)成品香料的灌裝重量進(jìn)行精確的控制。

（5）為了能及時(shí)提供現(xiàn)場(chǎng)施加點(diǎn)的成品香料，一般情況下需提前配制好當(dāng)天所用的所有牌號(hào)的成品香料，并且提前裝入“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”待用。根據(jù)工藝要求，香料施加時(shí)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(dòng)儲(chǔ)存罐”前具備一定的溫度，在“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”內(nèi)放置一段時(shí)間后，溫度損失必須控制在工藝要求允許的范圍內(nèi)，因此需對(duì)“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”的長(zhǎng)效保溫進(jìn)行研究和試驗(yàn)。

（6）“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”輸送到現(xiàn)場(chǎng)加香/加料點(diǎn)后，為了防止香料長(zhǎng)時(shí)間存放產(chǎn)生離析，影響香料的品質(zhì)，因此需要研制能與“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”自動(dòng)對(duì)接的料液攪拌裝置對(duì)香料進(jìn)行均勻攪拌。

（7）“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施加點(diǎn)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(jìn)行對(duì)接，方能實(shí)現(xiàn)加香/加料的全過(guò)程，因此需要研制快捷、可靠的管路對(duì)接裝置。

（8）“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”從現(xiàn)場(chǎng)施加點(diǎn)返回香料廚房后，需對(duì)空罐進(jìn)行清洗，以防止不同牌號(hào)的香料互相“串混”，因此需研制自動(dòng)清洗裝置對(duì)移動(dòng)儲(chǔ)存罐進(jìn)行有效的清洗。

2.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（1）設(shè)計(jì)“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”灌裝和“行走”的工藝路線。采用鏈?zhǔn)捷斔途€實(shí)現(xiàn)成品香料的灌裝和輸送。整個(gè)輸送線分為“主線”和“輔線”兩個(gè)部分，“主線”功能為空移動(dòng)罐輸入和實(shí)移動(dòng)罐輸出；“輔線”功能為成品香料的灌裝、存放和空移動(dòng)罐清洗。其主要工藝路線簡(jiǎn)述如下：現(xiàn)場(chǎng)施加點(diǎn)返回的空移動(dòng)罐進(jìn)入“主線”后，首先需對(duì)空罐內(nèi)是否存有余料和余料牌號(hào)進(jìn)行識(shí)別，然后進(jìn)入“輔線”進(jìn)行余料排放和清洗，清洗后的空移動(dòng)罐再送入“輔線”的成品料灌裝位等待灌裝。灌裝后的實(shí)移動(dòng)罐送入“輔線”的成品料存放位暫存，根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度信息向現(xiàn)場(chǎng)施加點(diǎn)輸送。實(shí)移動(dòng)罐輸出時(shí)，先由“輔線”進(jìn)入“主線”，并且在主線的末端將灌裝信息寫(xiě)入“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”的電子芯片內(nèi)，方便移動(dòng)罐送到現(xiàn)場(chǎng)施加點(diǎn)后進(jìn)行信息比對(duì)。同時(shí)設(shè)計(jì)適合該工藝路線的運(yùn)行軟件和管理軟件，最大限度提高設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化程度和可靠性。

（2）根據(jù)調(diào)研，本課題采用目前國(guó)內(nèi)外流行的射頻識(shí)別讀寫(xiě)器“RFID”進(jìn)行“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”的信息讀寫(xiě)。在主輸送線的進(jìn)、出端以及現(xiàn)場(chǎng)各施加點(diǎn)均設(shè)置“RFID”讀寫(xiě)器，對(duì)輸入和輸出的“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”進(jìn)行全方位管控，確保香料牌號(hào)準(zhǔn)確傳遞。

（3）對(duì)于“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”而言，每次灌裝或清洗都需要自動(dòng)開(kāi)蓋和關(guān)蓋，開(kāi)關(guān)蓋動(dòng)作必須可靠、安全，并且機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不能太復(fù)雜，否則影響整體設(shè)備布置和安裝。經(jīng)過(guò)研究和試驗(yàn)，決定采用真空吸盤(pán)完成“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”的開(kāi)/關(guān)蓋動(dòng)作。移動(dòng)儲(chǔ)存罐頂部設(shè)置一長(zhǎng)方形罐蓋，罐蓋能在導(dǎo)槽中做往復(fù)移動(dòng)，移動(dòng)罐行走到灌裝位或者清洗位后，由一固定氣缸帶動(dòng)一橢圓型真空吸盤(pán)推、拉罐蓋，實(shí)現(xiàn)開(kāi)、關(guān)蓋動(dòng)作，這樣機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、結(jié)構(gòu)緊湊，方便安裝和維護(hù)。

（4） 為能準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)成品香料的耗用量，需對(duì)香料的灌裝量進(jìn)行精確控制。本課題借鑒“香料調(diào)配系統(tǒng)”中配料使用的高精度電子秤對(duì)成品香料灌裝量進(jìn)行計(jì)量。灌裝過(guò)程采用開(kāi)度能自動(dòng)調(diào)節(jié)的“專(zhuān)用灌裝閥”對(duì)流量進(jìn)行控制，從初始灌裝到接近設(shè)定灌裝量的某一重量值都采用大流量灌裝，即“專(zhuān)用灌裝閥”調(diào)節(jié)到最大開(kāi)度，以滿(mǎn)足灌裝效率要求，然后自動(dòng)調(diào)節(jié)到小開(kāi)度，使香料以微小流量進(jìn)行灌裝，直至灌裝到設(shè)定值時(shí)完全關(guān)閉灌裝閥，以達(dá)到灌裝量的精確控制。

（5）目前香料儲(chǔ)存罐多數(shù)采用硅酸鋁做保溫材料，操作簡(jiǎn)便易行，適用于短時(shí)間保溫要求，如果要求香料灌裝后能夠長(zhǎng)時(shí)間存放且保溫效果好，則采用硅酸鋁材料無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求。本課題設(shè)計(jì)時(shí)大量查閱了現(xiàn)有保溫材料的相關(guān)資料，決定采用“聚氨酯發(fā)泡”法作為香料儲(chǔ)存罐的保溫工藝，制訂了一套嚴(yán)密細(xì)致的操作方法，并且進(jìn)行了多次試驗(yàn)，最終取得滿(mǎn)意效果，400L的60℃香料在25℃的環(huán)境溫度下存放18h后，溫度下降不超過(guò)8℃，完全能夠滿(mǎn)足煙用香料的工藝要求。

（6）“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”送入現(xiàn)場(chǎng)施加點(diǎn)后，由于長(zhǎng)時(shí)間存放，香料易產(chǎn)生沉淀，需要對(duì)香料進(jìn)行攪拌后才能施加。本課題設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套可以上下對(duì)接的攪拌裝置，將帶有葉輪的攪拌軸固定在“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”內(nèi)，攪拌軸頂端設(shè)置一個(gè)水平驅(qū)動(dòng)桿，攪拌電機(jī)固定在氣缸上，氣缸則安裝在固定支架上，電機(jī)軸端設(shè)置一個(gè)垂直驅(qū)動(dòng)桿，當(dāng)“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”行進(jìn)到攪拌電機(jī)的下方時(shí)，由氣缸帶動(dòng)電機(jī)下行，使電機(jī)軸端的垂直驅(qū)動(dòng)桿與“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”頂部的攪拌軸水平驅(qū)動(dòng)板接觸，電機(jī)啟動(dòng)后產(chǎn)生力矩，驅(qū)動(dòng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”內(nèi)香料的攪拌功能。

（7）“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”送入現(xiàn)場(chǎng)施加點(diǎn)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(jìn)行對(duì)接方能實(shí)現(xiàn)香料的施加過(guò)程。經(jīng)過(guò)選型和比較，本課題選用國(guó)外進(jìn)口的快插軟管和快插接頭進(jìn)行管路對(duì)接，該軟管采用食品級(jí)硅膠制成，兩端連接快插母接頭，能與移動(dòng)儲(chǔ)存罐出料管的快插公接頭對(duì)接，接插密封性好，無(wú)滴漏，插接輕便易行，能夠滿(mǎn)足管路快速對(duì)接的要求。

（8）煙廠目前使用的“固定式香料儲(chǔ)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(nèi)，熱水通過(guò)清洗頭噴灑到筒壁上完成香料罐的清洗。通過(guò)觀察和檢測(cè)，該方式清洗存在盲區(qū)，清洗效果不好，容易產(chǎn)生香料串混。本課題設(shè)計(jì)一種“移動(dòng)噴頭”對(duì)“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”的筒壁進(jìn)行沖洗。將連接熱水軟管的清洗噴頭固定在“直線型電動(dòng)執(zhí)行器”的滑塊上，當(dāng)“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”行進(jìn)到清洗噴頭下方時(shí)，控制系統(tǒng)控制電動(dòng)執(zhí)行器的滑塊帶動(dòng)清洗噴頭進(jìn)入“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”內(nèi)，并在罐內(nèi)上下移動(dòng)，同時(shí)采用增壓水泵和“旋轉(zhuǎn)式噴頭”，使熱水產(chǎn)生高壓驅(qū)動(dòng)清洗噴頭快速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到較好的清洗效果。如果清洗后的“移動(dòng)儲(chǔ)存罐”需要烘干，可以連接熱風(fēng)發(fā)生裝置，與清洗過(guò)程一樣在罐內(nèi)上下移動(dòng)進(jìn)行烘干。

結(jié)語(yǔ)

本課題項(xiàng)目在浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司寧波卷煙廠得到了實(shí)際應(yīng)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(guò)程中的損耗和浪費(fèi)問(wèn)題，香料牌號(hào)傳遞準(zhǔn)確、計(jì)量精準(zhǔn)，為生產(chǎn)、工藝、質(zhì)檢等部門(mén)提供了精確的香料生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化程度高、穩(wěn)定可靠，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，杜絕了人為因素造成的各種質(zhì)量事故。該項(xiàng)目對(duì)提升行業(yè)的總體技術(shù)裝備水平、引領(lǐng)同類(lèi)產(chǎn)品的發(fā)展方向具有現(xiàn)實(shí)意義，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]謝劍平.煙草香料技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]謝劍平.煙草工藝與調(diào)香技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3]編輯委員會(huì).運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991.

[4]濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2001.

[5]黃凱.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1993.

[6]林敏.自動(dòng)化控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社.

[7]孫志輝.機(jī)電系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[8]張?jiān)缧?過(guò)程控制裝置及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2010.

中圖分類(lèi)號(hào)：TS27

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A