一種煙葉自動(dòng)打包機(jī)的設(shè)計(jì)研究

鄧若飛+++王嘉煒+++任宏杰

摘 要：針對(duì)目前煙葉打包機(jī)工作效率及自動(dòng)化程度低的現(xiàn)狀，根據(jù)煙葉易碎、易被污染的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款煙葉自動(dòng)打包機(jī)，在PLC控制系統(tǒng)的有序控制下，實(shí)現(xiàn)了煙葉裝填輸送、煙包稱重、施壓成型及煙包捆扎這四個(gè)主要打包流程，完成了煙葉的自動(dòng)打包。

關(guān)鍵詞：煙葉；打包機(jī)；PLC；自動(dòng)控制

煙葉是香煙的主要生產(chǎn)原料，煙葉的采收、運(yùn)輸以及倉儲(chǔ)過程中，都存在著煙葉體積大，倉儲(chǔ)空間需求大，從而導(dǎo)致成本增加，利潤(rùn)下降。煙葉的收儲(chǔ)過程中，工序的高效性、人員利用的充分性及工序的自動(dòng)化程度體現(xiàn)了煙葉收儲(chǔ)工作的效率，如何提高煙葉的收儲(chǔ)工作效率是目前煙葉收購站面臨的一大問題。其中，工序的自動(dòng)化程度取決于收儲(chǔ)過程中收儲(chǔ)設(shè)備的應(yīng)用狀況，而煙葉打包機(jī)正是收儲(chǔ)相關(guān)配套設(shè)備的一種，是提高收儲(chǔ)效率的主要設(shè)備之一[1]。

未來幾年，全國(guó)煙葉發(fā)展總量在4600萬擔(dān)左右，目前全國(guó)煙葉收購站（點(diǎn)）近5000個(gè)，國(guó)家煙草專賣（總公司）提出以5萬擔(dān)煙葉基地為基礎(chǔ)，正在加快煙葉收購站（點(diǎn)）的建設(shè)及整合，預(yù)計(jì)今后的收購站點(diǎn)應(yīng)該在4000個(gè)左右。由于收購站點(diǎn)的煙葉收購量均在5萬擔(dān)以上，在一個(gè)收購期內(nèi)要完成5萬擔(dān)的煙葉打包工作，人力成本和收購周期均會(huì)有很大的壓力，因此，設(shè)計(jì)研發(fā)一種高效的煙葉打包機(jī)能有效地解決煙葉從采收到倉儲(chǔ)及運(yùn)輸過程中面臨的體積松散、運(yùn)量輕等一系列問題，從而降低煙草公司成本，提高其利潤(rùn)[2]。

1 煙葉自動(dòng)打包機(jī)的工作原理

煙葉打包機(jī)是一種利用液壓或者氣壓原理，通過壓縮部件將煙葉壓縮成一定體積的環(huán)保型設(shè)備。將完成裝送、電子稱量的待打包煙葉送入受壓腔體內(nèi)，使得煙葉基本處于打包機(jī)中間，由壓力板完成施壓成型，再根據(jù)煙葉包的捆扎要求進(jìn)行捆包后，由輸送裝置推送至輸送帶運(yùn)走，完成整個(gè)打包工序。本次的煙葉打包機(jī)主要是針對(duì)煙葉葉片大、造碎率高的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)的，在保證煙葉包完整無損的基礎(chǔ)上，能實(shí)現(xiàn)原煙打包工作四道工序（即煙葉裝填輸送、稱重、施壓成型、捆扎）的機(jī)械化。

2 自動(dòng)打包機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及功能

2.1 整體結(jié)構(gòu)。煙葉自動(dòng)打包機(jī)主要由四大裝置構(gòu)成，裝填輸送裝置、壓縮裝置、稱重裝置及捆扎裝置，在控制系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)煙葉的自動(dòng)打包。整機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1。

2.2 輸送裝置。輸送裝置包括料箱和喂料器兩個(gè)部分。喂料器由帶有五個(gè)葉片的旋轉(zhuǎn)輪構(gòu)成，設(shè)置在料箱出口處，當(dāng)需要打包煙葉時(shí)，通過控制系統(tǒng)開啟電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)輪，根據(jù)旋轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速來控制喂料速度。打包腔體內(nèi)的煙葉裝入量可由控制程序控制喂料器的運(yùn)行時(shí)間來控制，電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，旋轉(zhuǎn)輪上的葉片能擋住煙葉，以防煙葉滑入工作腔中。若喂料器的喂料效率為a（m3/r），轉(zhuǎn)速為n（r/min），一次運(yùn)行喂料時(shí)間為t（min），則一次打包的喂料量為V（m3）=ant。

2.3 稱重裝置。稱重裝置由稱重傳感器、稱重液壓系統(tǒng)等組成。打包機(jī)不工作時(shí)，壓力腔擱置在機(jī)架上，重量由機(jī)架承載，稱重傳感器不承載設(shè)備的重量；稱重時(shí)，由稱重液壓系統(tǒng)將稱煙腔抬升，讓稱重傳感器僅承受稱煙腔和煙葉的重量；打包時(shí)，由稱重液壓系統(tǒng)將壓力腔放下，并擱置在機(jī)架上，液壓系統(tǒng)的壓力板壓力直接傳遞給機(jī)架，避免了稱重傳感器反復(fù)承受壓力板壓力，延長(zhǎng)了傳感器壽命。

2.4 壓縮裝置。壓縮裝置包括液壓缸、壓力板及打包腔體。液壓裝置以壓力為主控因素，采用壓力可調(diào)、行程可控、壓力分導(dǎo)的技術(shù)手段，有效避免煙葉壓油和壓碎；而且煙包的外觀質(zhì)量也得到提高。其中，壓力可控方面，打包壓力可以在4-16Mpa范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)可視調(diào)控；行程可調(diào)方面，壓板行程可以在150mm范圍內(nèi)調(diào)整設(shè)定；壓力分導(dǎo)方面，通過施壓緩沖，引導(dǎo)壓力在煙包內(nèi)的煙葉間均勻地遞進(jìn)式傳遞。液壓系統(tǒng)采用邏輯閥和硬油路，能有效防止?jié)B漏，避免污染煙葉。打包腔體上有門鎖及推包裝置，當(dāng)完成打包捆扎后，通過程序控制打開門鎖，同時(shí)，推包裝置繞開關(guān)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，推出煙葉包，使其落在下游的傳輸帶上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打包的一個(gè)完整流程。

2.5 捆扎裝置。捆扎裝置主要由程序控制捆扎輪將捆扎帶送至捆扎位置，并反向收緊，直至鋼扣扣緊，剪切裝置剪斷扎帶，完成一次自動(dòng)捆扎，并在程序控制下實(shí)現(xiàn)循環(huán)捆扎。捆扎裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2。

3 控制系統(tǒng)

本次煙葉打包機(jī)采用PLC控制系統(tǒng)，使用三菱生產(chǎn)的FX2N系列可編程邏輯器件。I/O分配表是編寫PLC程序和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接線的依據(jù)，所以對(duì)控制系統(tǒng)的I/O分配進(jìn)行確定是控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，須根據(jù)煙葉打包機(jī)的特點(diǎn)及控制需要，進(jìn)行I/O分配情況的設(shè)計(jì)，包括輸入信號(hào)和輸出信號(hào)中的各個(gè)接觸器及控制開關(guān)的分配。

4 主要技術(shù)參數(shù)及調(diào)試結(jié)果

該煙葉打包機(jī)的液壓系統(tǒng)額定工作壓力為16MPa，整機(jī)正常工作額定功率為4.5KW。根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn)，該煙葉打包機(jī)成包尺寸為800mm×400mm×340mm（長(zhǎng)×寬×高），煙包重量在80kg/包左右，打包能力能達(dá)到55包/h。調(diào)試過程中，設(shè)備工作情況良好，能很好地適用于煙葉的打包處理。

5 結(jié)束語

本研究針對(duì)目前煙葉打包機(jī)工作效率低的現(xiàn)狀和煙葉打包機(jī)自動(dòng)化程度有待提高的發(fā)展需求，考慮到煙葉易碎、易被污染的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款煙葉自動(dòng)打包機(jī)，實(shí)現(xiàn)原煙打包工序（即煙葉裝填輸送、稱重、施壓成型、捆扎）自動(dòng)化的目的，節(jié)省了人力成本，能有效提高煙草企業(yè)的利潤(rùn)，且可推廣至其他對(duì)打包工序有需求的葉類植物打包市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]楊尚明，滕春富，劉繼孝，等.一種半自動(dòng)煙葉打包機(jī)的技術(shù)改造與研究[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2015（10）：52.

[2]梁小軍.煙葉收購環(huán)節(jié)監(jiān)管追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：鄧若飛（1990-），男，碩士，機(jī)械工程專業(yè)，現(xiàn)工作于北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所。