摘要：近年來，隨著異型煙品規(guī)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，立式條煙分揀裝置的煙倉尺寸調(diào)節(jié)需耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，極大制約了異型煙分揀效率。本文通過設(shè)計(jì)壓脹鎖緊裝置和彈簧定位銷等裝置，將可調(diào)式煙倉原采用的螺栓緊固方式改為壓脹鎖緊方式，并在原裝置的基礎(chǔ)上安裝彈簧定位銷等煙倉調(diào)節(jié)輔助工具。試驗(yàn)表明：改進(jìn)后的裝置可大幅提升煙倉尺寸調(diào)節(jié)效率，顯著降低工作強(qiáng)度和條煙分揀破損率，且具有較好的可靠性和穩(wěn)定性，對于煙草商業(yè)企業(yè)有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：異型煙、可調(diào)式煙倉、壓脹鎖緊、彈簧定位銷

一、引言?

隨著卷煙市場化取向改革的推進(jìn)，卷煙消費(fèi)市場呈現(xiàn)個(gè)性化、差異化、定制化特征，各類異型卷煙不斷涌現(xiàn)，品規(guī)數(shù)日益增加[1]。

由于當(dāng)前在銷異型煙尺寸差異較大（80mm～350mm×80mm～220mm×20mm～120mm)，且品規(guī)數(shù)不斷增加，為滿足分揀需要，立式條煙分揀裝置的尺寸調(diào)節(jié)變得十分頻繁。

當(dāng)前，煙草商業(yè)系統(tǒng)物流設(shè)備的主流供應(yīng)商，如中煙機(jī)械、普天、蘭劍等，均采用螺栓緊固式的可調(diào)煙倉，但受煙倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制，調(diào)節(jié)一個(gè)煙倉的尺寸（長、寬、高）需分別松動(dòng)和擰緊12顆螺栓，耗時(shí)較長[2]。為降低煙倉尺寸調(diào)節(jié)耗時(shí)，部分地市（公司）在煙倉內(nèi)壁放置固定厚度的磁吸板，并通過調(diào)整磁吸板的數(shù)量或者通過安裝“磁吸板+伸縮組件”來調(diào)節(jié)煙倉尺寸，該方法雖然能快速調(diào)距，但存在只能調(diào)節(jié)特定距離和磁吸板粘貼不牢等問題[3]。普天物流科技有限公司探索采用“電機(jī)+渦輪推塊”的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，該方式雖然能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)距，但存在成本高、速度慢等問題[4]。新余市煙草專賣局（公司）采用“電機(jī)+蝸輪蝸桿”方法進(jìn)行調(diào)距，但也存在成本高、容易撞齒等問題。

為此，本文提出一種新的煙倉尺寸調(diào)節(jié)方式，以期在降低勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，提高調(diào)倉效率和調(diào)節(jié)精度。

二、存在問題

立式條煙分揀裝置的煙倉尺寸調(diào)節(jié)是商業(yè)企業(yè)物流分揀作業(yè)的前序環(huán)節(jié)，快速精準(zhǔn)調(diào)整煙倉尺寸對縮短作業(yè)總時(shí)長、緩解分揀壓力至關(guān)重要。當(dāng)前，煙草行業(yè)可調(diào)式立式條煙分揀裝置的煙倉結(jié)構(gòu)大致相同，煙倉尺寸調(diào)節(jié)的作業(yè)流程也十分相似，以普天物流科技有限公司的第三代可調(diào)式立式條煙分揀裝置為例，其煙倉尺寸調(diào)節(jié)流程如圖1所示。

圖1 煙倉尺寸調(diào)節(jié)流程圖

受煙倉結(jié)構(gòu)限制，煙倉尺寸調(diào)節(jié)涉及的環(huán)節(jié)較多、耗時(shí)較長，尤其是隨著異型煙品規(guī)數(shù)量日益增長，現(xiàn)有的煙倉尺寸調(diào)節(jié)作業(yè)方式已逐漸無法滿足企業(yè)需要，其中以下問題尤為突顯[5]

1.緊固方式過于機(jī)械

立式條煙分揀裝置結(jié)構(gòu)，如圖2所示。當(dāng)立式條煙分揀裝置中的待分揀卷煙的品規(guī)發(fā)生變化時(shí)，須根據(jù)新品規(guī)的條煙尺寸對煙倉尺寸進(jìn)行調(diào)整，若前后卷煙品規(guī)的條煙尺寸差異較大時(shí)，則煙倉的長、寬、高尺寸均需調(diào)整，即須分別松動(dòng)和擰緊12顆螺栓，其中8顆寬度螺栓（ W1-W8 ），2顆長度螺栓（ L1、L2 ），2顆高度螺栓（ H1、H2 ），如圖3所示。

圖2 分揀裝置示意圖

圖3 煙倉通道結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)采用的煙倉緊固方式，如圖4所示。方槽管與煙倉側(cè)板采用螺栓連接，通過擰緊螺母增加方槽管與煙倉側(cè)板間的摩擦力，實(shí)現(xiàn)煙倉緊固。盡管該方式牢固可靠，但受作業(yè)空間限制，螺栓的擰緊與松動(dòng)操作十分不便，且隨著年限增加，螺栓易發(fā)生變形、滑絲等情況，會(huì)給煙倉尺寸調(diào)節(jié)增加一定難度，并且隨著異型煙品規(guī)數(shù)量逐年增加，對于卷煙商業(yè)企業(yè)來說，日均需要調(diào)節(jié)的煙倉數(shù)量也會(huì)隨之大幅增加，須擰動(dòng)的螺栓數(shù)量將變得十分龐大。因此，面對當(dāng)前異型煙發(fā)展趨勢，若仍采用傳統(tǒng)簡單、機(jī)械的緊固方式，既會(huì)大幅增加作業(yè)人員的工作強(qiáng)度，也會(huì)極大延長異型煙分揀作業(yè)的前序時(shí)間，制約異型煙分揀效率。

圖4 改進(jìn)前煙倉緊固結(jié)構(gòu)示意圖

2.尺寸調(diào)節(jié)不精準(zhǔn)

煙倉尺寸是影響條煙出倉后煙姿形態(tài)的重要因素，也一定程度上決定了條煙是否會(huì)發(fā)生破損[6]。對于現(xiàn)有的立式條煙分揀裝置，在進(jìn)行煙倉尺寸調(diào)節(jié)時(shí)由于缺少輔助裝置，移動(dòng)煙倉側(cè)板進(jìn)行尺寸定位往往是憑經(jīng)驗(yàn)、靠感覺進(jìn)行大致調(diào)節(jié)，尺寸精度十分依賴作業(yè)人員的工作經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，煙倉側(cè)板移動(dòng)時(shí)，由于螺母處于松動(dòng)狀態(tài)，在緊固煙倉側(cè)板前，受重力等因素的影響，煙倉側(cè)板容易會(huì)發(fā)生傾斜，造成煙倉前后或上下寬窄不一致，進(jìn)而容易導(dǎo)致條煙分揀破損。因此，提高煙倉尺寸調(diào)節(jié)精度也是當(dāng)前亟須解決的問題之一。

三、改進(jìn)措施

針對上述問題，本文設(shè)計(jì)了壓脹鎖緊裝置和彈簧定位稍裝置，其中壓脹鎖緊裝置通過改變原有的機(jī)械式緊固方式，可輕松快速實(shí)現(xiàn)煙倉的松動(dòng)和緊固，彈簧定位稍裝置能實(shí)現(xiàn)煙倉尺寸精準(zhǔn)定位，兩者可較好地解決當(dāng)前煙倉調(diào)節(jié)存在的問題。

1.安裝壓脹鎖緊裝置

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

單個(gè)煙倉共有12顆緊固螺栓，其中8顆螺栓是寬度緊固螺栓（W1-W8 ）。因此，只要解決煙倉寬度調(diào)節(jié)問題，便能大幅降低煙倉調(diào)節(jié)整體耗時(shí)。在原裝置的基礎(chǔ)上，本文對煙倉緊固結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后煙倉緊固結(jié)構(gòu)示意圖

在滑槽內(nèi)壁與螺栓頭之間加裝薄壁氣管，為增加薄壁氣管與螺栓頭之間的接觸面積，方槽管與煙倉側(cè)板之間采用T型螺栓連接，薄壁氣管通過空氣調(diào)壓閥與氣源連接，調(diào)節(jié)空氣調(diào)壓閥可控制薄壁氣管內(nèi)的氣壓。充氣時(shí)，薄壁氣管迅速膨脹，將T型螺栓的螺栓頭壓緊，此時(shí)煙倉側(cè)板與方槽管之間的摩擦力增加，煙倉實(shí)現(xiàn)緊固；當(dāng)關(guān)閉空氣調(diào)壓閥時(shí)，薄壁氣管放氣，螺栓頭與薄壁氣管迅速脫離，此時(shí)可自由移動(dòng)側(cè)板，如此可節(jié)省大量原有松動(dòng)和擰緊螺栓的工作量，大幅降低煙倉調(diào)節(jié)作業(yè)的工作時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）參數(shù)設(shè)計(jì)

煙倉內(nèi)的條煙，在電機(jī)帶動(dòng)的推塊推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)分揀出倉，但在推動(dòng)時(shí)條煙容易發(fā)生傾斜，導(dǎo)致條煙與煙倉側(cè)板之間發(fā)生相互擠壓。此時(shí)，若氣管內(nèi)氣壓過低，煙倉側(cè)板與方槽管之間的摩擦力較小，在條煙的擠壓下，煙倉側(cè)板可能會(huì)發(fā)生松動(dòng)或變形。氣壓過高，易造成氣管破裂，且配套所需的氣源等設(shè)備的成本較高。因此，為保證改進(jìn)后煙倉牢固、可靠，須選擇合適的氣管材質(zhì)和氣壓強(qiáng)度。

圖6 條煙受力示意圖

條煙出倉時(shí)，受力情況如圖6。條煙在推塊推動(dòng)過程中條煙與推塊的速度一致，且勻速向前運(yùn)動(dòng)。因此，該過程中條煙受力平衡，A、B兩點(diǎn)力矩應(yīng)滿足：

其中，F 為推塊的推力，a為條煙傾斜角度，l1、l2 分別為條煙的寬度和長度，l 為煙倉寬度。

由于條煙合力為零，即：

因此，可得到：

其中，為條煙與煙倉側(cè)板的摩擦系數(shù)。由公式（1）、（2）、（3）、（4）可得：

由于煙倉寬度一般略大于條煙寬度，可認(rèn)為，即，公式（5）可簡化為：

推塊的動(dòng)力由電機(jī)輸出的扭矩提供，電機(jī)輸出扭矩為：

其中，P為電機(jī)功率；n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。不考慮電機(jī)在傳動(dòng)過程中的動(dòng)力損失，可計(jì)算得到推塊的推力：

其中，d1為推塊轉(zhuǎn)動(dòng)直徑。把公式（7）、（8）代入公式（6），可得：

當(dāng)條煙與側(cè)板發(fā)生擠壓時(shí)，為保證煙倉側(cè)板不會(huì)發(fā)生松動(dòng)，煙倉側(cè)板與方槽管之間的靜摩擦力必須大于條煙對煙倉側(cè)板的擠壓力，即：

其中，為氣管壓強(qiáng)；s為螺栓頭與氣管接觸面積；為螺栓與氣管的靜摩擦系數(shù)。根據(jù)公式（9）、（10），可得：

由于，為保證煙倉緊固、可靠，需滿足：

因此，在選擇合適的氣管、T型螺栓、電機(jī)等設(shè)備的型號規(guī)格后，結(jié)合現(xiàn)有的異型煙條煙尺寸情況，可計(jì)算出最小氣壓強(qiáng)度。

2.安裝彈簧定位銷裝置

煙倉尺寸調(diào)節(jié)，主要包括精準(zhǔn)定位和煙倉緊固兩部分。安裝壓脹鎖緊裝置雖然能改善煙倉緊固問題，但不能保證煙倉調(diào)節(jié)精度。通過對在銷的各品規(guī)異型煙尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定異型煙尺寸范圍，并結(jié)合類標(biāo)煙、細(xì)支煙、中支煙和特異型煙的尺寸分布情況，適當(dāng)將異型煙尺寸范圍劃分為若干個(gè)組別[7]，并每個(gè)組別尺寸都設(shè)置對應(yīng)的顏色標(biāo)記。以珠三角某地市公司為例，異型煙寬度尺寸組別劃分如表1所示。

表1 異型煙寬度尺寸組別劃分

根據(jù)尺寸組別劃分，制作相應(yīng)的顏色刻度尺貼紙，并粘貼在方槽管外表面。在煙倉側(cè)板上安裝彈簧定位銷裝置，定位銷的軸心與煙倉側(cè)板的內(nèi)壁對齊，定位銷結(jié)構(gòu)如圖7所示。同時(shí)，在各顏色尺寸范圍的滑槽內(nèi)壁開設(shè)對應(yīng)的定位孔，定位孔圓心與該尺寸范圍的中心尺寸重合，直徑略大于定位銷柱頭直徑，如圖8所示。

圖7 彈簧定位銷結(jié)構(gòu)圖

圖8 改進(jìn)后煙倉裝置示意圖

當(dāng)移動(dòng)煙倉側(cè)板進(jìn)行尺寸定位時(shí)，將定位銷的定位銷帽提起，并扭轉(zhuǎn) ，定位銷的柱頭與滑槽內(nèi)壁分離，此時(shí)根據(jù)待分揀條煙的尺寸參數(shù)找到對應(yīng)顏色尺寸區(qū)域，并快速移動(dòng)煙倉側(cè)板，使側(cè)板落入對應(yīng)的顏色尺寸區(qū)域。此時(shí)，再將銷帽扭轉(zhuǎn)至原來角度并松開，定位銷的柱頭與滑槽內(nèi)壁再次接觸，通過輕微移動(dòng)煙倉側(cè)板，使定位銷柱頭落入滑槽內(nèi)壁的定位孔內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)煙倉尺寸快速精準(zhǔn)定位。由于定位銷的柱頭與定位孔之間存在間隙配合，能避免煙倉側(cè)板在緊固前發(fā)生傾斜而造成的煙倉前后或上下寬窄不一致的問題，從而可有效提升煙倉尺寸調(diào)節(jié)精度，降低異型煙分揀破損率。

四、試驗(yàn)測試

1.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與條件

以珠三角某地市公司為例，采用的是普天物流科技有限公司第三代立式條煙分揀機(jī)，每5個(gè)立式機(jī)為一組，各組立式機(jī)之間相互獨(dú)立。以異型煙作為分揀對象，隨機(jī)選取異型煙分揀線一組立式機(jī)，并以連續(xù)5個(gè)工作日的異型煙分揀訂單數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，分別統(tǒng)計(jì)改進(jìn)前和改進(jìn)后該組煙倉的調(diào)倉時(shí)間、尺寸調(diào)節(jié)偏差、條煙破損量、煙倉緊固等參數(shù)。

2.數(shù)據(jù)分析

立式條煙分揀裝置改進(jìn)前和改進(jìn)后的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別見表2、表3。通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，試驗(yàn)表明：立式條煙分揀裝置改進(jìn)后，煙倉調(diào)節(jié)耗時(shí)降低約89.36%，單個(gè)煙倉尺寸調(diào)節(jié)的平均誤差由改進(jìn)前的13.96mm降低至3.72mm，尺寸調(diào)節(jié)精度大幅提升。同時(shí)，裝置改進(jìn)后異型煙分揀破損率由原來的0.0126%降低至0.0042%，異型煙分揀破損情況得到有效改善。此外，立式條煙分揀裝置采用壓脹鎖緊裝置后，煙倉未出現(xiàn)松動(dòng)和側(cè)板彎曲變形等問題，這也表明改進(jìn)后的立式條煙分揀裝置仍具有較好的穩(wěn)定性和可靠性。

表2 改進(jìn)前煙倉調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表3 改進(jìn)后煙倉調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

五、結(jié)論

近年來，隨著異型煙品規(guī)數(shù)和銷量的爆發(fā)式增長，各地市異型煙的煙倉配比逐漸不足，立式條煙分揀裝置調(diào)倉作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)長等問題日益突顯。本文提出了安裝壓脹鎖緊裝置

和彈簧定位銷裝置等改進(jìn)措施。試驗(yàn)表明，立式條煙分揀裝置改進(jìn)后，能大幅縮短調(diào)倉作業(yè)時(shí)間，有效降低工作強(qiáng)度和分揀破損率，對于卷煙商業(yè)企業(yè)有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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作者單位：廣東省中山市煙草專賣局（公司）物流配送中心