成品包裝自動(dòng)補(bǔ)料裝置的研究與探討

李偉民，陳榮貴，姚明笙，鄧永剛，曹玉江

（紅塔集團(tuán)玉溪卷煙廠，云南 玉溪 652600）

引言

打葉復(fù)烤生產(chǎn)中，復(fù)烤后的煙葉產(chǎn)品裝箱規(guī)格為200 kg，裝箱工藝標(biāo)準(zhǔn)在200×（1±0.5%）kg之間?，F(xiàn)階段的成品包裝工序中，成品復(fù)稱物料的處理工藝在打葉復(fù)烤生產(chǎn)之后，再進(jìn)行成品裝箱，以便于煙葉的運(yùn)輸、貯藏和自然醇化。打包裝箱過程中，由于煙葉流量不穩(wěn)定，電子稱的偏差會(huì)使預(yù)壓裝箱后的煙葉不滿足裝箱規(guī)格，一般與設(shè)定的裝箱規(guī)格偏差在1~2 kg。以現(xiàn)有操作來(lái)看，對(duì)預(yù)壓的成品煙箱進(jìn)行復(fù)稱時(shí)，需要人工加足煙葉或移除多余的煙葉，以保證煙箱中煙葉的重量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。打包工序工藝流程圖如圖1所示。

圖1 打包工序工藝流程圖

1 復(fù)稱過程中存在的問題

成品裝箱在復(fù)秤時(shí)需要人工添加或移除物料來(lái)確保裝箱物料重量達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際復(fù)稱過程中，除了人工成本較高外，由于復(fù)稱工作需相關(guān)人員在輸送輥上完成，復(fù)稱人員站位較高，存在一定的安全隱患；由于采用人工添加物料的方式，表層物料在添加過程中會(huì)長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，使其表層水分和溫度散失較多；在復(fù)壓捆扎過程中，表層物料造碎率較高，物料質(zhì)量指標(biāo)下降。

2 裝箱重量不合格原因分析

通過對(duì)復(fù)稱工序進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)裝箱重量不合格品主要集中在餐前后以及交接班時(shí)，因此，隨機(jī)抽取了餐前后、交接班時(shí)間段的100個(gè)樣來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量調(diào)查，樣本數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 餐前后、交接班取樣數(shù)據(jù) kg

對(duì)隨機(jī)抽檢的100個(gè)樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)n=100、極差R=xmax-xmin=200.64 kg-199.36 kg=1.28 kg，確定分值數(shù)k=10及組距h=R/k=0.128 kg。將表1的數(shù)據(jù)按組距分為10組，為避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)值被重復(fù)計(jì)數(shù)，將各組區(qū)間按“左開右閉”原則取數(shù)，統(tǒng)計(jì)出頻數(shù)fi如表2所示。

表2 重量頻數(shù)分布統(tǒng)計(jì)

由表1、表2可得，工藝標(biāo)準(zhǔn)復(fù)稱質(zhì)量為200×（1±0.25%）kg；TU=200.64 kg；TL=199.36 kg；公差中心=200.00kg；T=TU-TL=1.28；樣本平均值x==200.03 kg；標(biāo)準(zhǔn)偏差0.19 kg；偏離值ε=|M-x|=0.03 kg；過程能力指數(shù)cpk==0.66≤0.67。樣本平均值x與公差中心M基本重合，根據(jù)計(jì)算結(jié)果及表2統(tǒng)計(jì)數(shù)結(jié)果，繪制重量分布直方圖，如圖2所示。

圖2 重量分布直方圖

由圖2分析可知：該直方圖為能力不足型，樣本分布中心x與公差中心M近似重合，但分布已經(jīng)超出上、下界限200×（1±0.25%）kg，分散程度過大，且不合格品已經(jīng)出現(xiàn)。因此，為減少標(biāo)準(zhǔn)偏差，提高過程能力指數(shù)，需采取措施來(lái)提高補(bǔ)料精度。

3 復(fù)稱設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作過程

3.1 復(fù)稱設(shè)備的結(jié)構(gòu)

煙葉經(jīng)電子皮帶秤稱量后由輸送帶進(jìn)行輸送，輸送帶的出料端安裝有雙向輸送帶，雙向輸送帶的兩側(cè)都安裝有預(yù)壓倉(cāng)，預(yù)壓倉(cāng)的頂部設(shè)置有預(yù)壓壓頭，預(yù)壓壓頭由液壓設(shè)備帶動(dòng)，同時(shí)在預(yù)壓倉(cāng)頂部?jī)?nèi)側(cè)安裝有由氣壓缸規(guī)律帶動(dòng)的均料裝置，在預(yù)壓倉(cāng)頂部靠近雙向輸送帶端口處有開口，并安裝有物料微量提料輸送帶，微量提料輸送帶的出料端安裝有落料補(bǔ)料倉(cāng)，預(yù)壓倉(cāng)的下方設(shè)置有運(yùn)輸輥，裝箱成品用的箱體通過輸送輥轉(zhuǎn)送，預(yù)壓后的料箱通過裝轉(zhuǎn)車運(yùn)輸至落料補(bǔ)料倉(cāng)正下方的輸送輥上，裝轉(zhuǎn)車上設(shè)置有警示器，可警示周邊人員注意安全，裝轉(zhuǎn)車安置在導(dǎo)軌上。自動(dòng)補(bǔ)料裝置圖如圖3所示。

圖3 自動(dòng)補(bǔ)料裝置圖

3.2 復(fù)稱設(shè)備的工作過程

雙向輸送帶上的來(lái)料通過勻料板均勻地由預(yù)壓倉(cāng)落入預(yù)壓的料箱中，勻料板在氣壓缸的控制作用下，以30~50次/min的頻率圍繞預(yù)壓倉(cāng)口往返做扇形運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)物料均勻落入預(yù)壓倉(cāng)。微量提料輸送帶對(duì)煙葉進(jìn)行微量取料，物料在雙向輸送帶的運(yùn)輸下，具有一定平拋初速度，小部分物料落在了開口與預(yù)壓倉(cāng)連接的微量提料輸送帶上，這小部分物料經(jīng)微量提料輸送帶運(yùn)送至落料補(bǔ)料倉(cāng)。

落料補(bǔ)料倉(cāng)將微量提料輸送帶提取的煙葉進(jìn)行儲(chǔ)存補(bǔ)料，該料倉(cāng)內(nèi)的煙葉保證能對(duì)3~5箱預(yù)壓后的煙箱進(jìn)行補(bǔ)料，在保證對(duì)料箱補(bǔ)料連續(xù)性的同時(shí)，確保料倉(cāng)內(nèi)補(bǔ)料物料水分及溫度符合工藝標(biāo)準(zhǔn)。補(bǔ)料倉(cāng)內(nèi)還設(shè)置有導(dǎo)料板，以便于煙葉沿導(dǎo)料板落在輸送帶上，方便補(bǔ)料。當(dāng)預(yù)壓后的煙箱到達(dá)運(yùn)輸輥上時(shí)，電子秤根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)把信號(hào)反饋給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)就會(huì)控制料倉(cāng)內(nèi)的運(yùn)輸帶運(yùn)送煙葉，并在均料輥的作用下均勻連續(xù)地將補(bǔ)料補(bǔ)入料箱，當(dāng)電子秤顯示的重量達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)數(shù)時(shí)，補(bǔ)料系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)至PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)接收反饋信號(hào)后使運(yùn)輸帶和均料輥不再轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)料，從而完成自動(dòng)稱量補(bǔ)料工作。

當(dāng)預(yù)壓后一側(cè)的煙箱預(yù)壓好后，裝轉(zhuǎn)車把料箱轉(zhuǎn)運(yùn)至運(yùn)輸輥上進(jìn)行復(fù)稱及補(bǔ)料，此時(shí)該側(cè)物料通過預(yù)壓倉(cāng)進(jìn)入下一煙箱，另一側(cè)的料箱則剛剛落料預(yù)壓完成，裝轉(zhuǎn)車通過軌道到達(dá)另一側(cè)，把預(yù)壓好的料箱轉(zhuǎn)運(yùn)至對(duì)應(yīng)的輸送輥上，對(duì)補(bǔ)料進(jìn)行復(fù)稱，如此反復(fù)工作，實(shí)現(xiàn)了裝轉(zhuǎn)補(bǔ)料的不間斷性。

雙向輸送帶是將電子皮帶秤稱量后的物料經(jīng)運(yùn)輸帶運(yùn)送至雙向輸送帶上，即運(yùn)輸帶在電機(jī)的帶動(dòng)下正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，將物料分別輸送到兩側(cè)的物料預(yù)壓倉(cāng)中。當(dāng)電子皮帶秤按設(shè)定的工藝參數(shù)稱量的煙葉經(jīng)雙向輸送帶運(yùn)送至其中一端的預(yù)壓倉(cāng)，且當(dāng)稱量的物料達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，雙向輸送帶反轉(zhuǎn)，此時(shí)該側(cè)物料在預(yù)壓壓頭的作用下預(yù)壓包裝，同時(shí)，電子皮帶秤稱量物料，到另一側(cè)的預(yù)壓倉(cāng)重量達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，壓頭下降，開始預(yù)壓過程，雙向輸送帶又轉(zhuǎn)向反方向投料，如此反復(fù)工作，實(shí)現(xiàn)了預(yù)壓包裝的不間斷性。

當(dāng)預(yù)壓后的料箱到達(dá)輸送輥道上時(shí)，電子秤對(duì)料箱進(jìn)行稱重，電子秤顯示質(zhì)量為198.1 kg，電子秤將該信號(hào)傳送給PLC控制系統(tǒng)，由于料箱的裝箱工藝標(biāo)準(zhǔn)為200 kg，PLC控制系統(tǒng)將補(bǔ)料1.9 kg的信號(hào)反饋給輸送帶，通過調(diào)控伺服電機(jī)輸出控制輸送帶，將補(bǔ)料煙葉分為三個(gè)不同質(zhì)量梯度，即0.1~0.5 kg，0.6~0.9 kg和0.9~1.0 kg。煙葉的補(bǔ)料皮帶運(yùn)輸帶采用三級(jí)變速補(bǔ)料，使煙箱裝箱規(guī)格達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)，第一級(jí)補(bǔ)料根據(jù)實(shí)際使用情況大膽假設(shè)，可補(bǔ)料0.1~0.5 kg；第二級(jí)補(bǔ)料質(zhì)量可設(shè)計(jì)為0.6~0.9 kg；第三級(jí)補(bǔ)料質(zhì)量可設(shè)計(jì)為0.9~1.0 kg。當(dāng)要補(bǔ)料1.9 kg時(shí)，即可先采用第三級(jí)補(bǔ)料，設(shè)置快速補(bǔ)料0.9~1.0 kg；隨后啟動(dòng)第二級(jí)補(bǔ)料設(shè)置參數(shù)來(lái)對(duì)剩余的重量進(jìn)行添補(bǔ)，帶動(dòng)補(bǔ)料倉(cāng)輸送帶的伺服電機(jī)快速啟動(dòng)以補(bǔ)料剩余物料重量；剩余物料則根據(jù)第一級(jí)補(bǔ)輸設(shè)置參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)料，并在均料裝置作用下，均勻補(bǔ)料到料箱；當(dāng)電子秤顯示質(zhì)量達(dá)到200 kg時(shí)，電子秤將信號(hào)反饋給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)控制輸送帶和均料裝置不再轉(zhuǎn)動(dòng)，停止補(bǔ)料，完成補(bǔ)料達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)的裝箱料箱后，接著完成后續(xù)的復(fù)壓、捆扎和入庫(kù)等工藝。另外一端的投料、預(yù)壓、微取料及自動(dòng)稱量補(bǔ)料過程亦如上所述，此處不再重復(fù)。

4 結(jié)論

將達(dá)到設(shè)計(jì)要求后的自動(dòng)稱量補(bǔ)料系統(tǒng)進(jìn)行安裝并投入使用后，對(duì)自動(dòng)補(bǔ)料系統(tǒng)的煙箱進(jìn)行再次稱量并記錄情況。此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)料勞務(wù)用工人員已從3人減至0人。通過抽檢數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果得出：補(bǔ)料合格率達(dá)到了100%，較之前人工補(bǔ)料提高1.2%；補(bǔ)料平均用時(shí)4.4 s，較人工補(bǔ)料縮短11.6 s；表層水分為12.47%，明顯比之前人工補(bǔ)料時(shí)的12.20%有所提高；經(jīng)濟(jì)效益提高顯著。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了打包裝箱復(fù)稱補(bǔ)料的自動(dòng)化，消除了操作人員復(fù)稱補(bǔ)料時(shí)的人身安全隱患，減少了補(bǔ)料用時(shí)和水分散失，提高了產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，減少?gòu)?fù)壓造碎情況的發(fā)生。由于該設(shè)備應(yīng)用效果顯著且經(jīng)濟(jì)投入合理，可將其推廣到行業(yè)內(nèi)使用，以期產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。