濾棒成型機甘油補給效率提升裝置的設計與應用

摘 要：該研究旨在設計一種簡單易用、快速上手的裝置，以提升濾棒成型機甘油補給效率。針對傳統(tǒng)生產過程中甘油補給操作繁瑣的問題，設計一種簡便實用的裝置。該裝置采用機械化結構和簡易控制設計，使操作更加方便快捷。通過簡化甘油補給的步驟，有效提高生產效率。實驗結果表明，該裝置在保證生產質量的前提下，顯著降低操作難度，適合于生產工人迅速上手操作。該研究提出的裝置設計不僅在提高生產效率方面具有顯著優(yōu)勢，同時也考慮制作簡單、易操作等實際需求，為濾棒成型機的甘油補給過程改進提供更貼合于生產現場的可行的解決方案。

關鍵詞：濾棒成型機；甘油補給；精益生產；裝置設計；應用效果

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0142-04

Abstract： The purpose of this study is to design an easy-to-use and quick-to-use device to improve the glycerol replenishment efficiency of the filter rod forming machine. In view of the tedious operation of glycerol replenishment in the traditional production process， we have designed a simple and practical device. The device adopts mechanized structure and simple control design， which makes the operation more convenient and fast. By simplifying the steps of glycerol replenishment， the production efficiency is effectively improved. The experimental results show that the device significantly reduces the difficulty of operation on the premise of ensuring the production quality， and is suitable for production workers to operate quickly. The device design proposed in this study not only has significant advantages in improving production efficiency， but also takes into account the practical requirements such as simple manufacture and easy operation， which provides a feasible solution which is more suitable for the improvement of glycerol replenishment process of filter rod molding machine.

Keywords： filter rod molding machine; glycerol supply; lean production; device design; application effect

煙草行業(yè)目前所使用的纖維濾棒成型設備主要是由一臺纖維開松上膠機和一臺纖維濾棒成型機組成的，為了使生產的濾棒硬度達到工藝設計要求，必須在生產過程中補給適量的增塑劑，簡稱為纖維上膠。其中所用的增塑劑（醋酸甘油酯）在生產過程中，一般不能滿足高速運轉時一個班次的生產所需，需要給予及時補給保證生產的順利運行。

由于生產場地、設備老舊等多方面因素，導致部分煙草企業(yè)仍采用人工進行甘油補給，故而傳統(tǒng)的濾棒成型機在甘油補給操作上存在一些挑戰(zhàn)，包括甘油補給工序復雜、效率低下等問題。這些問題不僅影響了生產效率，也增加了生產成本，因此迫切需要一種簡單實用、高效的裝置來改進這一人工甘油補給生產過程。

本文將首先介紹傳統(tǒng)濾棒成型機甘油補給操作過程存在的問題，然后闡述設計的裝置的原理和結構，最后通過對比實驗結果來驗證其在提高生產效率方面的有效性。本研究的成果將為煙草制造行業(yè)提供一種創(chuàng)新的解決方案，為提升生產效率和降低生產成本作出重要貢獻。

1 問題分析

1.1 存在問題

就目前煙草企業(yè)生產模式而言，由于濾棒成型設備在多臺設備同時運轉進行生產任務時，不同的生產速度等因素對應甘油消耗速度不同，經常需要不定時進行生產原料甘油的補給。然而，年代久的設備智能化程度有限，尤其是在現有生產場地條件下，無法架設管道或儲油罐等大型智能補給設備，進一步限制了補給過程的便捷性和效率。所以仍采用傳統(tǒng)的人工補給過程，這將存在諸多不便，主要表現為費時費力、效率低下、操作復雜等問題。通常情況下，操作人員需要從采購的4桶200 L甘油一板運輸包裝的條件下手動進行分裝至小桶，再將分裝好的甘油運輸至機臺手動添加。分裝時不僅耗時耗力，還增加了生產資料消耗和操作難度。生產過程中如果無法進行高效率補給，將會造成更多生產資料以及人力物力的浪費，也增加了時間成本，影響了生產效率和連續(xù)性。

1.2 原因分析

1.2.1 生產場地受限

生產場地受限，主要表現在無法安裝智能化供油設備，這是導致甘油更換效率受影響的主要原因之一。這種限制主要源自現有生產場地的空間狹窄以及老舊設備的安裝條件有限。由于生產場地空間的局限性，很難為現有設備進行改造或安裝新的大型智能化供油設備。因此，甘油補給過程無法實現自動化和智能化，而只能依賴手動操作，這不僅增加了補給過程的復雜性，還導致了額外的人力和時間成本。

1.2.2 工具效率低下

在分裝過程中，使用的工具主要包括手搖泵和電機泵。然而，傳統(tǒng)的分裝工具效率不高，這是導致甘油補給效率降低的重要原因之一。盡管電機泵相對于手搖泵能夠提高分裝效率，但在某些情況下，仍然存在著一些問題，例如安裝不便或維護成本高等。比如，在生產場地受限的情況下，安裝電機泵可能會受到空間限制及電路安全風險，而維護電機泵所需的成本和人力也可能會增加生產成本。因此，盡管電機泵能夠提高分裝效率，但仍然存在一些實際應用上的障礙，導致工具效率無法完全滿足生產過程的快速需求，從而影響了甘油補給效率的提升。

1.2.3 工作流程繁雜

在傳統(tǒng)的甘油更換過程中，需要將甘油從大桶分裝到小桶，然后再將小桶運送到設備旁進行施加。整個工作流程繁雜，將小桶運送到設備旁后，仍需人工抬起進行傾倒施加。這一繁瑣的操作流程增加了操作的復雜性和耗時，特別是人工抬起小桶進行傾倒施加的步驟，不僅費時費力，還容易導致操作失誤，進一步降低了甘油補給效率。

2 解決方案

2.1 方案設計

為了改善上述現有技術中甘油施加效率低下的現象，本技術方案提出了一種提升濾棒成型設備甘油施加效率的裝置，通過設計一個集鷹嘴油桶搬運、收納箱、氣動泵為一體的小車，在場地有限的條件下充分利用現場資源提升甘油補給效率。設計方案如圖1所示。

2.2 關鍵組件

2.2.1 氣動隔膜泵

氣動隔膜泵作為一種高效、便捷的輸送設備，在甘油傳輸過程中發(fā)揮著至關重要的作用。其結構主要包括泵主體、氣動泵輸入口、氣動泵輸出口和氣源開關等關鍵部件。氣動泵氣源輸入口與壓縮氣管相連接，確保了外部壓縮空氣能夠有效輸入到泵內。而氣動泵輸入管的設計則使其能夠方便地插入油桶內，實現對甘油的快速吸取。氣動泵輸出口與氣動泵輸出管相連接，這一設計確保了從泵中輸送的甘油能夠順暢地流入設備的甘油箱內，從而實現了有效的輸送過程。氣源開關位于控制泵主體連接壓縮空氣的接氣管入口端，其作用在于控制氣動隔膜泵的啟停狀態(tài)和輸送速率，使操作更加便捷和靈活。通過外接壓縮空氣，氣動隔膜泵能夠快速而高效地抽吸油桶內的甘油，并將其輸送至設備的甘油箱內。這一過程充分利用現有生產場地資源，既省時省力，又大大提高了甘油的施加效率，為工業(yè)生產提供了可靠的支持。

2.2.2 油桶提升裝置

油桶提升裝置是一種機械系統(tǒng)，它的核心構成包括腳踏式油缸、鷹嘴鉗組件以及平衡組件。這一裝置旨在有效地提升和操縱油桶，確保在各種工作場景下的安全和便利性。鷹嘴鉗組件是這一系統(tǒng)的關鍵部分，其設計精巧，能夠緊緊咬住油桶，確保其穩(wěn)固地固定在提升以及運輸過程中。而腳踏式油缸則承擔著提升油桶的責任，通過其巧妙設計的活塞桿，有效地傳遞動力，使油桶輕松地被控制到需要的高度。為了確保提升過程的平穩(wěn)進行，平衡組件的作用不可忽視。其旨在使油桶在提升過程中保持豎直姿態(tài)，防止因不穩(wěn)定而引發(fā)的意外情況發(fā)生。特別指出的是，腳踏式油缸被固定設置在車身上，這一設計考慮了使用者的操作便利性和安全性，確保了裝置的穩(wěn)固性和可靠性。而鷹嘴鉗組件則設置在腳踏式油缸的活塞桿頂部，充分利用了空間，并保證了裝置的緊湊性和高效性。

1）平衡組件。平衡組件包括滑管和與滑管相適配的滑板，滑板能夠在滑管內上下滑動，滑管與腳踏式油缸平行地設置在移動平臺上，滑管的側壁開設有開口，滑板上設有穿過開口的桶叉。其中，滑管的軸向上設有通透的滑槽，滑管豎直地設置在車身上，即滑管與腳踏式油缸平行，使滑管的一端與車身固定連接，滑管的另一端插入滑板，滑板能夠在滑槽中上下滑動，滑管的側壁開有開口，開口與滑槽的側壁連通，開口貫通滑管上端部分，滑板上設有桶叉，桶叉穿過開口與滑板固定連接，桶叉為與油桶相適配的圓弧形。通過桶叉撐住油桶的下端，使油桶保持豎直姿態(tài)，更加方便提升油桶。

2）鷹嘴鉗組件。鷹嘴鉗組件是油桶提升裝置的組成部分之一，其結構復雜而巧妙。該組件由上咬鉗和下咬鉗組成，其設計旨在緊緊夾住油桶，確保其在提升過程中保持牢固。滑板作為鷹嘴鉗組件的關鍵支撐部件，其頂部設計了向內凹陷的凹口，以容納下咬鉗。下咬鉗巧妙地設置在凹口內，為穩(wěn)固固定提供了堅實基礎。而上咬鉗的中段與滑板轉動連接，其設計更為復雜。上咬鉗的后端與腳踏式油缸的活塞桿轉動連接，形成了一個關鍵的動力傳遞樞紐。值得強調的是，上咬鉗的中段與后端部分是兩個獨立的部分，它們之間通過精準的插接和滑動連接，實現了靈活的運動。這種設計使得鷹嘴鉗組件在使用過程中能夠更加穩(wěn)定、可靠地夾緊油桶，為提升操作提供了強大的支持和保障。鷹嘴鉗組件與下文中移動平臺車身示意圖如圖2所示。

3）腳踏式油缸組件。由于市場上的腳踏式油缸的高度控制部分為旋鈕，所以本設計方案中腳踏式油缸包括缸主體、腳踩件和高度控制桿，高度控制桿為一根長桿，高度控制桿設置在缸主體的中部，高度控制桿能夠控制活塞桿落下；其中腳踩件上還設有腳踏壓板。

在這一設計方案中，腳踏式油缸由缸主體、腳踩件和高度控制桿3部分組成，各部分緊密配合，實現了對油桶提升的精準控制。高度控制桿是這一裝置的關鍵組成部分，它是一根長桿，巧妙地設置在缸主體的中部。通過這根長桿，操作者可以輕松地控制活塞桿的向下移動，從而實現對油桶提升高度的精確控制。在腳踩件上，增設了腳踏壓板，這一設計考慮到了使用者的舒適性和操作便利性。腳踏壓板的設置使得操作者可以更加穩(wěn)固地通過腳踩件使提升裝置上升，操作更加輕松。總體而言，這一設計方案充分考慮了市場上腳踏式油缸的常見設計，同時又通過高度控制桿等創(chuàng)新設計，提升了裝置的操作性能和使用體驗。

2.2.3 移動平臺

移動平臺包括車身和車輪，車身用于承載主要設備零器件，下端面設置萬向輪。車身的前端部分設有半圓形的缺口，缺口的尺寸與油桶的尺寸相適配，同時缺口上設有用于支撐油桶的油桶支撐板，油桶支撐板與車身活動連接，能夠在缺口上伸縮，油桶支撐板設在車身內，車身內有導槽，油桶支撐板可以在導槽內前后活動；同時，油桶支撐板上設有推拉桿，便于工作人員使用油桶支撐板；車身上還設置有收納箱體整個為倒“U”型設置，收納箱體的中下部位留有余空，方便操作腳踏式油缸，同時氣動隔膜泵也可以設置在收納箱體上，收納箱體兩側有活動門，可收納甘油軟管以及相關工具；車身上還設有推把，用于推動整個移動平臺，此外推把還可以設在車身的設備上，如收納箱體。油桶支撐板如圖3所示。

2.3 工作流程

第一步是裝載甘油桶過程：施加裝置徑直推向甘油桶，使其進入裝置的缺口。當甘油桶進入缺口時，油桶支撐板被頂向后移。操作人員踩腳踏壓板，使鷹嘴鉗組件夾住甘油桶。上咬鉗夾住甘油桶頂部內邊側，下咬鉗頂住甘油桶頂部外邊側，在桶叉共同作用下油桶被豎直抬起。當油桶高于油桶支撐板時，操作人員推動油桶支撐板至前方限位。使用高度控制桿卸掉油缸油壓，油桶緩慢落至油桶支撐板上，鷹嘴鉗組件保持咬合，固定油桶位置。

第二步是施加過程：推動施加裝置至成型設備甘油箱旁，與氣動隔膜泵連接的氣動泵輸出管接入甘油箱，氣動泵輸入管接入甘油桶。在氣源開關為關閉狀態(tài)下接入壓縮空氣，而后利用氣源開關控制氣動隔膜泵啟停狀態(tài)與速率，進而完成甘油的施加。顯然，上述實施過程僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化或變動。

3 效果應用

3.1 生產效率提升

通過本裝置的應用，觀察到甘油更換時間大幅縮短。在過去的生產流程中，每次甘油更換通常需要耗時30 min，而使用本裝置后，更換時間僅需10 min左右，大大提高了生產效率。

3.2 人工勞動強度降低

裝置的使用減少了操作人員的體力勞動，特別是減少了人工提起油桶或進行分裝操作的情況。操作人員只需將油桶放置到裝置上，并啟動裝置進行甘油供給，無需過多的體力勞動，降低了人工勞動強度。

3.3 操作流程簡化

裝置的操作流程簡單明了。操作人員只需按照指示將油桶放置到裝置上，使用時將裝有油桶的裝置運至設備邊并啟動裝置進行甘油供給，無需復雜的操作步驟和操作技能，大大降低了操作失誤的可能性，提高了操作的便捷性和準確性。

3.4 成本效益分析

通過進行裝置的成本效益分析，發(fā)現裝置的投資將會很快回報。裝置的使用節(jié)省了大量的人工成本，并提高了生產效率，從而降低了生產成本，具有較高的經濟效益。

通過以上觀察和分析，可以確認本文設計的裝置在實際應用中取得了良好的效果，大幅提升了生產效率，降低了生產成本，并改善了生產線的運行效率和連續(xù)性。期待進一步的應用推廣和技術改進，以進一步提升裝置的應用效果和市場價值。

4 結束語

本研究致力于提升濾棒成型機甘油施加及換牌效率的裝置設計，通過設計一個集鷹嘴油桶搬運、收納箱、氣動泵為一體的小車，將工藝流程簡化，提高了甘油供給設備的效率。在實際應用中，觀察到該裝置大幅縮短了甘油更換時間、降低了人工勞動強度，并簡化了操作流程，取得了良好的應用效果。

本研究的主要成果：①設計了一個集多種功能于一體的裝置，旨在解決傳統(tǒng)甘油施加及換牌過程中的繁瑣和低效問題。②通過模擬和理論推演，預測了裝置在實際應用中可能達到的效果，并進行了成本效益分析。③制作了實物原型，并在實際生產場景中進行了測試和應用，驗證了裝置的實際效果和價值。

雖然本研究取得了一定的成果，但仍然存在一些局限性和待改進之處。未來的研究方向：①進一步優(yōu)化裝置的設計和性能，提高其穩(wěn)定性和可靠性。②深入研究裝置在不同生產場景下的適用性和靈活性，并探索其在其他行業(yè)的應用潛力。③結合智能化技術，進一步提升裝置的自動化程度，實現更高水平的生產智能化和自動化。

綜上所述，我們相信本研究的成果將為相關領域的研究和實踐提供有價值的參考和啟示，為提升甘油施加及換牌效率提供了一種新的解決方案和思路。

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