膨脹煙絲稱重裝箱方法的研究與改進

許世民　王建偉　李秀芳　蔣耀東　安浩　劉聰　楊海斌

摘 要：為滿足更高的外銷膨脹煙絲生產(chǎn)要求，解決現(xiàn)有裝箱生產(chǎn)工段勞動強度大、生產(chǎn)效率低、裝箱精度低和生產(chǎn)管控不便等問題，對黃金葉生產(chǎn)制造中心外銷膨脹煙絲稱重裝箱生產(chǎn)工段進行了技術(shù)改造。本文以此項目為說明對象，介紹了稱重裝箱技術(shù)改造前存在的問題和技術(shù)革新方法并對改造后的運行情況進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：膨脹煙絲 裝箱系統(tǒng) 稱重 精度 紙箱 現(xiàn)場環(huán)境 除塵

中圖分類號：TS452 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0110-03

膨脹煙絲以一定比例摻兌到卷煙配方中，不僅可以降低卷煙生產(chǎn)成本，而且對卷煙降焦減害具有明顯效果。但由于膨脹煙絲的制造工藝復(fù)雜、工序環(huán)節(jié)較多，生產(chǎn)設(shè)備的投入資金較大、使用維護成本較高；同時也為響應(yīng)國家節(jié)能降耗的要求。為充分發(fā)揮生產(chǎn)線設(shè)備效率，目前膨脹煙絲的生產(chǎn)集中在少數(shù)大中型卷煙企業(yè)，然后再被運輸?shù)蕉鄠€中小型卷煙企業(yè)使用。黃金葉生產(chǎn)制造中心作為卷煙生產(chǎn)和品牌大廠，承擔(dān)了為其他卷煙企業(yè)提供膨脹煙絲供應(yīng)的服務(wù)。

1 原有稱重裝封箱模式描述

為降低膨脹煙絲的包裝、運輸?shù)仁褂贸杀?，河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心采用紙箱對膨脹煙絲進行包裝，裝箱過程除稱重環(huán)節(jié)外，還包括了紙箱的成型、紙箱的套袋、內(nèi)袋的扎口、紙箱的封箱和生產(chǎn)信息的標(biāo)記（粘貼標(biāo)簽）等，圖1為原有膨脹煙絲稱重裝封箱模式示意圖。

如圖1所示，原有稱重裝封箱生產(chǎn)工段共包括1臺給料皮帶機、6臺輥道輸送機和1臺地上衡。給料皮帶機（1）用于膨脹煙絲向稱重工位的運輸，在運行過程中根據(jù)稱重工位紙箱裝料的情況進行啟動和停止；6臺輥道輸送機（9）按物流方向依次提供了成箱、空箱緩存、稱重、實箱緩存、扎口貼標(biāo)和封箱工位；地上衡（8）負(fù)責(zé)對紙箱和紙箱中裝填的物料進行稱重，并將數(shù)據(jù)向上位反饋再控制給料皮帶機的啟停。在原有的稱重裝封箱生產(chǎn)工段中，上述各工位的工作均由人工完成；另由于此生產(chǎn)線較短、各工位均有人員，生產(chǎn)線中紙箱在各個工位之間的轉(zhuǎn)移也由人工完成，輥道輸送機為無動力滾筒。

按上述模式，原有膨脹煙絲裝箱生產(chǎn)工段在進行外供膨脹煙絲裝箱過程中，自動化程度低，不僅耗費了大量的人力物力，還存在著裝箱效率低、裝箱精度低、現(xiàn)場環(huán)境差、和管理不便等問題，具體表現(xiàn)如下。

（1）當(dāng)裝滿一個紙箱后，需要進行紙箱的切換，在切換的過程中，給料皮帶機需要停止一段時間，不能實現(xiàn)連續(xù)出料，無法滿足膨脹煙絲生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)的要求，也造成了設(shè)備頻繁啟停、裝箱效率低的情況。

（2）在對紙箱進行稱重裝料的過程中，裝料的停止信號來源于地上衡的稱量數(shù)據(jù)反饋，若反饋設(shè)定值設(shè)置為單箱標(biāo)準(zhǔn)凈重，由于落料路徑中仍存在有部分物料，則會超出單箱標(biāo)準(zhǔn)凈重。為減小裝箱重量偏差，反饋設(shè)定值是根據(jù)經(jīng)驗進行設(shè)定，但由于上游流量存在波動、物料容易在停止時因料層較厚發(fā)生不同程度的坍塌，造成了裝箱精度較低的情況。

（3）為在維護企業(yè)誠信的良好形象的同時又可節(jié)約生產(chǎn)成本、避免產(chǎn)值浪費，在單箱裝料后由人工參照儀表的顯示數(shù)據(jù)對箱內(nèi)的膨脹煙絲進行多回少補工作，以保證出售膨脹絲的單箱重量偏差。這一環(huán)節(jié)也在一定程度上制約了生產(chǎn)效率的提高，同時為進行這項工作留有的空間造成了裝料過程中粉塵的外溢，影響了現(xiàn)場空氣環(huán)境質(zhì)量，危害工作人員身心健康。

（4）為降低運輸成本、充分利用單個紙箱容積，在裝箱過程中由于膨脹煙絲密度小、較蓬松特性的原因，人工需在裝料過程中和扎口前對膨脹煙絲進行壓實操作，此環(huán)節(jié)對物料產(chǎn)生了不同程度的造碎、影響了產(chǎn)品質(zhì)量；同時其也是需要在給料皮帶機與紙箱之間留有空間以致出現(xiàn)粉塵外溢情況的原因。

（5）在為方便進行產(chǎn)品品質(zhì)追溯進行的標(biāo)記生產(chǎn)信息環(huán)節(jié)，是由人工對標(biāo)簽紙涂抹粘合劑，然后再將標(biāo)簽粘貼到紙箱上并蓋上生產(chǎn)班組和生產(chǎn)日期的印戳，工作量較大，不僅標(biāo)簽紙的粘貼位置變動較大、缺少了規(guī)范和美觀性，而且標(biāo)記信息較少、不利于企業(yè)管理的標(biāo)準(zhǔn)化與精細(xì)化，這種人工操作的方式也無法實現(xiàn)數(shù)字化與批次化管理。

2 稱重裝箱模式的改進

在“數(shù)字化煙廠、數(shù)字化煙草”的基本框架中，煙草生產(chǎn)必將向信息化、自動化方向發(fā)展。膨脹煙絲稱重裝封箱生產(chǎn)也將采用智能化、數(shù)字化控制，應(yīng)具備完善的準(zhǔn)確計量、全程跟蹤、自動檢測、生產(chǎn)統(tǒng)計及分析能力，并同時向節(jié)能環(huán)保、降低勞動力輸出并節(jié)約生產(chǎn)成本方向發(fā)展。據(jù)此，為滿足更高的外銷膨脹煙絲生產(chǎn)要求，解決現(xiàn)有裝箱生產(chǎn)工段勞動強度大、生產(chǎn)效率低、裝箱精度低和生產(chǎn)管控不便等問題，黃金葉生產(chǎn)制造中心對外銷膨脹煙絲稱重裝箱生產(chǎn)工段進行了技術(shù)改造，并通過分析調(diào)研紙箱自有特征、精度影響因素、裝箱速度瓶頸、粉塵外溢原因和物流包裝技術(shù)的發(fā)展，確定了改造后的裝箱工作流程，并設(shè)計了一種計量裝箱的技術(shù)方案，設(shè)備和自控系統(tǒng)由徐州眾凱機電設(shè)備制造有限公司提供。

如圖2所示，改造后的裝箱生產(chǎn)工段的工作流程為先由人工成箱套袋并將紙箱放入輸送線中緩存，接著紙箱經(jīng)皮重檢測后到達計量裝箱工位，裝料后的紙箱再經(jīng)滿箱重量檢測后進入扎口緩存工位等待人工扎口；人工扎口工作完成后，紙箱進入十字封箱工序并最終通過打碼貼標(biāo)工位到達下箱工位，其中的各個流程分別介紹如下。

2.1 紙箱的成型及內(nèi)襯塑料袋的套裝

經(jīng)過調(diào)研了解，當(dāng)前市場上是存在成熟的紙箱成型和套袋技術(shù)的。但是為提高紙箱的利用率、降低紙箱使用成本，黃金葉生產(chǎn)制造中心的紙箱和內(nèi)襯塑料袋是需要重復(fù)使用2～3次，而使用過的紙箱和塑料袋會降低紙箱成型和套袋設(shè)備的成功率。因此，改進后的裝箱流程中的第一個環(huán)節(jié)仍由人工完成，為保證生產(chǎn)效率，此環(huán)節(jié)后設(shè)置了多個緩存工位。

2.2 空箱秤皮重和滿箱稱重

改進后的膨脹煙絲裝箱流程中包括了兩臺靜態(tài)檢重稱，用于裝箱過程的檢測跟蹤。通過對裝箱前后重量的變化差進行計算，以復(fù)核裝箱的實際重量是否達標(biāo)，并對超出裝箱重量范圍的紙箱進行報警自動剔除，此環(huán)節(jié)的設(shè)置，既維護了企業(yè)的誠信形象，又保證了對企業(yè)生產(chǎn)成本的控制。endprint

2.3 計量裝箱

計量裝箱是裝箱流程中的核心環(huán)節(jié)，牽扯到了裝箱精度、裝箱速度和粉塵控制等主要問題的解決措施。

2.3.1 裝箱速度的保證

改進后的膨脹煙絲裝箱秤設(shè)置有稱重料斗和緩存料倉，稱重料斗位于稱重工位輥道輸送機的上方，用于在紙箱切換的過程中對物料提前稱重；緩存料倉位于給料部件上方，用于對放料過程中的來料進行緩存，避免上游設(shè)備啟停，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。緩存料倉內(nèi)的物料在稱重料斗放料結(jié)束后，由裝箱秤內(nèi)部的給料皮帶高速輸送，同時將輸送過程中的上游來料一并輸送進入稱重料斗。在一個裝箱周期去除放料過程的時間內(nèi)，上游來料和緩存物料均被輸送至稱重料斗內(nèi)進行稱重，此環(huán)節(jié)并在下一個紙箱到來前完成，以此保證了裝箱的速度。

2.3.2 裝箱精度的保證

緩存料倉內(nèi)的物料全部被高速輸送至稱重料斗內(nèi)后，上游來料由于給料皮帶的高速運轉(zhuǎn)獲得了較薄的料層厚度，然后當(dāng)接近裝箱重量設(shè)定值時，給料皮帶開始減速，以低厚度、低速對裝箱尾料進行輸送，從而控制重量偏差；同時，改進后的膨脹煙絲裝箱秤設(shè)置有截料門，用于攔截空中物料，進一步保證重量偏差，通過上述兩種措施來保證裝箱精度。

2.3.3 紙箱容量的保證

在改進后的膨脹煙絲裝箱模式中，紙箱的上蓋被立起，然后依靠內(nèi)襯塑料袋包裹保持直立，增加了紙箱的高度尺寸，提高了紙箱的固有容積，使得紙箱能夠裝下目標(biāo)重量的膨脹煙絲，而不需要在裝料過程中采用振動、壓實等方法，避免了物料的造碎。

2.3.4 外溢粉塵的控制

由于改進后的稱重裝封箱方法采用了箱蓋立起的方式，配合稱重落料斗卡套結(jié)構(gòu)、紙箱舉升機構(gòu)使用，使得紙箱上蓋與落料斗接觸并包裹，阻礙了落料過程中擠壓氣流的運動，在一定程度上有效地控制了裝箱過程中粉塵的外溢。

2.4 內(nèi)襯塑料袋的扎口和扎口前的緩存

由于現(xiàn)有的塑料袋扎口技術(shù)是利用熱熔原理對塑料袋進行封口，而塑料袋的融化過程可能會產(chǎn)生異味或產(chǎn)生塑料雜物，從而對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。因此，在改進后的裝箱流程中，內(nèi)襯袋的扎口工作仍由人工操作完成。由于人工扎口需要一定的時間，人工扎口前設(shè)置了煙箱緩存工位。同時煙箱緩存工位的輸送設(shè)備采用了顛箱輸送機，通過驅(qū)動紙箱進行上下運動對紙箱內(nèi)的膨脹煙絲進行振動沉降，避免人工干預(yù)或壓實法可能造成膨脹煙絲的造碎。

2.5 十字封箱

改進后的裝箱流程中加入了兩臺封箱機，第一臺封箱機為全自動折蓋封箱機，第二臺封箱機為半自動封箱機，兩臺封箱機之間通過90°轉(zhuǎn)角機進行銜接，完成紙箱的十字雙道封箱工作，避免了以往人工封口不結(jié)實、膠帶粘貼長度不統(tǒng)一等缺陷，保證了封箱措施的可靠性、降低了運輸過程中的風(fēng)險。

2.6 打碼貼標(biāo)

改進后的裝箱生產(chǎn)流程中使用了一臺全自動打印貼標(biāo)機，用于標(biāo)簽的自動打印和粘貼。自動貼標(biāo)機打印的標(biāo)簽與改造前相比，內(nèi)容豐富、格式規(guī)范、整齊美觀，可以將生產(chǎn)牌號、生產(chǎn)班組、生產(chǎn)班次、裝箱質(zhì)量和生產(chǎn)日期等數(shù)據(jù)統(tǒng)一編碼生成二維碼打印在標(biāo)簽上。其在解放了勞動力的同時，增加了與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的聯(lián)系，避免了紙箱信息的錯誤，也具備了生產(chǎn)追溯的功能，進一步保證了外供產(chǎn)品的質(zhì)量，推進了全面質(zhì)量管理。

2.7 煙箱碼垛

裝料后的紙箱約12kg，綜合考慮設(shè)備投資、占地等因素，最終確定改進后的裝箱流程中煙箱離開生產(chǎn)線和碼垛的工作仍由人工完成。為降低工人勞工強度，在最后一臺輥道輸送機后設(shè)置了下箱滑臺，高度與托盤相同，這樣工人在三層碼垛過程中不需要彎腰動作。

3 結(jié)語

改進膨脹煙絲稱重裝箱模式已在黃金葉生產(chǎn)制造中心1140kg/h膨脹絲生產(chǎn)線進行了生產(chǎn)應(yīng)用，生產(chǎn)線運行順暢，應(yīng)用效果如下。

（1）改造后的生產(chǎn)模式提高了膨脹煙絲裝箱的信息化、自動化水平，降低了現(xiàn)場操作工人的勞動強度、解放了勞動力。

（2）裝箱速度能達到200箱/h以上，按每天8h生產(chǎn)時間，單箱10kg的裝填重量，相比改造前每天至少可多提供4000kg的膨脹煙絲，能夠?qū)ζ渌麩煆S的生產(chǎn)提供可靠的保障，提高了本廠美譽度和市場競爭力。

（3）單箱的直接裝箱精度由之前的±0.5kg提高到了±0.1kg以內(nèi)，提高了裝箱效率，也減少了產(chǎn)值的浪費。

（4）生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境得到很大的改善，現(xiàn)場地面的清掃工作量也減少了很多。

但是此次改造后的稱重裝箱模式中的十字封箱工序存在不能順暢完成工作的問題，這是由于所用紙箱在第3次重復(fù)使用時，紙箱變軟、箱蓋棱邊的強度降低，用于垂直于箱蓋接縫方向封箱的封箱機會將箱蓋向下擠壓，造成封箱失敗，建議行業(yè)內(nèi)同仁在需要類似環(huán)節(jié)時采用角邊封箱機來避免這個問題。

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