初煙框欄包裝模式下沉降式煙葉裝框平臺的設計與應用

來慶祥 李瑞東 何建勇 黃文勇 王獻友 李克強 鄭廣慶

（云南煙葉復烤有限責任公司，昆明 650031）

物流是煙草經(jīng)濟體系的有機組成部分，也是煙草行業(yè)持續(xù)發(fā)展和抵御風險的核心能力，貫穿于整個煙草產(chǎn)業(yè)鏈，支撐保障著“兩煙”生產(chǎn)經(jīng)營。隨著煙草行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，為了進一步提高初煙流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)的機械化、自動化和數(shù)字化水平，部分理念先進的打葉復烤企業(yè)針對烤煙流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)麻片包裝存在作業(yè)效率低、包裝物循環(huán)利用率低、質(zhì)量追溯效率低和麻絲二次污染等短板問題，聚焦包裝方式變革，與煙葉種植產(chǎn)區(qū)聯(lián)合，利用復烤環(huán)節(jié)的儲煙框替代麻片包裝進行流程再造，提高了初煙收儲物流環(huán)節(jié)的現(xiàn)代化水平[1]?？驒诎b替代麻片包裝物流模式的推廣應用過程中，在煙葉收購站點采用人工直接將煙葉裝入框欄的方式，缺乏配套的機械作業(yè)設備，嚴重影響了煙葉包裝整理的作業(yè)效率。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，高強度的作業(yè)崗位招工難、成本高的矛盾越來越突出。因此，圍繞著怎樣提高煙框替代麻片包裝過程中裝箱打包等機械化作業(yè)水平，實現(xiàn)降本增效，引起了相關企業(yè)的關注。本次設計旨在克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供了一種容易裝箱補料、操作方便、效率高的裝框補料機械化方案，可為煙站框欄包裝收儲模式的機械化提供借鑒思路。

1 存在的問題

在新的框欄包裝模式下，煙站從農(nóng)戶收集到煙葉后進行煙葉等級確定，再進行煙葉裝框打包暫存。使用的框欄采用鋼架結構，長、寬、高分別為188 cm、116 cm、140 cm，且煙框具備可折疊功能。現(xiàn)有的作業(yè)方式是將框欄放在地面上，根據(jù)不同等級的煙葉，分別進入分級裝框。裝框前期，工人可將折疊框欄長邊側板，便于煙葉裝箱；裝框后期，要達到預定的裝箱質(zhì)量時（每框600 kg），由于煙葉比較松軟，煙葉堆積高度一般高于煙框的高度，需將側板合上，煙框頂部的四周需要增加護板進行加高，使裝框框的高度達到1.7～1.8 m，導致在地面上上料和補料十分困難。為達到裝箱的預定質(zhì)量，需要搭建平臺或用梯子把煙葉裝框。該方式主要存在以下問題：第一，勞動強度大，裝框過程后半段，操作人員需將煙葉舉過頭頂進行作業(yè)；第二，效率低，裝滿600 kg需要約0.5 h；第三，作業(yè)過程落地煙葉數(shù)量多，影響現(xiàn)場整潔度且增加煙葉二次造碎風險；第四，補料平臺上下攀爬，存在安全隱患。綜上所述，諸多問題影響了煙葉收購環(huán)節(jié)框欄替代麻片包裝物流模式的推廣應用效果。

2 方案設計

針對框欄替代麻片包裝方式推廣應用過程裝框環(huán)節(jié)存在的問題和使用現(xiàn)狀，設計一種可上下調(diào)節(jié)高度的工作平臺，托舉框欄上下運動，以期提高作業(yè)效率，降低勞動強度和作業(yè)風險。本方案提出沉降式裝框機械化思路，在地面挖坑，并安裝升降平臺和相關操控系統(tǒng)，工人可根據(jù)裝框的舒適度，自由調(diào)節(jié)框欄操作高度；升降平臺上安裝稱重器，可實時顯示裝載質(zhì)量，直觀提醒工人是否達到裝框預定質(zhì)量；設計相配套的鏈式輸送機，完成作業(yè)環(huán)節(jié)的空框和滿框輸送，提高裝框環(huán)節(jié)的機械化作業(yè)水平。

2.1 設計要求

設計要求它能適應煙站框欄包裝模式下煙葉收儲環(huán)節(jié)的管理現(xiàn)狀和作業(yè)需求。第一，設計的平臺需占地面積小，結構簡單，同時操作和維護需方便。第二，平臺額定承載質(zhì)量為2 t。第三，升降行程為0.3～1.5 m，升降過程需具有較好的穩(wěn)定性。第四，所在升降行程范圍內(nèi)，可方便調(diào)節(jié)升降高度位置，且定位穩(wěn)定。

2.2 沉降式裝框平臺總體結構設計

剪叉式液壓升降方式具有體積小、質(zhì)量小、慣性小、結構緊湊、反應快以及運行平穩(wěn)等特點，可在升降范圍內(nèi)的任意位置上停留，被廣泛應用于各行各業(yè)，是貨物裝卸流通領域中較為理想合理的升降平臺。本次提出的沉降式裝框機械化思路，選擇剪叉式液壓升降方式開展延伸設計。如圖1所示，沉降式裝框平臺總體結構設計，包括按順序接合的第一輸送裝置和第二輸送裝置。第二輸送裝置與升降平臺為一體，升降平臺安裝在地下的基坑中，第一輸送裝置、第二輸送裝置、升降平臺與電控控制系統(tǒng)相關連。采用的鏈式輸送機為無橫桿結構，第一輸送裝置安裝紅外對射光電管，檢測有無框欄通過，相對的一側為下道框框打包對接口。升降平臺由剪叉機構、升降液壓油缸和手動泵站組。平臺上安裝有稱重系統(tǒng)，稱重系統(tǒng)與電控箱連接，并設計顯示設備和到達預定質(zhì)量的聲光提醒[2]。在作業(yè)安全防護方面，在升降平臺外圍安裝在基坑兩側的防護欄。

圖1 平臺的結構設計圖

2.3 剪式液壓升降裝置設計

本次設計升降平臺起升最大高度為1.6 m，使用三組剪叉，為固定式液壓升降平臺。平臺上表面尺寸為2 000 mm×1 200 mm，額定承載質(zhì)量為2 t，采用矩形鋼。提升的一組最大的剪叉臂機構與上平臺連接式固定鉸鏈連接，另一端鉸接滑塊，平臺提升/下降，滑靴在滑槽內(nèi)的鋼平臺腳，可以適應剪叉機構變變化。如圖2所示，整體結構由活塞、液壓缸、機座、短橫桿、長橫桿、支撐桿和平臺組成。長橫桿和短橫桿與支撐桿之間形成鉸接，支撐桿長度均相等。這種多個平行四邊形伸縮架，可獲得較大的伸縮行程。當液壓缸使得活塞伸縮時，帶動長橫桿在機座導槽內(nèi)滑動和支撐桿運動，使得平臺在鉛垂方向升降。同時，為了保證煙葉裝框作業(yè)過程中質(zhì)量變化引起的不穩(wěn)定性，在回油路上設置平衡閥，平衡回路，保持壓力，使下降速度不受重物影響而變化。由節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量，控制升降速度。為使制動安全可靠，防止意外，增加液控單向閥，即液壓鎖，保證在液壓管線意外爆裂時能安全自鎖。在全預警措施上，安裝超載聲控報警器，用以區(qū)別超載或設備故障。

圖2 剪式液壓升降平臺結構簡圖

2.4 工作流程

如圖3所示，框欄通過第一輸送裝置輸送到升降平臺上的第二輸送裝置上。首次裝框時，稱重系統(tǒng)進行除皮處理，工人開始裝框；當裝框到一定高度時，工人結合裝框進度，通過操作按鈕升降平臺上的煙框連同第二輸送裝置一同下降到基坑中，通過控制升降油缸調(diào)整工作臺高度，以適應不同的裝框高度。當要達到預設的裝框質(zhì)量時，稱重系統(tǒng)提前聲光預報，裝料工人按照稱重系統(tǒng)即時顯示煙葉的質(zhì)量完成裝框和補料；裝滿框后，升降平臺提升到原位，再通過第二輸送裝置將煙框運送到第一輸送裝置。當輸送機的末端光電管檢測到煙框時，輸送機停止工作，叉車再在第一輸送裝置取下煙框，運送到框欄打包壓縮操作工序[3-4]。

圖3 裝框沉降操作演示圖

3 應用效果

設計方案在云南文山州和紅河州煙草公司煙葉收購站應用，取得了良好的效果。采用液壓升降比較平緩，不會因振動而發(fā)生傾斜；升降高度可自由設置調(diào)節(jié)，可對不同的煙框進行適配使用；在升降臺處設置稱重系統(tǒng)，煙葉裝框過程中裝載質(zhì)量多少可實時觀察，自由掌控，不會因裝多或少而反復操作；設置防護欄可有效保證補料工人在補料過程中的安全，與搭建高平臺在地面的裝框方式比較，具有諸多優(yōu)勢。例如：降低了工人的勞動強度，裝煙效率提高了3倍左右，節(jié)約了用工人數(shù)；現(xiàn)場管理水平得到提升，落地煙葉減少，同時因等待裝框造成煙葉堆積情況得到減少，作業(yè)現(xiàn)場物流組織更順暢；避免了工人上下攀爬作業(yè)平臺帶來的安全風險[5]。

4 結語

初煙收儲流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)的框欄替代麻片包裝的方式已在多個推廣試點驗證，證明了框欄包裝的優(yōu)越性?？驒诎b能有效解決煙葉收購和復烤企業(yè)原煙交流轉(zhuǎn)效率低、麻絲污染以及煙葉質(zhì)量追溯困難等問題，很大程度上減少了煙站和復烤企業(yè)各生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)用工成本，達到了降本增效目的。隨著框欄包裝物流創(chuàng)新模式的應用和拓展，圍繞提升作業(yè)效率、降低新模式下的運行成本的目標，要開發(fā)配套的自動化和信息化解決方案仍需不斷探索和實踐。本次設計的方案對煙站框欄包裝模式下的裝框環(huán)節(jié)機械化作業(yè)提供了借鑒。