一种烟叶自动打包机的设计研究

邓若飞+++王嘉炜+++任宏杰

摘 要：针对目前烟叶打包机工作效率及自动化程度低的现状，根据烟叶易碎、易被污染的特点，设计了一款烟叶自动打包机，在PLC控制系统的有序控制下，实现了烟叶装填输送、烟包称重、施压成型及烟包捆扎这四个主要打包流程，完成了烟叶的自动打包。

关键词：烟叶；打包机；PLC；自动控制

烟叶是香烟的主要生产原料，烟叶的采收、运输以及仓储过程中，都存在着烟叶体积大，仓储空间需求大，从而导致成本增加，利润下降。烟叶的收储过程中，工序的高效性、人员利用的充分性及工序的自动化程度体现了烟叶收储工作的效率，如何提高烟叶的收储工作效率是目前烟叶收购站面临的一大问题。其中，工序的自动化程度取决于收储过程中收储设备的应用状况，而烟叶打包机正是收储相关配套设备的一种，是提高收储效率的主要设备之一[1]。

未来几年，全国烟叶发展总量在4600万担左右，目前全国烟叶收购站（点）近5000个，国家烟草专卖（总公司）提出以5万担烟叶基地为基础，正在加快烟叶收购站（点）的建设及整合，预计今后的收購站点应该在4000个左右。由于收购站点的烟叶收购量均在5万担以上，在一个收购期内要完成5万担的烟叶打包工作，人力成本和收购周期均会有很大的压力，因此，设计研发一种高效的烟叶打包机能有效地解决烟叶从采收到仓储及运输过程中面临的体积松散、运量轻等一系列问题，从而降低烟草公司成本，提高其利润[2]。

1 烟叶自动打包机的工作原理

烟叶打包机是一种利用液压或者气压原理，通过压缩部件将烟叶压缩成一定体积的环保型设备。将完成装送、电子称量的待打包烟叶送入受压腔体内，使得烟叶基本处于打包机中间，由压力板完成施压成型，再根据烟叶包的捆扎要求进行捆包后，由输送装置推送至输送带运走，完成整个打包工序。本次的烟叶打包机主要是针对烟叶叶片大、造碎率高的特点来设计的，在保证烟叶包完整无损的基础上，能实现原烟打包工作四道工序（即烟叶装填输送、称重、施压成型、捆扎）的机械化。

2 自动打包机的主要结构及功能

2.1 整体结构。烟叶自动打包机主要由四大装置构成，装填输送装置、压缩装置、称重装置及捆扎装置，在控制系统的控制下实现烟叶的自动打包。整机的结构简图如图1。

2.2 输送装置。输送装置包括料箱和喂料器两个部分。喂料器由带有五个叶片的旋转轮构成，设置在料箱出口处，当需要打包烟叶时，通过控制系统开启电动机，电动机带动旋转轮，根据旋转轮转速来控制喂料速度。打包腔体内的烟叶装入量可由控制程序控制喂料器的运行时间来控制，电动机停止时，旋转轮上的叶片能挡住烟叶，以防烟叶滑入工作腔中。若喂料器的喂料效率为a（m3/r），转速为n（r/min），一次运行喂料时间为t（min），则一次打包的喂料量为V（m3）=ant。

2.3 称重装置。称重装置由称重传感器、称重液压系统等组成。打包机不工作时，压力腔搁置在机架上，重量由机架承载，称重传感器不承载设备的重量；称重时，由称重液压系统将称烟腔抬升，让称重传感器仅承受称烟腔和烟叶的重量；打包时，由称重液压系统将压力腔放下，并搁置在机架上，液压系统的压力板压力直接传递给机架，避免了称重传感器反复承受压力板压力，延长了传感器寿命。

2.4 压缩装置。压缩装置包括液压缸、压力板及打包腔体。液压装置以压力为主控因素，采用压力可调、行程可控、压力分导的技术手段，有效避免烟叶压油和压碎；而且烟包的外观质量也得到提高。其中，压力可控方面，打包压力可以在4-16Mpa范围内实现可视调控；行程可调方面，压板行程可以在150mm范围内调整设定；压力分导方面，通过施压缓冲，引导压力在烟包内的烟叶间均匀地递进式传递。液压系统采用逻辑阀和硬油路，能有效防止渗漏，避免污染烟叶。打包腔体上有门锁及推包装置，当完成打包捆扎后，通过程序控制打开门锁，同时，推包装置绕开关铰链转动，推出烟叶包，使其落在下游的传输带上，进而实现自动打包的一个完整流程。

2.5 捆扎装置。捆扎装置主要由程序控制捆扎轮将捆扎带送至捆扎位置，并反向收紧，直至钢扣扣紧，剪切装置剪断扎带，完成一次自动捆扎，并在程序控制下实现循环捆扎。捆扎装置结构简图如图2。

3 控制系统

本次烟叶打包机采用PLC控制系统，使用三菱生产的FX2N系列可编程逻辑器件。I/O分配表是编写PLC程序和现场设备接线的依据，所以对控制系统的I/O分配进行确定是控制系统硬件设计的关键，须根据烟叶打包机的特点及控制需要，进行I/O分配情况的设计，包括输入信号和输出信号中的各个接触器及控制开关的分配。

4 主要技术参数及调试结果

该烟叶打包机的液压系统额定工作压力为16MPa，整机正常工作额定功率为4.5KW。根据设计目标，进行调试试验，该烟叶打包机成包尺寸为800mm×400mm×340mm（长×宽×高），烟包重量在80kg/包左右，打包能力能达到55包/h。调试过程中，设备工作情况良好，能很好地适用于烟叶的打包处理。

5 结束语

本研究针对目前烟叶打包机工作效率低的现状和烟叶打包机自动化程度有待提高的发展需求，考虑到烟叶易碎、易被污染的特点，设计了一款烟叶自动打包机，实现原烟打包工序（即烟叶装填输送、称重、施压成型、捆扎）自动化的目的，节省了人力成本，能有效提高烟草企业的利润，且可推广至其他对打包工序有需求的叶类植物打包市场。

参考文献

[1]杨尚明，滕春富，刘继孝，等.一种半自动烟叶打包机的技术改造与研究[J].农业开发与装备，2015（10）：52.

[2]梁小军.烟叶收购环节监管追溯系统的设计与实现[D].电子科技大学，2013.

作者简介：邓若飞（1990-），男，硕士，机械工程专业，现工作于北京航天试验技术研究所。