柜式先进先出卷烟储存输送装置设计与应用

摘 要：【目的】为解决一种直径与正常卷烟相同但长度较短的新型卷烟输送对接问题，设计了一种柜式先进先出卷烟存储输送装置。【方法】该装置由执行系统和控制系统组成，执行系统由提升机、高位输送器、先进先出储柜、低位输送器等组成；控制系统由嵌入式PLC、伺服电机、料位检测组件等组成。首先，通过提升机抬高烟支烟流，输送至先进先出储柜；其次，由料位检测组件监控烟流高度和输送速度，当速度不匹配时，控制先进先出储柜收缩或扩容；最后，烟流经过低位输送器输送至下游设备。【结果】该装置主要用于卷接包生产线上，通过将上游设备与下游设备柔性地连接起来进行先进先出，完成烟支的自动输送、存储和缓冲调节。【结论】该装置使卷接包生产线实现高度自动化，满足新型烟草的转运输送需求，提高了整条生产线的工作效率，且装置运行稳定可靠，操作简单，便于维护。

关键词：新型烟草；先进先出；烟支输送

中图分类号：TS452" " "文献标志码：A" " "文章编号：1003-5168（2024）09-0035-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.09.007

Design and Application of Cabinet -Type Advanced Cigarette Storage and Transport Device

CHEN Yunfei

（Xuchang Tobacco Machinery Co.， Ltd.，Xuchang 461000，China）

Abstract：[Purposes] In order to solve a new type of tobacco transportation docking problem with a shorter length and ordinary cigarettes， a cabinet -type advanced cigarette storage and transportation device was designed. [Methods] This device consists of an execution system and a control system. The execution system consists of components such as improving machines， high -level conveyors， advanced first -level storage cabinets， low -level conveyors; the control system consists of embedded PLC， servo motor， material detection component， etc. By increasing the cigarettes， the cigarette flow is transported to the advanced first -out storage cabinet， and the height of the smoke flow and conveying speed by the material detection component is monitored. When the speed does not match， control the advancement of advanced storage cabinet contraction and expansion， The low -level conveyor is transported to the downstream device. [Findings] This conveyor is mainly used on the roll production line. The upstream equipment is flexibly connected to the downstream equipment to make the advanced first， and the automatic transportation， storage and buffering adjustment tasks of the cigarette branch are completed. [Conclusions] This device enables high -speed automation of the roll -up package production line， meets the demand for new tobacco transfer transportation， improves the effective operating rate of the entire production line， and has advantages like stable and reliable operation， simple operation， and convenient maintenance.

Keywords： new type of tobacco; advanced tobacco; tobacco transportation

0 引言

加热不燃烧新型卷烟是目前新型烟草的热门产品，其危害性相较于传统卷烟下降了大约90%，但其口感及满足感却达到了传统卷烟的90%［1-2］。目前，市面上的新型卷烟规格主要有两种，一种为直径与普通卷烟相当而长度较短的短支烟弹、另外一种为直径较细而长度较长的细支烟弹。新型细支烟草特性与常规细支烟类似，对于其存储输送装置现有的设备较多且适应性良好，无须专门开发。但短支烟弹由于其结构及存储输送方式的改变，现有的存储输送设备无法满足输送需求，即使勉强对设备进行改型后，在使用过程中也容易频繁地出现乱烟、堵烟等情况。另外，新型烟草的生产工艺要求较高，新型烟草的发烟段采用薄片切丝后形成，与传统烟支的烟丝相比，新型烟草的水分含量和香味挥发性更强，需要在生产出来后尽快送入下游包装机组中进行密封包装，防止影响烟支品质。

由于新型烟草需要较高的生产工艺要求［3］，“先进后出”的缓存方式已无法满足客户对设备的要求，取而代之的是“先进先出”的缓存方式。柜式先进先出卷烟储存输送系统适用于一台或多台上游设备、一台或多台下游设备相连接，以取代传统的装卸盘设备、先进后出型存储器和手工作业。先进先出的设计相较于传统的先进后出型存储器可以更好地适应目前卷烟生产工艺，减少烟支到下游设备之间的停留时间，减少烟支水分和香味的丧失。

1 设计要求

柜式先进先出存储输送装置是烟支重要的输送载体，其结构的设计质量直接影响烟支输送过程中的运动状态。可靠性高、结构轻便简单、成本低的存储输送装置对整个新型烟草生产机组起着至关重要的作用。新型烟草相比普通卷烟的区别较大，具有“直径与普通卷烟相当但长度较短”的物理特性。根据上述新型烟草的特点，设计时需要考虑以下问题。

①新型烟草会较快地损失香味和水分，需要在生产出来后短时间内完成包装，因此输送存储装置需要以先进先出为原则，来保障产品品质的需求。

②和传统烟支相比，新型烟草的长度较短，需要考虑链板宽度在输送过程中的影响，保证烟支在通道内平滑运动。

③烟层高度越高其输送稳定性越差［4-5］，新型烟草质量较轻，过高的堆积烟支层高，不仅会降低输送的可靠性和效率，也容易影响烟支的质量。

④由于短支烟弹的长度过短，所以在提升机过渡处没有空间设置过渡皮带，需要重新设计该部分装置结构，确保烟支顺利通过无动力的过渡点。

2 系统结构

柜式先进先出卷烟储存输送装置的结构如图1所示。其主要由提升机、高位输送器、先进先出储柜、低位输送器等部件组成。该装置采用大转弯半径和分段提升输送技术，有效地降低了提升机在提升输送过程中对于烟支质量的影响。储柜采用伸缩皮带式设计输送烟支存储。即通过改变有效输送烟支皮带的长度，从而改变烟支存储通道的容积。皮带采用互为镜像布置的倒置“J”结构，整体长度保持不变，避免产生额外的存放皮带空间，有效利用储柜内的空间。根据上下游设备的实时状况控制储柜以先进先出为原则对烟流进行精确的存储或排出动作，确保卷接包机组协调一致，达到最佳工作状态。

2.1 提升机

柜式先进先出输送装置的提升机段根据输送普通或超细规格烟支的“YF17卷烟储存输送装置”的提升机进行改进［6-7］，针对新型烟草质量及长度限制，需要对输送链板宽度、烟支层高等方面进行重新计算及设计。

2.1.1 减小输送链板宽度。之前新型烟草的长度大约在45～50 mm，之前用于输送普通烟支的链板宽度为51 mm或63 mm，由于短支烟弹的长度较短，使用这种较宽规格的输送链板，在提升输送短支烟弹时，通道的前后限位板不易设计和安装。短支烟弹在输送通道内容易没有限位发生乱烟的情况。因此，需要根据新型烟草“短”且“轻”的特点，重新设计并开模制作特殊的输送链板，其宽度设定为44 mm。

2.1.2 降低输送烟层高度。用于提升普通烟支的提升机输送通道内烟层高度为120 mm，细支烟为90 mm。由于短支烟弹的长度过短，导致其在输送通道内的稳定性较差，烟层高度越高其输送稳定性越差，越容易发生“侧倾”或“打滑”现象。而烟层高度过低又容易导致速度降低，无法满足输送速度的要求。针对这种情况，通过试验最终得出通道烟层的高度控制在50 mm效果最佳。

2.1.3 水平过渡采用高差过渡。用于输送普通或超细规格烟支的“YF17卷烟储存输送装置”的提升机［8］，由于烟支长度（84～100 mm）远大于输送链板的宽度（51 mm或63 mm），因此所有轮组过渡点均设有“过渡皮带组件”，防止因无动力导致的烟支堆积和挤压现象。而短支烟弹的长度过短（45～50 mm），其输送链板宽度为44 mm，在过渡处无法设置过渡皮带，为了烟支能够顺利通过无动力的过渡点，在新装置的设计中采用了“高差法”。即前段的输送链板高度需要大于后段的输送链板高度，通过“重力”辅助烟支顺利地通过这段无动力过渡点。

2.2 先进先出储柜

先进先出储柜是通过增长或缩短输送链来完成烟支制品的存储与输出，其原理如图2所示。存储器的烟支存储排烟由储存器内部的收缩扩容机构实现。收缩扩容机构由伺服电机驱动同轴左旋和右旋丝杆旋转，带动布置在直线滑轨上的滑台移动，继而带动正面的可伸缩输送皮带进行扩容或收缩，从而实现烟支的储存，收缩扩容机构如图3所示。当上游设备生产烟支产量增加或下游机接受能力降低时，传感器检测烟支堆积高度大于设定高度时，伸缩传动皮带进行扩容，增加储柜存储烟支的能力，暂存烟支；当上游设备生产烟支产量减小或下游机接受能力提高时，伸缩传送皮带进行收缩，保证下游输送设备速度不受影响。设备在运行过程中实现烟支先进先出的原则，同时实现烟支在设备运行中的可追溯性。

伸缩输送皮带的布置方式如图4所示。由两组独立驱动的伸缩皮带构成一个伸缩回路，完成两层烟支的输送、扩容储烟及收缩排烟。每组伸缩输送皮带都配置一套料层检测传感器，设备通过采集进料提升机输送烟支速度、下游设备生产速度及每组伸缩输送皮带料层检测值利用PLC算法计算，控制每组伸缩输送皮带的输送和存储器的扩容储烟或收缩排烟。

3 电控系统

电控系统采用德国Beckhoff嵌入式PC技术，根据上下游设备的实时状况控制储柜以先进先出为原则对烟流进行精确的存储或排出控制，确保与卷接包机组协调一致，达到最佳工作状态。其工作与YF17A卷烟存储输送装置的控制技术类似［9］。

电控系统对提升机和提升装置的控制上进行优化设计，分别由四套LEXIUM 32i ECT 和 BMI集成式伺服电机进行驱动，提升机和提升装置入口各设计一套料位检测组件。

储柜缓存和排出烟支通过一套LEXIUM 32i ECT 和 BMI集成式伺服电机进行驱动。每条输送皮带使用一台独立的LEXIUM MDRIVE一体化步进电机驱动，八台电机（单柜）在烟支输送动作时，输送皮带以特定速度运转，保证烟支输送的连续性和稳定性。每条输送皮带的下落通道处均设计一套料位检测组件，监控烟支输送层高的变化量，实现实时调控。

4 结论

本研究设计了一种适应新型烟草的“卷烟储存输送系统”，将卷烟机和包装机连接起来，形成卷接包物流自动化生产的联接设备。解决了加热不燃烧新型烟支需要短时间内送入下游设备进行包装和密封，不可长时间滞留于输送通道或存储器内，否则容易造成烟支香味散失、水分吸收过多受潮等问题。该装置结构简单、运行可靠、便于维护。

参考文献：

［1］张骥，张振涛，杨俊玲，等.加热不燃烧烟草制品研究现状和未来展望［J］.科技与创新，2020（15）：11-15.

［2］刘亚丽，王金棒，郑新章，等.加热不燃烧烟草制品发展现状及展望［J］.中国烟草学报，2018，24（4）：91-106.

［3］窦武阳，秦得超.加热不燃烧卷烟用基棒制备方法［J］.中国新技术新产品，2022（18）：54-56.

［4］王俊，彭铸.卷烟、滤棒储存输送系统中提升通道的改进设计［J］.湖南文理学院学报（自然科学版），2009，21（1）：78-80.

［5］王俊，彭铸.卷烟、滤棒储存输送系统中提升通道的改进设计［J］.湖南文理学院学报（自然科学版），2009，21（1）：78-80.

［6］王玉芬.卷烟存储输送装置YF17链板稳定系统［J］.自动化应用，2010（5）：35-37.

［7］任珂.YF17卷烟储存输送装置提升机综合改进［J］.机械制造，2012，50（7）：64-65.

［8］王亮，石跃朋，牛博，等.YF17卷烟储存输送系统提升机的分析与改进［J］.烟草科技，2014（2）：19-22.

［9］孔汉，杨小亮.YF17A型卷烟储存输送装置电气控制系统的设计［J］.郑州轻工业学院学报（自然科学版），2007（5）：76-78，95.