摘要：近年來，隨著異型煙品規呈現爆發式增長，立式條煙分揀裝置的煙倉尺寸調節需耗費大量的人力和時間，極大制約了異型煙分揀效率。本文通過設計壓脹鎖緊裝置和彈簧定位銷等裝置，將可調式煙倉原采用的螺栓緊固方式改為壓脹鎖緊方式，并在原裝置的基礎上安裝彈簧定位銷等煙倉調節輔助工具。試驗表明：改進后的裝置可大幅提升煙倉尺寸調節效率，顯著降低工作強度和條煙分揀破損率，且具有較好的可靠性和穩定性，對于煙草商業企業有很大的推廣應用價值。

關鍵詞：異型煙、可調式煙倉、壓脹鎖緊、彈簧定位銷

一、引言?

隨著卷煙市場化取向改革的推進，卷煙消費市場呈現個性化、差異化、定制化特征，各類異型卷煙不斷涌現，品規數日益增加[1]。

由于當前在銷異型煙尺寸差異較大（80mm～350mm×80mm～220mm×20mm～120mm)，且品規數不斷增加，為滿足分揀需要，立式條煙分揀裝置的尺寸調節變得十分頻繁。

當前，煙草商業系統物流設備的主流供應商，如中煙機械、普天、蘭劍等，均采用螺栓緊固式的可調煙倉，但受煙倉結構設計限制，調節一個煙倉的尺寸（長、寬、高）需分別松動和擰緊12顆螺栓，耗時較長[2]。為降低煙倉尺寸調節耗時，部分地市（公司）在煙倉內壁放置固定厚度的磁吸板，并通過調整磁吸板的數量或者通過安裝“磁吸板+伸縮組件”來調節煙倉尺寸，該方法雖然能快速調距，但存在只能調節特定距離和磁吸板粘貼不牢等問題[3]。普天物流科技有限公司探索采用“電機+渦輪推塊”的方法進行調節，該方式雖然能實現精準調距，但存在成本高、速度慢等問題[4]。新余市煙草專賣局（公司）采用“電機+蝸輪蝸桿”方法進行調距，但也存在成本高、容易撞齒等問題。

為此，本文提出一種新的煙倉尺寸調節方式，以期在降低勞動強度的同時，提高調倉效率和調節精度。

二、存在問題

立式條煙分揀裝置的煙倉尺寸調節是商業企業物流分揀作業的前序環節，快速精準調整煙倉尺寸對縮短作業總時長、緩解分揀壓力至關重要。當前，煙草行業可調式立式條煙分揀裝置的煙倉結構大致相同，煙倉尺寸調節的作業流程也十分相似，以普天物流科技有限公司的第三代可調式立式條煙分揀裝置為例，其煙倉尺寸調節流程如圖1所示。

圖1 煙倉尺寸調節流程圖

受煙倉結構限制，煙倉尺寸調節涉及的環節較多、耗時較長，尤其是隨著異型煙品規數量日益增長，現有的煙倉尺寸調節作業方式已逐漸無法滿足企業需要，其中以下問題尤為突顯[5]

1.緊固方式過于機械

立式條煙分揀裝置結構，如圖2所示。當立式條煙分揀裝置中的待分揀卷煙的品規發生變化時，須根據新品規的條煙尺寸對煙倉尺寸進行調整，若前后卷煙品規的條煙尺寸差異較大時，則煙倉的長、寬、高尺寸均需調整，即須分別松動和擰緊12顆螺栓，其中8顆寬度螺栓（ W1-W8 ），2顆長度螺栓（ L1、L2 ），2顆高度螺栓（ H1、H2 ），如圖3所示。

圖2 分揀裝置示意圖

圖3 煙倉通道結構示意圖

現采用的煙倉緊固方式，如圖4所示。方槽管與煙倉側板采用螺栓連接，通過擰緊螺母增加方槽管與煙倉側板間的摩擦力，實現煙倉緊固。盡管該方式牢固可靠，但受作業空間限制，螺栓的擰緊與松動操作十分不便，且隨著年限增加，螺栓易發生變形、滑絲等情況，會給煙倉尺寸調節增加一定難度，并且隨著異型煙品規數量逐年增加，對于卷煙商業企業來說，日均需要調節的煙倉數量也會隨之大幅增加，須擰動的螺栓數量將變得十分龐大。因此，面對當前異型煙發展趨勢，若仍采用傳統簡單、機械的緊固方式，既會大幅增加作業人員的工作強度，也會極大延長異型煙分揀作業的前序時間，制約異型煙分揀效率。

圖4 改進前煙倉緊固結構示意圖

2.尺寸調節不精準

煙倉尺寸是影響條煙出倉后煙姿形態的重要因素，也一定程度上決定了條煙是否會發生破損[6]。對于現有的立式條煙分揀裝置，在進行煙倉尺寸調節時由于缺少輔助裝置，移動煙倉側板進行尺寸定位往往是憑經驗、靠感覺進行大致調節，尺寸精度十分依賴作業人員的工作經驗。同時，煙倉側板移動時，由于螺母處于松動狀態，在緊固煙倉側板前，受重力等因素的影響，煙倉側板容易會發生傾斜，造成煙倉前后或上下寬窄不一致，進而容易導致條煙分揀破損。因此，提高煙倉尺寸調節精度也是當前亟須解決的問題之一。

三、改進措施

針對上述問題，本文設計了壓脹鎖緊裝置和彈簧定位稍裝置，其中壓脹鎖緊裝置通過改變原有的機械式緊固方式，可輕松快速實現煙倉的松動和緊固，彈簧定位稍裝置能實現煙倉尺寸精準定位，兩者可較好地解決當前煙倉調節存在的問題。

1.安裝壓脹鎖緊裝置

（1）結構設計

單個煙倉共有12顆緊固螺栓，其中8顆螺栓是寬度緊固螺栓（W1-W8 ）。因此，只要解決煙倉寬度調節問題，便能大幅降低煙倉調節整體耗時。在原裝置的基礎上，本文對煙倉緊固結構進行了改進，改進后的結構如圖5所示。

圖5 改進后煙倉緊固結構示意圖

在滑槽內壁與螺栓頭之間加裝薄壁氣管，為增加薄壁氣管與螺栓頭之間的接觸面積，方槽管與煙倉側板之間采用T型螺栓連接，薄壁氣管通過空氣調壓閥與氣源連接，調節空氣調壓閥可控制薄壁氣管內的氣壓。充氣時，薄壁氣管迅速膨脹，將T型螺栓的螺栓頭壓緊，此時煙倉側板與方槽管之間的摩擦力增加，煙倉實現緊固；當關閉空氣調壓閥時，薄壁氣管放氣，螺栓頭與薄壁氣管迅速脫離，此時可自由移動側板，如此可節省大量原有松動和擰緊螺栓的工作量，大幅降低煙倉調節作業的工作時間和勞動強度。

（2）參數設計

煙倉內的條煙，在電機帶動的推塊推動下實現分揀出倉，但在推動時條煙容易發生傾斜，導致條煙與煙倉側板之間發生相互擠壓。此時，若氣管內氣壓過低，煙倉側板與方槽管之間的摩擦力較小，在條煙的擠壓下，煙倉側板可能會發生松動或變形。氣壓過高，易造成氣管破裂，且配套所需的氣源等設備的成本較高。因此，為保證改進后煙倉牢固、可靠，須選擇合適的氣管材質和氣壓強度。

圖6 條煙受力示意圖

條煙出倉時，受力情況如圖6。條煙在推塊推動過程中條煙與推塊的速度一致，且勻速向前運動。因此，該過程中條煙受力平衡，A、B兩點力矩應滿足：

其中，F 為推塊的推力，a為條煙傾斜角度，l1、l2 分別為條煙的寬度和長度，l 為煙倉寬度。

由于條煙合力為零，即：

因此，可得到：

其中，為條煙與煙倉側板的摩擦系數。由公式（1）、（2）、（3）、（4）可得：

由于煙倉寬度一般略大于條煙寬度，可認為，即，公式（5）可簡化為：

推塊的動力由電機輸出的扭矩提供，電機輸出扭矩為：

其中，P為電機功率；n為電機轉速。不考慮電機在傳動過程中的動力損失，可計算得到推塊的推力：

其中，d1為推塊轉動直徑。把公式（7）、（8）代入公式（6），可得：

當條煙與側板發生擠壓時，為保證煙倉側板不會發生松動，煙倉側板與方槽管之間的靜摩擦力必須大于條煙對煙倉側板的擠壓力，即：

其中，為氣管壓強；s為螺栓頭與氣管接觸面積；為螺栓與氣管的靜摩擦系數。根據公式（9）、（10），可得：

由于，為保證煙倉緊固、可靠，需滿足：

因此，在選擇合適的氣管、T型螺栓、電機等設備的型號規格后，結合現有的異型煙條煙尺寸情況，可計算出最小氣壓強度。

2.安裝彈簧定位銷裝置

煙倉尺寸調節，主要包括精準定位和煙倉緊固兩部分。安裝壓脹鎖緊裝置雖然能改善煙倉緊固問題，但不能保證煙倉調節精度。通過對在銷的各品規異型煙尺寸進行統計，確定異型煙尺寸范圍，并結合類標煙、細支煙、中支煙和特異型煙的尺寸分布情況，適當將異型煙尺寸范圍劃分為若干個組別[7]，并每個組別尺寸都設置對應的顏色標記。以珠三角某地市公司為例，異型煙寬度尺寸組別劃分如表1所示。

表1 異型煙寬度尺寸組別劃分

根據尺寸組別劃分，制作相應的顏色刻度尺貼紙，并粘貼在方槽管外表面。在煙倉側板上安裝彈簧定位銷裝置，定位銷的軸心與煙倉側板的內壁對齊，定位銷結構如圖7所示。同時，在各顏色尺寸范圍的滑槽內壁開設對應的定位孔，定位孔圓心與該尺寸范圍的中心尺寸重合，直徑略大于定位銷柱頭直徑，如圖8所示。

圖7 彈簧定位銷結構圖

圖8 改進后煙倉裝置示意圖

當移動煙倉側板進行尺寸定位時，將定位銷的定位銷帽提起，并扭轉 ，定位銷的柱頭與滑槽內壁分離，此時根據待分揀條煙的尺寸參數找到對應顏色尺寸區域，并快速移動煙倉側板，使側板落入對應的顏色尺寸區域。此時，再將銷帽扭轉至原來角度并松開，定位銷的柱頭與滑槽內壁再次接觸，通過輕微移動煙倉側板，使定位銷柱頭落入滑槽內壁的定位孔內，從而實現煙倉尺寸快速精準定位。由于定位銷的柱頭與定位孔之間存在間隙配合，能避免煙倉側板在緊固前發生傾斜而造成的煙倉前后或上下寬窄不一致的問題，從而可有效提升煙倉尺寸調節精度，降低異型煙分揀破損率。

四、試驗測試

1.試驗設計與條件

以珠三角某地市公司為例，采用的是普天物流科技有限公司第三代立式條煙分揀機，每5個立式機為一組，各組立式機之間相互獨立。以異型煙作為分揀對象，隨機選取異型煙分揀線一組立式機，并以連續5個工作日的異型煙分揀訂單數據進行模擬試驗，分別統計改進前和改進后該組煙倉的調倉時間、尺寸調節偏差、條煙破損量、煙倉緊固等參數。

2.數據分析

立式條煙分揀裝置改進前和改進后的相關試驗數據，分別見表2、表3。通過對試驗數據進行處理，試驗表明：立式條煙分揀裝置改進后，煙倉調節耗時降低約89.36%，單個煙倉尺寸調節的平均誤差由改進前的13.96mm降低至3.72mm，尺寸調節精度大幅提升。同時，裝置改進后異型煙分揀破損率由原來的0.0126%降低至0.0042%，異型煙分揀破損情況得到有效改善。此外，立式條煙分揀裝置采用壓脹鎖緊裝置后，煙倉未出現松動和側板彎曲變形等問題，這也表明改進后的立式條煙分揀裝置仍具有較好的穩定性和可靠性。

表2 改進前煙倉調節數據統計

表3 改進后煙倉調節數據統計

五、結論

近年來，隨著異型煙品規數和銷量的爆發式增長，各地市異型煙的煙倉配比逐漸不足，立式條煙分揀裝置調倉作業勞動強度大、耗時長等問題日益突顯。本文提出了安裝壓脹鎖緊裝置

和彈簧定位銷裝置等改進措施。試驗表明，立式條煙分揀裝置改進后，能大幅縮短調倉作業時間，有效降低工作強度和分揀破損率，對于卷煙商業企業有較強的推廣應用價值。

參考文獻：

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[4]陳華,李軍,胡宇昕等.一種可自動調節的立式條煙分揀裝置[P].貴州省:CN209680564U,2019-11-26.

[5]李旭冉,徐德榮,蔡宏等.異型煙分揀系統關鍵技術的研究[J].物流技術與應用,2017,22(09):129-132.

[6]郭達永,馬衛東.卷煙分揀系統打碼姿態控制機構的設計及應用[J].自動化應用,2024,65(02):75-77.DOI:10.19769/j.zdhy.2024.02.023.

[7]連小嫚,朱中華,邢學智.異型卷煙通用型分揀機的設計和應用[C]//中國煙草學會.中國煙草學會2016年度優秀論文匯編——電子商務與物流主題,2016:7.

作者單位：廣東省中山市煙草專賣局（公司）物流配送中心