鄧若飛+++王嘉煒+++任宏杰

摘 要：針對目前煙葉打包機工作效率及自動化程度低的現(xiàn)狀，根據(jù)煙葉易碎、易被污染的特點，設計了一款煙葉自動打包機，在PLC控制系統(tǒng)的有序控制下，實現(xiàn)了煙葉裝填輸送、煙包稱重、施壓成型及煙包捆扎這四個主要打包流程，完成了煙葉的自動打包。

關鍵詞：煙葉；打包機；PLC；自動控制

煙葉是香煙的主要生產(chǎn)原料，煙葉的采收、運輸以及倉儲過程中，都存在著煙葉體積大，倉儲空間需求大，從而導致成本增加，利潤下降。煙葉的收儲過程中，工序的高效性、人員利用的充分性及工序的自動化程度體現(xiàn)了煙葉收儲工作的效率，如何提高煙葉的收儲工作效率是目前煙葉收購站面臨的一大問題。其中，工序的自動化程度取決于收儲過程中收儲設備的應用狀況，而煙葉打包機正是收儲相關配套設備的一種，是提高收儲效率的主要設備之一[1]。

未來幾年，全國煙葉發(fā)展總量在4600萬擔左右，目前全國煙葉收購站（點）近5000個，國家煙草專賣（總公司）提出以5萬擔煙葉基地為基礎，正在加快煙葉收購站（點）的建設及整合，預計今后的收購站點應該在4000個左右。由于收購站點的煙葉收購量均在5萬擔以上，在一個收購期內(nèi)要完成5萬擔的煙葉打包工作，人力成本和收購周期均會有很大的壓力，因此，設計研發(fā)一種高效的煙葉打包機能有效地解決煙葉從采收到倉儲及運輸過程中面臨的體積松散、運量輕等一系列問題，從而降低煙草公司成本，提高其利潤[2]。

1 煙葉自動打包機的工作原理

煙葉打包機是一種利用液壓或者氣壓原理，通過壓縮部件將煙葉壓縮成一定體積的環(huán)保型設備。將完成裝送、電子稱量的待打包煙葉送入受壓腔體內(nèi)，使得煙葉基本處于打包機中間，由壓力板完成施壓成型，再根據(jù)煙葉包的捆扎要求進行捆包后，由輸送裝置推送至輸送帶運走，完成整個打包工序。本次的煙葉打包機主要是針對煙葉葉片大、造碎率高的特點來設計的，在保證煙葉包完整無損的基礎上，能實現(xiàn)原煙打包工作四道工序（即煙葉裝填輸送、稱重、施壓成型、捆扎）的機械化。

2 自動打包機的主要結構及功能

2.1 整體結構。煙葉自動打包機主要由四大裝置構成，裝填輸送裝置、壓縮裝置、稱重裝置及捆扎裝置，在控制系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)煙葉的自動打包。整機的結構簡圖如圖1。

2.2 輸送裝置。輸送裝置包括料箱和喂料器兩個部分。喂料器由帶有五個葉片的旋轉(zhuǎn)輪構成，設置在料箱出口處，當需要打包煙葉時，通過控制系統(tǒng)開啟電動機，電動機帶動旋轉(zhuǎn)輪，根據(jù)旋轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速來控制喂料速度。打包腔體內(nèi)的煙葉裝入量可由控制程序控制喂料器的運行時間來控制，電動機停止時，旋轉(zhuǎn)輪上的葉片能擋住煙葉，以防煙葉滑入工作腔中。若喂料器的喂料效率為a（m3/r），轉(zhuǎn)速為n（r/min），一次運行喂料時間為t（min），則一次打包的喂料量為V（m3）=ant。

2.3 稱重裝置。稱重裝置由稱重傳感器、稱重液壓系統(tǒng)等組成。打包機不工作時，壓力腔擱置在機架上，重量由機架承載，稱重傳感器不承載設備的重量；稱重時，由稱重液壓系統(tǒng)將稱煙腔抬升，讓稱重傳感器僅承受稱煙腔和煙葉的重量；打包時，由稱重液壓系統(tǒng)將壓力腔放下，并擱置在機架上，液壓系統(tǒng)的壓力板壓力直接傳遞給機架，避免了稱重傳感器反復承受壓力板壓力，延長了傳感器壽命。

2.4 壓縮裝置。壓縮裝置包括液壓缸、壓力板及打包腔體。液壓裝置以壓力為主控因素，采用壓力可調(diào)、行程可控、壓力分導的技術手段，有效避免煙葉壓油和壓碎；而且煙包的外觀質(zhì)量也得到提高。其中，壓力可控方面，打包壓力可以在4-16Mpa范圍內(nèi)實現(xiàn)可視調(diào)控；行程可調(diào)方面，壓板行程可以在150mm范圍內(nèi)調(diào)整設定；壓力分導方面，通過施壓緩沖，引導壓力在煙包內(nèi)的煙葉間均勻地遞進式傳遞。液壓系統(tǒng)采用邏輯閥和硬油路，能有效防止?jié)B漏，避免污染煙葉。打包腔體上有門鎖及推包裝置，當完成打包捆扎后，通過程序控制打開門鎖，同時，推包裝置繞開關鉸鏈轉(zhuǎn)動，推出煙葉包，使其落在下游的傳輸帶上，進而實現(xiàn)自動打包的一個完整流程。

2.5 捆扎裝置。捆扎裝置主要由程序控制捆扎輪將捆扎帶送至捆扎位置，并反向收緊，直至鋼扣扣緊，剪切裝置剪斷扎帶，完成一次自動捆扎，并在程序控制下實現(xiàn)循環(huán)捆扎。捆扎裝置結構簡圖如圖2。

3 控制系統(tǒng)

本次煙葉打包機采用PLC控制系統(tǒng)，使用三菱生產(chǎn)的FX2N系列可編程邏輯器件。I/O分配表是編寫PLC程序和現(xiàn)場設備接線的依據(jù)，所以對控制系統(tǒng)的I/O分配進行確定是控制系統(tǒng)硬件設計的關鍵，須根據(jù)煙葉打包機的特點及控制需要，進行I/O分配情況的設計，包括輸入信號和輸出信號中的各個接觸器及控制開關的分配。

4 主要技術參數(shù)及調(diào)試結果

該煙葉打包機的液壓系統(tǒng)額定工作壓力為16MPa，整機正常工作額定功率為4.5KW。根據(jù)設計目標，進行調(diào)試試驗，該煙葉打包機成包尺寸為800mm×400mm×340mm（長×寬×高），煙包重量在80kg/包左右，打包能力能達到55包/h。調(diào)試過程中，設備工作情況良好，能很好地適用于煙葉的打包處理。

5 結束語

本研究針對目前煙葉打包機工作效率低的現(xiàn)狀和煙葉打包機自動化程度有待提高的發(fā)展需求，考慮到煙葉易碎、易被污染的特點，設計了一款煙葉自動打包機，實現(xiàn)原煙打包工序（即煙葉裝填輸送、稱重、施壓成型、捆扎）自動化的目的，節(jié)省了人力成本，能有效提高煙草企業(yè)的利潤，且可推廣至其他對打包工序有需求的葉類植物打包市場。

參考文獻

[1]楊尚明，滕春富，劉繼孝，等.一種半自動煙葉打包機的技術改造與研究[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2015（10）：52.

[2]梁小軍.煙葉收購環(huán)節(jié)監(jiān)管追溯系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].電子科技大學，2013.

作者簡介：鄧若飛（1990-），男，碩士，機械工程專業(yè)，現(xiàn)工作于北京航天試驗技術研究所。