摘 要：該研究旨在設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單易用、快速上手的裝置，以提升濾棒成型機(jī)甘油補(bǔ)給效率。針對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中甘油補(bǔ)給操作繁瑣的問題，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便實(shí)用的裝置。該裝置采用機(jī)械化結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)易控制設(shè)計(jì)，使操作更加方便快捷。通過簡(jiǎn)化甘油補(bǔ)給的步驟，有效提高生產(chǎn)效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置在保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，顯著降低操作難度，適合于生產(chǎn)工人迅速上手操作。該研究提出的裝置設(shè)計(jì)不僅在提高生產(chǎn)效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也考慮制作簡(jiǎn)單、易操作等實(shí)際需求，為濾棒成型機(jī)的甘油補(bǔ)給過程改進(jìn)提供更貼合于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的可行的解決方案。

關(guān)鍵詞：濾棒成型機(jī)；甘油補(bǔ)給；精益生產(chǎn)；裝置設(shè)計(jì)；應(yīng)用效果

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）29-0142-04

Abstract： The purpose of this study is to design an easy-to-use and quick-to-use device to improve the glycerol replenishment efficiency of the filter rod forming machine. In view of the tedious operation of glycerol replenishment in the traditional production process， we have designed a simple and practical device. The device adopts mechanized structure and simple control design， which makes the operation more convenient and fast. By simplifying the steps of glycerol replenishment， the production efficiency is effectively improved. The experimental results show that the device significantly reduces the difficulty of operation on the premise of ensuring the production quality， and is suitable for production workers to operate quickly. The device design proposed in this study not only has significant advantages in improving production efficiency， but also takes into account the practical requirements such as simple manufacture and easy operation， which provides a feasible solution which is more suitable for the improvement of glycerol replenishment process of filter rod molding machine.

Keywords： filter rod molding machine; glycerol supply; lean production; device design; application effect

煙草行業(yè)目前所使用的纖維濾棒成型設(shè)備主要是由一臺(tái)纖維開松上膠機(jī)和一臺(tái)纖維濾棒成型機(jī)組成的，為了使生產(chǎn)的濾棒硬度達(dá)到工藝設(shè)計(jì)要求，必須在生產(chǎn)過程中補(bǔ)給適量的增塑劑，簡(jiǎn)稱為纖維上膠。其中所用的增塑劑（醋酸甘油酯）在生產(chǎn)過程中，一般不能滿足高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一個(gè)班次的生產(chǎn)所需，需要給予及時(shí)補(bǔ)給保證生產(chǎn)的順利運(yùn)行。

由于生產(chǎn)場(chǎng)地、設(shè)備老舊等多方面因素，導(dǎo)致部分煙草企業(yè)仍采用人工進(jìn)行甘油補(bǔ)給，故而傳統(tǒng)的濾棒成型機(jī)在甘油補(bǔ)給操作上存在一些挑戰(zhàn)，包括甘油補(bǔ)給工序復(fù)雜、效率低下等問題。這些問題不僅影響了生產(chǎn)效率，也增加了生產(chǎn)成本，因此迫切需要一種簡(jiǎn)單實(shí)用、高效的裝置來改進(jìn)這一人工甘油補(bǔ)給生產(chǎn)過程。

本文將首先介紹傳統(tǒng)濾棒成型機(jī)甘油補(bǔ)給操作過程存在的問題，然后闡述設(shè)計(jì)的裝置的原理和結(jié)構(gòu)，最后通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證其在提高生產(chǎn)效率方面的有效性。本研究的成果將為煙草制造行業(yè)提供一種創(chuàng)新的解決方案，為提升生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本作出重要貢獻(xiàn)。

1 問題分析

1.1 存在問題

就目前煙草企業(yè)生產(chǎn)模式而言，由于濾棒成型設(shè)備在多臺(tái)設(shè)備同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，不同的生產(chǎn)速度等因素對(duì)應(yīng)甘油消耗速度不同，經(jīng)常需要不定時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)原料甘油的補(bǔ)給。然而，年代久的設(shè)備智能化程度有限，尤其是在現(xiàn)有生產(chǎn)場(chǎng)地條件下，無法架設(shè)管道或儲(chǔ)油罐等大型智能補(bǔ)給設(shè)備，進(jìn)一步限制了補(bǔ)給過程的便捷性和效率。所以仍采用傳統(tǒng)的人工補(bǔ)給過程，這將存在諸多不便，主要表現(xiàn)為費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下、操作復(fù)雜等問題。通常情況下，操作人員需要從采購(gòu)的4桶200 L甘油一板運(yùn)輸包裝的條件下手動(dòng)進(jìn)行分裝至小桶，再將分裝好的甘油運(yùn)輸至機(jī)臺(tái)手動(dòng)添加。分裝時(shí)不僅耗時(shí)耗力，還增加了生產(chǎn)資料消耗和操作難度。生產(chǎn)過程中如果無法進(jìn)行高效率補(bǔ)給，將會(huì)造成更多生產(chǎn)資料以及人力物力的浪費(fèi)，也增加了時(shí)間成本，影響了生產(chǎn)效率和連續(xù)性。

1.2 原因分析

1.2.1 生產(chǎn)場(chǎng)地受限

生產(chǎn)場(chǎng)地受限，主要表現(xiàn)在無法安裝智能化供油設(shè)備，這是導(dǎo)致甘油更換效率受影響的主要原因之一。這種限制主要源自現(xiàn)有生產(chǎn)場(chǎng)地的空間狹窄以及老舊設(shè)備的安裝條件有限。由于生產(chǎn)場(chǎng)地空間的局限性，很難為現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造或安裝新的大型智能化供油設(shè)備。因此，甘油補(bǔ)給過程無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化，而只能依賴手動(dòng)操作，這不僅增加了補(bǔ)給過程的復(fù)雜性，還導(dǎo)致了額外的人力和時(shí)間成本。

1.2.2 工具效率低下

在分裝過程中，使用的工具主要包括手搖泵和電機(jī)泵。然而，傳統(tǒng)的分裝工具效率不高，這是導(dǎo)致甘油補(bǔ)給效率降低的重要原因之一。盡管電機(jī)泵相對(duì)于手搖泵能夠提高分裝效率，但在某些情況下，仍然存在著一些問題，例如安裝不便或維護(hù)成本高等。比如，在生產(chǎn)場(chǎng)地受限的情況下，安裝電機(jī)泵可能會(huì)受到空間限制及電路安全風(fēng)險(xiǎn)，而維護(hù)電機(jī)泵所需的成本和人力也可能會(huì)增加生產(chǎn)成本。因此，盡管電機(jī)泵能夠提高分裝效率，但仍然存在一些實(shí)際應(yīng)用上的障礙，導(dǎo)致工具效率無法完全滿足生產(chǎn)過程的快速需求，從而影響了甘油補(bǔ)給效率的提升。

1.2.3 工作流程繁雜

在傳統(tǒng)的甘油更換過程中，需要將甘油從大桶分裝到小桶，然后再將小桶運(yùn)送到設(shè)備旁進(jìn)行施加。整個(gè)工作流程繁雜，將小桶運(yùn)送到設(shè)備旁后，仍需人工抬起進(jìn)行傾倒施加。這一繁瑣的操作流程增加了操作的復(fù)雜性和耗時(shí)，特別是人工抬起小桶進(jìn)行傾倒施加的步驟，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還容易導(dǎo)致操作失誤，進(jìn)一步降低了甘油補(bǔ)給效率。

2 解決方案

2.1 方案設(shè)計(jì)

為了改善上述現(xiàn)有技術(shù)中甘油施加效率低下的現(xiàn)象，本技術(shù)方案提出了一種提升濾棒成型設(shè)備甘油施加效率的裝置，通過設(shè)計(jì)一個(gè)集鷹嘴油桶搬運(yùn)、收納箱、氣動(dòng)泵為一體的小車，在場(chǎng)地有限的條件下充分利用現(xiàn)場(chǎng)資源提升甘油補(bǔ)給效率。設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

2.2 關(guān)鍵組件

2.2.1 氣動(dòng)隔膜泵

氣動(dòng)隔膜泵作為一種高效、便捷的輸送設(shè)備，在甘油傳輸過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其結(jié)構(gòu)主要包括泵主體、氣動(dòng)泵輸入口、氣動(dòng)泵輸出口和氣源開關(guān)等關(guān)鍵部件。氣動(dòng)泵氣源輸入口與壓縮氣管相連接，確保了外部壓縮空氣能夠有效輸入到泵內(nèi)。而氣動(dòng)泵輸入管的設(shè)計(jì)則使其能夠方便地插入油桶內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)甘油的快速吸取。氣動(dòng)泵輸出口與氣動(dòng)泵輸出管相連接，這一設(shè)計(jì)確保了從泵中輸送的甘油能夠順暢地流入設(shè)備的甘油箱內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了有效的輸送過程。氣源開關(guān)位于控制泵主體連接壓縮空氣的接氣管入口端，其作用在于控制氣動(dòng)隔膜泵的啟停狀態(tài)和輸送速率，使操作更加便捷和靈活。通過外接壓縮空氣，氣動(dòng)隔膜泵能夠快速而高效地抽吸油桶內(nèi)的甘油，并將其輸送至設(shè)備的甘油箱內(nèi)。這一過程充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)場(chǎng)地資源，既省時(shí)省力，又大大提高了甘油的施加效率，為工業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的支持。

2.2.2 油桶提升裝置

油桶提升裝置是一種機(jī)械系統(tǒng)，它的核心構(gòu)成包括腳踏式油缸、鷹嘴鉗組件以及平衡組件。這一裝置旨在有效地提升和操縱油桶，確保在各種工作場(chǎng)景下的安全和便利性。鷹嘴鉗組件是這一系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其設(shè)計(jì)精巧，能夠緊緊咬住油桶，確保其穩(wěn)固地固定在提升以及運(yùn)輸過程中。而腳踏式油缸則承擔(dān)著提升油桶的責(zé)任，通過其巧妙設(shè)計(jì)的活塞桿，有效地傳遞動(dòng)力，使油桶輕松地被控制到需要的高度。為了確保提升過程的平穩(wěn)進(jìn)行，平衡組件的作用不可忽視。其旨在使油桶在提升過程中保持豎直姿態(tài)，防止因不穩(wěn)定而引發(fā)的意外情況發(fā)生。特別指出的是，腳踏式油缸被固定設(shè)置在車身上，這一設(shè)計(jì)考慮了使用者的操作便利性和安全性，確保了裝置的穩(wěn)固性和可靠性。而鷹嘴鉗組件則設(shè)置在腳踏式油缸的活塞桿頂部，充分利用了空間，并保證了裝置的緊湊性和高效性。

1）平衡組件。平衡組件包括滑管和與滑管相適配的滑板，滑板能夠在滑管內(nèi)上下滑動(dòng)，滑管與腳踏式油缸平行地設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)上，滑管的側(cè)壁開設(shè)有開口，滑板上設(shè)有穿過開口的桶叉。其中，滑管的軸向上設(shè)有通透的滑槽，滑管豎直地設(shè)置在車身上，即滑管與腳踏式油缸平行，使滑管的一端與車身固定連接，滑管的另一端插入滑板，滑板能夠在滑槽中上下滑動(dòng)，滑管的側(cè)壁開有開口，開口與滑槽的側(cè)壁連通，開口貫通滑管上端部分，滑板上設(shè)有桶叉，桶叉穿過開口與滑板固定連接，桶叉為與油桶相適配的圓弧形。通過桶叉撐住油桶的下端，使油桶保持豎直姿態(tài)，更加方便提升油桶。

2）鷹嘴鉗組件。鷹嘴鉗組件是油桶提升裝置的組成部分之一，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而巧妙。該組件由上咬鉗和下咬鉗組成，其設(shè)計(jì)旨在緊緊夾住油桶，確保其在提升過程中保持牢固?；遄鳛辁椬煦Q組件的關(guān)鍵支撐部件，其頂部設(shè)計(jì)了向內(nèi)凹陷的凹口，以容納下咬鉗。下咬鉗巧妙地設(shè)置在凹口內(nèi)，為穩(wěn)固固定提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。而上咬鉗的中段與滑板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。上咬鉗的后端與腳踏式油缸的活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接，形成了一個(gè)關(guān)鍵的動(dòng)力傳遞樞紐。值得強(qiáng)調(diào)的是，上咬鉗的中段與后端部分是兩個(gè)獨(dú)立的部分，它們之間通過精準(zhǔn)的插接和滑動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)了靈活的運(yùn)動(dòng)。這種設(shè)計(jì)使得鷹嘴鉗組件在使用過程中能夠更加穩(wěn)定、可靠地夾緊油桶，為提升操作提供了強(qiáng)大的支持和保障。鷹嘴鉗組件與下文中移動(dòng)平臺(tái)車身示意圖如圖2所示。

3）腳踏式油缸組件。由于市場(chǎng)上的腳踏式油缸的高度控制部分為旋鈕，所以本設(shè)計(jì)方案中腳踏式油缸包括缸主體、腳踩件和高度控制桿，高度控制桿為一根長(zhǎng)桿，高度控制桿設(shè)置在缸主體的中部，高度控制桿能夠控制活塞桿落下；其中腳踩件上還設(shè)有腳踏壓板。

在這一設(shè)計(jì)方案中，腳踏式油缸由缸主體、腳踩件和高度控制桿3部分組成，各部分緊密配合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油桶提升的精準(zhǔn)控制。高度控制桿是這一裝置的關(guān)鍵組成部分，它是一根長(zhǎng)桿，巧妙地設(shè)置在缸主體的中部。通過這根長(zhǎng)桿，操作者可以輕松地控制活塞桿的向下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油桶提升高度的精確控制。在腳踩件上，增設(shè)了腳踏壓板，這一設(shè)計(jì)考慮到了使用者的舒適性和操作便利性。腳踏壓板的設(shè)置使得操作者可以更加穩(wěn)固地通過腳踩件使提升裝置上升，操作更加輕松?？傮w而言，這一設(shè)計(jì)方案充分考慮了市場(chǎng)上腳踏式油缸的常見設(shè)計(jì)，同時(shí)又通過高度控制桿等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提升了裝置的操作性能和使用體驗(yàn)。

2.2.3 移動(dòng)平臺(tái)

移動(dòng)平臺(tái)包括車身和車輪，車身用于承載主要設(shè)備零器件，下端面設(shè)置萬(wàn)向輪。車身的前端部分設(shè)有半圓形的缺口，缺口的尺寸與油桶的尺寸相適配，同時(shí)缺口上設(shè)有用于支撐油桶的油桶支撐板，油桶支撐板與車身活動(dòng)連接，能夠在缺口上伸縮，油桶支撐板設(shè)在車身內(nèi)，車身內(nèi)有導(dǎo)槽，油桶支撐板可以在導(dǎo)槽內(nèi)前后活動(dòng)；同時(shí)，油桶支撐板上設(shè)有推拉桿，便于工作人員使用油桶支撐板；車身上還設(shè)置有收納箱體整個(gè)為倒“U”型設(shè)置，收納箱體的中下部位留有余空，方便操作腳踏式油缸，同時(shí)氣動(dòng)隔膜泵也可以設(shè)置在收納箱體上，收納箱體兩側(cè)有活動(dòng)門，可收納甘油軟管以及相關(guān)工具；車身上還設(shè)有推把，用于推動(dòng)整個(gè)移動(dòng)平臺(tái)，此外推把還可以設(shè)在車身的設(shè)備上，如收納箱體。油桶支撐板如圖3所示。

2.3 工作流程

第一步是裝載甘油桶過程：施加裝置徑直推向甘油桶，使其進(jìn)入裝置的缺口。當(dāng)甘油桶進(jìn)入缺口時(shí)，油桶支撐板被頂向后移。操作人員踩腳踏壓板，使鷹嘴鉗組件夾住甘油桶。上咬鉗夾住甘油桶頂部?jī)?nèi)邊側(cè)，下咬鉗頂住甘油桶頂部外邊側(cè)，在桶叉共同作用下油桶被豎直抬起。當(dāng)油桶高于油桶支撐板時(shí)，操作人員推動(dòng)油桶支撐板至前方限位。使用高度控制桿卸掉油缸油壓，油桶緩慢落至油桶支撐板上，鷹嘴鉗組件保持咬合，固定油桶位置。

第二步是施加過程：推動(dòng)施加裝置至成型設(shè)備甘油箱旁，與氣動(dòng)隔膜泵連接的氣動(dòng)泵輸出管接入甘油箱，氣動(dòng)泵輸入管接入甘油桶。在氣源開關(guān)為關(guān)閉狀態(tài)下接入壓縮空氣，而后利用氣源開關(guān)控制氣動(dòng)隔膜泵啟停狀態(tài)與速率，進(jìn)而完成甘油的施加。顯然，上述實(shí)施過程僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化或變動(dòng)。

3 效果應(yīng)用

3.1 生產(chǎn)效率提升

通過本裝置的應(yīng)用，觀察到甘油更換時(shí)間大幅縮短。在過去的生產(chǎn)流程中，每次甘油更換通常需要耗時(shí)30 min，而使用本裝置后，更換時(shí)間僅需10 min左右，大大提高了生產(chǎn)效率。

3.2 人工勞動(dòng)強(qiáng)度降低

裝置的使用減少了操作人員的體力勞動(dòng)，特別是減少了人工提起油桶或進(jìn)行分裝操作的情況。操作人員只需將油桶放置到裝置上，并啟動(dòng)裝置進(jìn)行甘油供給，無需過多的體力勞動(dòng)，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.3 操作流程簡(jiǎn)化

裝置的操作流程簡(jiǎn)單明了。操作人員只需按照指示將油桶放置到裝置上，使用時(shí)將裝有油桶的裝置運(yùn)至設(shè)備邊并啟動(dòng)裝置進(jìn)行甘油供給，無需復(fù)雜的操作步驟和操作技能，大大降低了操作失誤的可能性，提高了操作的便捷性和準(zhǔn)確性。

3.4 成本效益分析

通過進(jìn)行裝置的成本效益分析，發(fā)現(xiàn)裝置的投資將會(huì)很快回報(bào)。裝置的使用節(jié)省了大量的人工成本，并提高了生產(chǎn)效率，從而降低了生產(chǎn)成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

通過以上觀察和分析，可以確認(rèn)本文設(shè)計(jì)的裝置在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，大幅提升了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，并改善了生產(chǎn)線的運(yùn)行效率和連續(xù)性。期待進(jìn)一步的應(yīng)用推廣和技術(shù)改進(jìn)，以進(jìn)一步提升裝置的應(yīng)用效果和市場(chǎng)價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究致力于提升濾棒成型機(jī)甘油施加及換牌效率的裝置設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)一個(gè)集鷹嘴油桶搬運(yùn)、收納箱、氣動(dòng)泵為一體的小車，將工藝流程簡(jiǎn)化，提高了甘油供給設(shè)備的效率。在實(shí)際應(yīng)用中，觀察到該裝置大幅縮短了甘油更換時(shí)間、降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，并簡(jiǎn)化了操作流程，取得了良好的應(yīng)用效果。

本研究的主要成果：①設(shè)計(jì)了一個(gè)集多種功能于一體的裝置，旨在解決傳統(tǒng)甘油施加及換牌過程中的繁瑣和低效問題。②通過模擬和理論推演，預(yù)測(cè)了裝置在實(shí)際應(yīng)用中可能達(dá)到的效果，并進(jìn)行了成本效益分析。③制作了實(shí)物原型，并在實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)景中進(jìn)行了測(cè)試和應(yīng)用，驗(yàn)證了裝置的實(shí)際效果和價(jià)值。

雖然本研究取得了一定的成果，但仍然存在一些局限性和待改進(jìn)之處。未來的研究方向：①進(jìn)一步優(yōu)化裝置的設(shè)計(jì)和性能，提高其穩(wěn)定性和可靠性。②深入研究裝置在不同生產(chǎn)場(chǎng)景下的適用性和靈活性，并探索其在其他行業(yè)的應(yīng)用潛力。③結(jié)合智能化技術(shù)，進(jìn)一步提升裝置的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)更高水平的生產(chǎn)智能化和自動(dòng)化。

綜上所述，我們相信本研究的成果將為相關(guān)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供有價(jià)值的參考和啟示，為提升甘油施加及換牌效率提供了一種新的解決方案和思路。

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