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烟丝自动化箱式储存系统概述

2021年08月18日 东莞机械设备网

烟丝自动化箱式储存系统概述

■ 青岛卷烟厂 董志刚 王京林 王梅训 卢彦华

■ 昆船物流信息有限公司 姜荣奇

烟丝箱式储存在国际烟草行业的应用已有悠久的历史。人工作业的烟丝箱式储存是卷烟厂传统的烟丝储存方式。自动化的储丝柜发明以后,很快替代了原始落后的人工作业的烟丝箱式储存,而与现代物流自动化技术结合的烟丝箱式储存却表现出令人注目的发展潜力。目前,烟丝自动化箱式储存与储丝柜在国外都有广泛的应用,但在国内,自动化箱式储存除部分功能用于膨胀烟丝装箱运输外,未见系统应用于加香后、卷制前的成品烟丝自动化箱式储存,仅在个别卷烟厂用半机械化作业的方式小规模使用,作为柜式储丝的补充。本文就烟丝自动化箱式储存技术做初步探讨。

一、 烟丝自动化箱式储存系统介绍

按照典型的应用案例,烟丝自动化箱式储存系统主要包括烟丝装箱系统设备、入库输送设备、立体库储存设备、出库分配输送系统设备、翻箱喂料设备等以及与之配套的检测、电控、计算机管理等子系统。

箱式储存,特别是自动化箱式储存,以前在我国不被采用,因为物流自动化水平达不到,如果大部分环节需人工作业,劳动强度将很大,不适合大规模生产。近10年来,我国物流整体水平大幅度提高,特别是烟草行业的物流自动化在短短几年里得到了快速发展,市场的繁荣吸引了众多的国内外物流厂商进入这一领域。物流厂商的积极参与和竞争反过来又降低了物流设备的价格,促进了物流自动化在我国烟草行业的推广应用,烟叶原料立体库、卷包辅料立体库、成品立体库等自动化物流系统在卷烟厂技术改造中被广泛采用。我国烟草行业物流自动化水平的提高使烟丝自动化箱式储存在国内应用的条件逐渐成熟。

二、 烟丝箱式储存与柜式储存的比较

这两种烟丝储存方式在国际烟草行业共同存在,各有优缺点,各有适用条件。烟丝箱式储存与传统柜式储存相比具有以下优点:

1. 提高了卷包安排生产的灵活性。避免了储丝柜组与风力喂丝机之间输送机形式的“一对一”刚性连接,实现灵活多变的烟丝供应。

2. 提高了储存能力的有效利用率。打破储丝柜以组为单位的工作模式,该模式导致经常发生需入柜烟丝牌号与储丝柜分组矛盾,造成储丝柜储存能力有效利用率下降。而储丝箱的随机存放原则和通用性提高了烟丝储存空间的利用率,打破了储丝柜以柜为最小单位的使用模式。通常,柜的容量在5000~8000千克/柜,一个柜无论大小,必须整个空出来,下一批次的烟丝才能入柜;而箱式储存以约150~200千克/箱为单位,空出的箱即可用于下一个批次烟丝的装箱,因此整体储存容量的利用率高。

3. 缓解了大批量制丝生产与小批量订单、多规格牌号卷烟之间的矛盾。为了稳定制丝质量,控制每批烟丝中头、尾部分质量不稳定烟丝占该批烟丝总量的比例,每批烟丝量不宜太小;而为了控制和减少成品库存量,降低库存成本,小规格牌号又不宜一次生产太多。该矛盾将导致一批小规格牌号烟丝占用储柜时间很长,导致储柜的有效利用率降低。大部分卷烟厂大规格牌号仅有一个到几个,小规格牌号的数量远大于大规格牌号。因此,虽然储柜数量比较多,但有效利用率不高。在“十五”技术改造过程中,随着制丝生产线流量越来越大,每份的量越来越大,柜的容量也越来越大,有些储丝柜容量达到10000千克/柜。大批量制丝生产与小批量订单、多规格牌号卷烟之间的矛盾越来越突出,而箱式储存以约150~200千克/箱为单位,空出的箱即可用于下一个批次烟丝的装箱,剩余烟丝只占用部分烟丝箱,因此较好地缓解了这一矛盾。

4. 适应烟丝储存量要求日益增加的需要。根据实践经验和交流资料,增加烟丝储存时间可以降低空头烟支比例和单箱卷烟烟丝耗量。因此,某些卷烟厂增大了烟丝储存能力,在这种大储存量的使用需求情况下,箱式储存的优势逐渐显现。

5. 缩短风力送丝的距离,减少风力送丝造成的烟丝造碎。随着小型卷烟企业的并、转、关停,卷烟生产集中程度提高,单体厂房的设计生产规模扩大,导致卷包厂房面积增大,送丝系统的供应跨度和范围扩大,风力送丝距离增加,烟丝风送造碎增加。采用箱式储存方式可以方便地扩大烟丝箱的运输范围,以代替和缩短风力输送的距离,减少烟丝风送造碎。

6. 实现数字化管理。通过烟丝箱式储存自动化物流系统,向原料、辅料、成品自动化物流系统和生产调度等系统实时、准确地提供各在产牌号烟丝库存量,提高生产过程物流管理的细度和准确度,生产调度系统和其他自动化物流系统可方便地计算调整原、辅料供应和成品库存预测排产管理。通过烟丝箱式储存自动化物流系统,提高资金流的实时性和准确性,提高生产成本核算的实时性和有效性。

但是,烟丝箱式储存与传统柜式储存相比也存在以下缺点:

1. 技术复杂程度比储丝柜系统高,对使用者的技术水平要求高。

2. 目前,因在国内使用规模小,没有形成配套能力,所以非标设备比较多,投资可能比储丝柜系统大。随着社会大物流的发展和烟草行业的箱式储存的发展(如烟丝、膨胀烟丝、烟梗等箱式储存),箱式自动化储存系统投资有下降的空间。

3. 储存环境的温湿度平衡技术要求比储丝柜方式难度大:因为经济性考虑,立体库烟丝储存高度大于柜式储存高度,空气自然对流对烟丝储存空间温湿度一致性有不利影响。

4. “瓶颈”部位比储丝柜方式多,一旦“瓶颈”部位出现故障,影响范围比储丝柜方式大。

5. 因为缺少烟丝造碎的有效对比测试数据,故不能与传统储丝柜方式进行定量比较。

三、 大流量烟丝装箱——烟丝箱式储存的主要技术

烟丝箱式储存系统主要由卷烟行业专用部分和通用物流两大部分组成。其中,通用物流部分因具有广泛的应用和很长的发展历史,技术已经非常成熟,不存在技术难点。比较而言,卷烟行业专用部分因所处理的物料——烟丝的属性对设备的特殊要求而带来一定的难度,该部分主要涉及烟丝装箱、翻箱等环节。根据各厂设计参数的不同,难点会转移到参数要求比较高的环节。从目前国际上烟丝箱式储存系统的应用情况看,大流量的烟丝装箱是该系统的关键技术,下面就该问题进行初步探讨。

基于规模化生产的考虑,在此探讨的装箱方式中,保证来料烟丝在批次内是连续的,以稳定制丝质量。目前,国际上烟丝装箱的形式主要分为多箱铺料装箱和单箱多工位循环装箱两大类,而单箱多工位循环装箱又分为振动法、压实法和自然沉降法三种形式。下面分别介绍两大类共四种装箱形式。

多箱铺料装箱:多个烟丝箱排成“一排”,铺料车在“一排”烟丝箱的行程范围内往复铺料装箱。

该装箱形式的优点:

1. 具有烟丝混合功能,可以在一排箱的范围内均匀烟丝种类、水分、香料等。因此,加香后的混丝柜并不是必须的,可以在加香后直接装箱;

2. 装箱的持续时间相对较长,烟丝有一定自然沉降时间,对提高装箱烟丝密度和烟丝箱的空间利用率有利;

3. 因为采用自然沉降法提高箱内烟丝密度,可以避免振动或压实法导致的烟丝造碎。

该装箱形式的缺点:

1. 设备较庞大,占地面积也较大;

2. “一排”箱中各箱装烟丝高度控制难度大,根据水桶原理,若控制不好,造成各箱高度差别太大,并导致整体烟丝箱的容积利用率下降;

3. 假设“一排”烟丝箱的个数为N,一个批次的烟丝很难恰好装满N的整数倍个烟丝箱,批次结束时的尾料在1~N个箱之间变化,设备的控制实现起来较复杂。

单箱多工位循环装箱:来料烟丝装满一个箱后,通过往复铺料皮带输送机切换到另外装箱工位继续装箱。为了提高料位均匀性、加速烟丝沉降密实,通常采用振动法、压实法和自然沉降法三种形式。与多箱铺料装箱形式相比,单箱多工位循环装箱的优缺点如下:

优点:

1. 设备数量少、占地面积相对多箱铺料装箱形式较小;

2. 批次内尾料处理易于实现;

3. 采取振动和压实法的装箱形式,可以达到很高的容积利用率,压实法烟丝密度可达到长时间自然沉降后的烟丝密度。

缺点:

1. 不具备烟丝混合功能,需在加香后、装箱前设置混丝柜,否则干头干尾会集中在几个烟丝箱中,烟丝均匀性难以保证;

2. 装箱的持续时间较短,或者为提高烟丝密度和箱的容积利用率而采取振动、压实的补救办法(如振动法、压实法),或者牺牲箱体容积的利用率(如自然沉降法);

3、在加香后、装箱前设置的混丝柜虽然可实现烟丝在批次的范围内混合,混合的效果好于多箱铺料装箱形式,但增加入、出柜和振动或压实工序将导致烟丝造碎,出柜松散是整个系统中主要的造碎环节。

四、 烟丝装箱测试

为验证不同装箱方式下烟丝密度变化情况,分别模拟多箱铺料装箱、自然沉降法单箱多工位循环装箱两种形式分别进行了烟丝装箱实测。鉴于振动法装箱的振动频率、振幅和压实法装箱的压力、行程可以方便地实现控制和调节以及测试条件的限制,所以没有对振动法和压实法装箱进行实测。

因为烟丝密度随牌号不同差别较大,而烟丝装箱的目的是提高箱的容积利用率,所以选择对烟丝装箱具有普遍和直接指导意义的装满箱后烟丝沉降深度随时间变化的关系作为测试的主要参数。

根据测试结果分析发现:所模拟的两种装箱方式在自然沉降过程中,沉降深度与沉降时间呈高度显著的对数曲线关系,沉降深度随时间的增加而增加。但沉降速度随时间增加逐渐降低,并且装箱时间短者,装箱后的沉降速度大。在规划设计采用自然沉降法的装箱方案时,应根据来料流量和烟丝沉降规律,选择铺料装箱形式中“一排”所包

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