滤棒成型机甘油补给效率提升装置的设计与应用

摘 要：该研究旨在设计一种简单易用、快速上手的装置，以提升滤棒成型机甘油补给效率。针对传统生产过程中甘油补给操作繁琐的问题，设计一种简便实用的装置。该装置采用机械化结构和简易控制设计，使操作更加方便快捷。通过简化甘油补给的步骤，有效提高生产效率。实验结果表明，该装置在保证生产质量的前提下，显著降低操作难度，适合于生产工人迅速上手操作。该研究提出的装置设计不仅在提高生产效率方面具有显著优势，同时也考虑制作简单、易操作等实际需求，为滤棒成型机的甘油补给过程改进提供更贴合于生产现场的可行的解决方案。

关键词：滤棒成型机；甘油补给；精益生产；装置设计；应用效果

中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：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

烟草行业目前所使用的纤维滤棒成型设备主要是由一台纤维开松上胶机和一台纤维滤棒成型机组成的，为了使生产的滤棒硬度达到工艺设计要求，必须在生产过程中补给适量的增塑剂，简称为纤维上胶。其中所用的增塑剂（醋酸甘油酯）在生产过程中，一般不能满足高速运转时一个班次的生产所需，需要给予及时补给保证生产的顺利运行。

由于生产场地、设备老旧等多方面因素，导致部分烟草企业仍采用人工进行甘油补给，故而传统的滤棒成型机在甘油补给操作上存在一些挑战，包括甘油补给工序复杂、效率低下等问题。这些问题不仅影响了生产效率，也增加了生产成本，因此迫切需要一种简单实用、高效的装置来改进这一人工甘油补给生产过程。

本文将首先介绍传统滤棒成型机甘油补给操作过程存在的问题，然后阐述设计的装置的原理和结构，最后通过对比实验结果来验证其在提高生产效率方面的有效性。本研究的成果将为烟草制造行业提供一种创新的解决方案，为提升生产效率和降低生产成本作出重要贡献。

1 问题分析

1.1 存在问题

就目前烟草企业生产模式而言，由于滤棒成型设备在多台设备同时运转进行生产任务时，不同的生产速度等因素对应甘油消耗速度不同，经常需要不定时进行生产原料甘油的补给。然而，年代久的设备智能化程度有限，尤其是在现有生产场地条件下，无法架设管道或储油罐等大型智能补给设备，进一步限制了补给过程的便捷性和效率。所以仍采用传统的人工补给过程，这将存在诸多不便，主要表现为费时费力、效率低下、操作复杂等问题。通常情况下，操作人员需要从采购的4桶200 L甘油一板运输包装的条件下手动进行分装至小桶，再将分装好的甘油运输至机台手动添加。分装时不仅耗时耗力，还增加了生产资料消耗和操作难度。生产过程中如果无法进行高效率补给，将会造成更多生产资料以及人力物力的浪费，也增加了时间成本，影响了生产效率和连续性。

1.2 原因分析

1.2.1 生产场地受限

生产场地受限，主要表现在无法安装智能化供油设备，这是导致甘油更换效率受影响的主要原因之一。这种限制主要源自现有生产场地的空间狭窄以及老旧设备的安装条件有限。由于生产场地空间的局限性，很难为现有设备进行改造或安装新的大型智能化供油设备。因此，甘油补给过程无法实现自动化和智能化，而只能依赖手动操作，这不仅增加了补给过程的复杂性，还导致了额外的人力和时间成本。

1.2.2 工具效率低下

在分装过程中，使用的工具主要包括手摇泵和电机泵。然而，传统的分装工具效率不高，这是导致甘油补给效率降低的重要原因之一。尽管电机泵相对于手摇泵能够提高分装效率，但在某些情况下，仍然存在着一些问题，例如安装不便或维护成本高等。比如，在生产场地受限的情况下，安装电机泵可能会受到空间限制及电路安全风险，而维护电机泵所需的成本和人力也可能会增加生产成本。因此，尽管电机泵能够提高分装效率，但仍然存在一些实际应用上的障碍，导致工具效率无法完全满足生产过程的快速需求，从而影响了甘油补给效率的提升。

1.2.3 工作流程繁杂

在传统的甘油更换过程中，需要将甘油从大桶分装到小桶，然后再将小桶运送到设备旁进行施加。整个工作流程繁杂，将小桶运送到设备旁后，仍需人工抬起进行倾倒施加。这一繁琐的操作流程增加了操作的复杂性和耗时，特别是人工抬起小桶进行倾倒施加的步骤，不仅费时费力，还容易导致操作失误，进一步降低了甘油补给效率。

2 解决方案

2.1 方案设计

为了改善上述现有技术中甘油施加效率低下的现象，本技术方案提出了一种提升滤棒成型设备甘油施加效率的装置，通过设计一个集鹰嘴油桶搬运、收纳箱、气动泵为一体的小车，在场地有限的条件下充分利用现场资源提升甘油补给效率。设计方案如图1所示。

2.2 关键组件

2.2.1 气动隔膜泵

气动隔膜泵作为一种高效、便捷的输送设备，在甘油传输过程中发挥着至关重要的作用。其结构主要包括泵主体、气动泵输入口、气动泵输出口和气源开关等关键部件。气动泵气源输入口与压缩气管相连接，确保了外部压缩空气能够有效输入到泵内。而气动泵输入管的设计则使其能够方便地插入油桶内，实现对甘油的快速吸取。气动泵输出口与气动泵输出管相连接，这一设计确保了从泵中输送的甘油能够顺畅地流入设备的甘油箱内，从而实现了有效的输送过程。气源开关位于控制泵主体连接压缩空气的接气管入口端，其作用在于控制气动隔膜泵的启停状态和输送速率，使操作更加便捷和灵活。通过外接压缩空气，气动隔膜泵能够快速而高效地抽吸油桶内的甘油，并将其输送至设备的甘油箱内。这一过程充分利用现有生产场地资源，既省时省力，又大大提高了甘油的施加效率，为工业生产提供了可靠的支持。

2.2.2 油桶提升装置

油桶提升装置是一种机械系统，它的核心构成包括脚踏式油缸、鹰嘴钳组件以及平衡组件。这一装置旨在有效地提升和操纵油桶，确保在各种工作场景下的安全和便利性。鹰嘴钳组件是这一系统的关键部分，其设计精巧，能够紧紧咬住油桶，确保其稳固地固定在提升以及运输过程中。而脚踏式油缸则承担着提升油桶的责任，通过其巧妙设计的活塞杆，有效地传递动力，使油桶轻松地被控制到需要的高度。为了确保提升过程的平稳进行，平衡组件的作用不可忽视。其旨在使油桶在提升过程中保持竖直姿态，防止因不稳定而引发的意外情况发生。特别指出的是，脚踏式油缸被固定设置在车身上，这一设计考虑了使用者的操作便利性和安全性，确保了装置的稳固性和可靠性。而鹰嘴钳组件则设置在脚踏式油缸的活塞杆顶部，充分利用了空间，并保证了装置的紧凑性和高效性。

1）平衡组件。平衡组件包括滑管和与滑管相适配的滑板，滑板能够在滑管内上下滑动，滑管与脚踏式油缸平行地设置在移动平台上，滑管的侧壁开设有开口，滑板上设有穿过开口的桶叉。其中，滑管的轴向上设有通透的滑槽，滑管竖直地设置在车身上，即滑管与脚踏式油缸平行，使滑管的一端与车身固定连接，滑管的另一端插入滑板，滑板能够在滑槽中上下滑动，滑管的侧壁开有开口，开口与滑槽的侧壁连通，开口贯通滑管上端部分，滑板上设有桶叉，桶叉穿过开口与滑板固定连接，桶叉为与油桶相适配的圆弧形。通过桶叉撑住油桶的下端，使油桶保持竖直姿态，更加方便提升油桶。

2）鹰嘴钳组件。鹰嘴钳组件是油桶提升装置的组成部分之一，其结构复杂而巧妙。该组件由上咬钳和下咬钳组成，其设计旨在紧紧夹住油桶，确保其在提升过程中保持牢固。滑板作为鹰嘴钳组件的关键支撑部件，其顶部设计了向内凹陷的凹口，以容纳下咬钳。下咬钳巧妙地设置在凹口内，为稳固固定提供了坚实基础。而上咬钳的中段与滑板转动连接，其设计更为复杂。上咬钳的后端与脚踏式油缸的活塞杆转动连接，形成了一个关键的动力传递枢纽。值得强调的是，上咬钳的中段与后端部分是两个独立的部分，它们之间通过精准的插接和滑动连接，实现了灵活的运动。这种设计使得鹰嘴钳组件在使用过程中能够更加稳定、可靠地夹紧油桶，为提升操作提供了强大的支持和保障。鹰嘴钳组件与下文中移动平台车身示意图如图2所示。

3）脚踏式油缸组件。由于市场上的脚踏式油缸的高度控制部分为旋钮，所以本设计方案中脚踏式油缸包括缸主体、脚踩件和高度控制杆，高度控制杆为一根长杆，高度控制杆设置在缸主体的中部，高度控制杆能够控制活塞杆落下；其中脚踩件上还设有脚踏压板。

在这一设计方案中，脚踏式油缸由缸主体、脚踩件和高度控制杆3部分组成，各部分紧密配合，实现了对油桶提升的精准控制。高度控制杆是这一装置的关键组成部分，它是一根长杆，巧妙地设置在缸主体的中部。通过这根长杆，操作者可以轻松地控制活塞杆的向下移动，从而实现对油桶提升高度的精确控制。在脚踩件上，增设了脚踏压板，这一设计考虑到了使用者的舒适性和操作便利性。脚踏压板的设置使得操作者可以更加稳固地通过脚踩件使提升装置上升，操作更加轻松。总体而言，这一设计方案充分考虑了市场上脚踏式油缸的常见设计，同时又通过高度控制杆等创新设计，提升了装置的操作性能和使用体验。

2.2.3 移动平台

移动平台包括车身和车轮，车身用于承载主要设备零器件，下端面设置万向轮。车身的前端部分设有半圆形的缺口，缺口的尺寸与油桶的尺寸相适配，同时缺口上设有用于支撑油桶的油桶支撑板，油桶支撑板与车身活动连接，能够在缺口上伸缩，油桶支撑板设在车身内，车身内有导槽，油桶支撑板可以在导槽内前后活动；同时，油桶支撑板上设有推拉杆，便于工作人员使用油桶支撑板；车身上还设置有收纳箱体整个为倒“U”型设置，收纳箱体的中下部位留有余空，方便操作脚踏式油缸，同时气动隔膜泵也可以设置在收纳箱体上，收纳箱体两侧有活动门，可收纳甘油软管以及相关工具；车身上还设有推把，用于推动整个移动平台，此外推把还可以设在车身的设备上，如收纳箱体。油桶支撑板如图3所示。

2.3 工作流程

第一步是装载甘油桶过程：施加装置径直推向甘油桶，使其进入装置的缺口。当甘油桶进入缺口时，油桶支撑板被顶向后移。操作人员踩脚踏压板，使鹰嘴钳组件夹住甘油桶。上咬钳夹住甘油桶顶部内边侧，下咬钳顶住甘油桶顶部外边侧，在桶叉共同作用下油桶被竖直抬起。当油桶高于油桶支撑板时，操作人员推动油桶支撑板至前方限位。使用高度控制杆卸掉油缸油压，油桶缓慢落至油桶支撑板上，鹰嘴钳组件保持咬合，固定油桶位置。

第二步是施加过程：推动施加装置至成型设备甘油箱旁，与气动隔膜泵连接的气动泵输出管接入甘油箱，气动泵输入管接入甘油桶。在气源开关为关闭状态下接入压缩空气，而后利用气源开关控制气动隔膜泵启停状态与速率，进而完成甘油的施加。显然，上述实施过程仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。

3 效果应用

3.1 生产效率提升

通过本装置的应用，观察到甘油更换时间大幅缩短。在过去的生产流程中，每次甘油更换通常需要耗时30 min，而使用本装置后，更换时间仅需10 min左右，大大提高了生产效率。

3.2 人工劳动强度降低

装置的使用减少了操作人员的体力劳动，特别是减少了人工提起油桶或进行分装操作的情况。操作人员只需将油桶放置到装置上，并启动装置进行甘油供给，无需过多的体力劳动，降低了人工劳动强度。

3.3 操作流程简化

装置的操作流程简单明了。操作人员只需按照指示将油桶放置到装置上，使用时将装有油桶的装置运至设备边并启动装置进行甘油供给，无需复杂的操作步骤和操作技能，大大降低了操作失误的可能性，提高了操作的便捷性和准确性。

3.4 成本效益分析

通过进行装置的成本效益分析，发现装置的投资将会很快回报。装置的使用节省了大量的人工成本，并提高了生产效率，从而降低了生产成本，具有较高的经济效益。

通过以上观察和分析，可以确认本文设计的装置在实际应用中取得了良好的效果，大幅提升了生产效率，降低了生产成本，并改善了生产线的运行效率和连续性。期待进一步的应用推广和技术改进，以进一步提升装置的应用效果和市场价值。

4 结束语

本研究致力于提升滤棒成型机甘油施加及换牌效率的装置设计，通过设计一个集鹰嘴油桶搬运、收纳箱、气动泵为一体的小车，将工艺流程简化，提高了甘油供给设备的效率。在实际应用中，观察到该装置大幅缩短了甘油更换时间、降低了人工劳动强度，并简化了操作流程，取得了良好的应用效果。

本研究的主要成果：①设计了一个集多种功能于一体的装置，旨在解决传统甘油施加及换牌过程中的繁琐和低效问题。②通过模拟和理论推演，预测了装置在实际应用中可能达到的效果，并进行了成本效益分析。③制作了实物原型，并在实际生产场景中进行了测试和应用，验证了装置的实际效果和价值。

虽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进之处。未来的研究方向：①进一步优化装置的设计和性能，提高其稳定性和可靠性。②深入研究装置在不同生产场景下的适用性和灵活性，并探索其在其他行业的应用潜力。③结合智能化技术，进一步提升装置的自动化程度，实现更高水平的生产智能化和自动化。

综上所述，我们相信本研究的成果将为相关领域的研究和实践提供有价值的参考和启示，为提升甘油施加及换牌效率提供了一种新的解决方案和思路。

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