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摘要：本文通过借鉴直流电机驱动与越障能力、差速器驱动桥等创新点设计出一款新型片烟运送装置，并采用类比法、数据分析以及博图、eplan软件等相关工具，对该装置实际运行效果与对片烟运送作业效率的影响进行研究论证，旨在通过创新研究与数据分析精准快速寻找并解决目前片烟运送效率偏低的痛点，有效提升片烟的运送效率。

关键词：片烟运送装置；受限空间；双轮组合携程通行；自动控制；运送作业效率

Abstract：This article designs a new cigarette transport device by drawing on innovations such as DC motor drive， obstacle-crossing capabilities， and differential drive axles. It also uses analogies， data analysis， and related tools such as Botto and eplan software to conduct practical research on the device. The operational effects and impact on the efficiency of cigarette delivery operations are studied and demonstrated， aiming to accurately and quickly find and solve the current pain points of low cigarette delivery efficiency through innovative research and data analysis， and effectively improve the delivery efficiency of cigarettes.

Key words：Cigarette flake transportation device; restricted space;Two-wheel combination Ctrip pass; automatic control; transportation operation efficiency

0 引言

烟草行业片烟一般是存放于醇化储存仓库内，在一定的温湿度条件下，储存一定时间，等片烟自然醇化后供生产使用【7-8】。常见的存放片烟的醇化储仓库为多层建筑，仓库内设置5T载货电梯用于转运片烟并送入到不同楼层或从不同楼层送出，电梯轿厢内一次可放置两垛且每垛堆高三层*2件，共计12件的片烟箱。通常是采用抱车或液压车两种传统运送装置方式，单次夹抱或托起两件并排、堆高三层合计6件的片叶箱进入电梯轿厢靠近内侧摆放后，退出轿厢，再次夹抱或托起6件的片烟箱靠外侧平行摆放，由电梯运送至储存的相关楼层，然后同样使用液压抱车分两次夹抱片烟箱驶出轿厢。

1 现状分析

1.1 行业内现状研究

首先烟草行业多采用的是抱车或液压车两种传统运送装置方式装载片烟箱出入电梯。一是人工操作液压车将对6件片烟进行运送，此作业效率较低和劳动强度较大。二是抱车单次夹抱6件片烟直接送进（出）电梯，此作业方式速度较快，不会直接影响效率，也是目前行业内普遍使用的作业方式，但为保持安全运送，确保在运送过程中，片烟箱不至于与地面摩擦，液压抱车一次夹抱6件的片烟后还需将它抬升一定高度才能行驶，因抱车臂加上片烟箱的长度约1500mm，这个抬升高度至少需在150 mm以上，加上6件片烟的高度至少为2160mm，抱车夹抱6件片烟后的行驶高度至少在2310mm以上，而轿厢的净高度为2380 mm[1]，只剩下不到70mm的剩余空间，给抱车载货进（出）电梯作业带来了较大的困难与安全隐患，为了保证设施及人员的安全，包括笔者所在的不少企业，都出台了相关制度或要求，禁止抱车入梯作业。如此，电梯单次载货量从12件/批次下降为8件/批次，导致作业效率大幅度下降。

其次行业外各种规格和形状的运送车非常多，功能也较为齐全，运送的重量也都能满足要求，但其车身装载面离地面的总高度至少需280mm以上，再加上三层片烟高度为2160mm，总高度至少在2440mm以上，超出了电梯2380mm的净高度尺寸，且同时还要满足平稳跨越轿厢地板与出口轿厢门洞地面产生的10～30mm电梯平层高度差[1]，更是无法满足要求。

为解决运送的作业效率和电梯运行安全性的矛盾问题，实现作业效率的提升、保障电梯运行过程的安全。通过创新设计出一款远程控制，实现将片烟安全运送出入空间受限电梯且能顺利跨越电梯平层高度差的运送装置是极有必要的，对提升片烟运送作业效率具有重要的现实意义[6]。

1.2 研究方法

本文通过借鉴直流电机驱动与越障能力、差速器驱动桥等创新点设计出一款新型片烟运送装置，并采用类比法、数据分析以及博图软件等相关工具，对该装置实际运行效果与对片烟运送作业效率的影响进行研究论证，旨在通过创新研究与数据分析精准快速寻找并解决目前片烟运送效率偏低的痛点，有效提升片烟运送效率。

2 创新设计的关键点

鉴于以上存在的不足，本文提出通过创新设计一种代替抱车或其它运送小车出、入电梯轿厢内的运送装置及作业方式，满足运送12件/批次片烟，而且不需抱车进入电梯轿厢，在保证作业效率的同时解决由于视线遮挡，抱车行驶进入轿厢发生撞击、损坏电梯轿厢的问题；以及常规液压车等装置的车轮难以轮跨越电梯门洞处的平层高度差，导致在出电梯轿厢时易产生安全隐患等诸多问题。因此，本文的核心论点为创新设计一种满足在高度受限电梯空间内且能跨越电梯平层高度差的电梯内使用的新型运送装置，达到进一步能降低作业时间、提高作业效率、保证作业安全、运行稳定的效果，最终实现提升片烟运送效率的目的。

3 提出创新设计方案

根据创新设计的两个关键点的基础上，我们还进一步借鉴了有关的技术和实际效果，通过借鉴差速器原理，创新设计符合电梯内运行的机体结构；借鉴电动叉车、自动卷线器原理，创新设计运载动力、自动缆线收放结构；借鉴AGV小车原理，创新设计智能运行系统等。通过以上借鉴案例的启发，设计出一套主要由运载机构、动力系统、操控系统等等三个单元组成的自动运送装置的结构设计图（如下），运送装置的采用“L”形结构，装置的后端为运送装置的驱动结构、电控箱体等，前端为片烟的承载部分[6]，具体方案为：

3.1运载机构主要由矩型钢管、面板、花纹板等作为机架的主要材料；以前置前驱为运载机构的主要驱动方式；采用从动轮组和爬坡辅助轮组的双轮携程的通行结构，利用前、后车轮直径差别形成台阶分级抬升，降低跨越台阶的高度的困难，以解决单从动轮组难以跨越电梯平层高度差的问题[3]。

3.2 动力系统主要取用轿厢220V交流电源，逆变成60V的直流电源，为驱动直流电机和等其它电控器件提供电力供应[2]；通过缆线迂回弹链收放组件，决运送装置行驶出、入电梯轿厢供源缆线的自动拖出架设与回收架设难题。

3.3 操控系统主要通过PLC编程控制器的程序编制控制运送装置的运行条件要求与步骤，采用设置PLC编程控制器，通过红外测距传感器【2-4】传感信号、遥控接收器遥控信号及程序编制，实现运送装置按照编制程序自动启动、停止及行驶方向运行。解决运送装置运行过程中的自动导航、自动检测、自动识别、自动驻车、遥感掌控和安全联控等要求。

4 实施与验证

随即围绕以上的具体设计方案，详细进行了“片烟运送装置”总体实施的相关过程和对相关技术参数的再行验证。（注明：因“片烟运送装置”总体实施过程中涉及的步骤及再行验证的内容较多，下面仅以更具代表性和关键性的双轮组合携程通行的结构分析与实施来进行论述。）

4.1 双轮组合携程通行结构分析与实施

4.1.1 结构分析

通过力学过程分析，理论计算，模拟仿真实验，数据对比分析选择出承载1500kg，水平阻力Fx＜600kg，的平层通行从动轮组结构[3]。

在从动轮单轮组的测试中，该轮组无法直接翻越上15mm以上的台阶，车轮直接碰撞台阶而停止；通过创新设计出采用从动轮组和爬坡辅助轮组的双轮携程的通行结构，利用双轴车轮直径差值15±1mm，通行瞬间协作分担负载，将平层落差的台阶降解分两级携程通行。

最大滑动摩擦力fmax=μΝ （μ～滑动摩擦系数：橡胶～钢板取0.4，Ν～正压力取G=1500kg），则：fmax=μΝ=0.4*1500=600kg。

车轮冲撞翻越台阶受水平阻力Fx，当水平阻Fx大于最大滑动摩擦力fmax时，车轮打滑。忽略速度、重心角度变化，取Fy=G/2，则水平阻力：

Fx=Fy/tanθ=G/2tanθ

电脑模拟仿真平层通行实验，获得通行状态及Fx变化，并根据测试得出最优选择为从动轮组和辅助爬坡导向抬升轮组组成的双轮携程结构。

4.1.2 实施

因运送装置的装载平台部位5的最高高度为160mm，所以从动轮2最大外径尺寸确定为Φ150mm，根据其外径尺寸及其安装位置，相应的在运送装置面板底部，与行驶从动车轮组的主轴在同一水平面上且相互平行、两轮轴中心间距为180mm的前端设置Φ120mm的辅助爬坡导向抬升轮组3，并进行制作与安装。安装好后，按从动车轮组和轿厢与层门地坎形成的出口台阶之间的最大高度差（按30mm测算），相对高度差为15mm的情况下，在运送装置行驶通过轿厢与层门地坎台阶4形成的高度差位置点的过程中，首先由前端辅助爬坡导向抬升轮3与层门地坎台阶4面直接接触并跨上高度差15mm台阶，同时将运送装置也抬升15mm，从动轮组2与轿厢出口台阶高度差缩小至15mm，完全可以顺利跨越轿厢出口的台阶而顺利驶出，如此，对于其它常见的轿厢与层门地坎形成的出口台阶之间的高度差小于30mm的就更容易跨越过去了。

5 实施效果验证

5.1 对装置运行的稳定性验证

在研制出新型片烟运送装置后进行了试运行，测试了控制执行元件准确率、安全验证各控制电气系统故障率、检测模块运行稳定性的同时进行程序运行测试，优化相关参数指标[5]。

经效果验证，从该装置的试运行情况来看，完全能满足在高度受限电梯空间内且能顺利平稳的跨越电梯平层高度差位置，未引发设备、质量、安全故障或事故，无异常现象，无负面影响，且运载车各模块工作稳定，控制元件执行准确率高、安全性稳定可靠，总体运行平稳、达到设计和实施的目标要求。

5.2 实施前后片烟运送作业时间对比

5.2.1创新设计片烟运送装置之前作业时间

改进前，常会出现延时下班的情况。对2022年9月片烟生产的片烟运送情况（按8件/梯/次）和用时开展调查统计（以从仓库2楼、3楼、4楼运送为例，为方便统计，运送次数为15次），结果如下表[5]。

从表中分析，按照电梯的载荷标准、货梯内的空间及片烟运送到不同楼层的数据分析，目前运送每百件片烟平均耗时为76.1min，导致对片烟的运送作业效率不高。

进一步跟踪统计原料库2022年9月实际作业26天，其中12天实际作业时间超过7小时，超过正常作业时间占比达46.15%。

5.2.2 创新设计片烟运送装置之后的作业时间

改进后，在2023年7～9月三个月中。对2023年9月片烟生产的片烟运送情况（按12件/梯/次）和用时开展调查统计（以从仓库2楼、3楼、4楼运送为例，为方便统计，运送次数为15次），结果如下表[5]：

该装置运行正常，运送每百件片烟平均耗时36.79min，证明创新设计的该装置是能够降低作业时间的，进而能提升工作效率。

5.3 效果

片烟运送装置在线正常使用后，片烟运送每百件由平均耗时由76.1min降低到平均36.79min，片烟运送作业效率提升了106.85%，运送片烟的工作效率得到显著提升[5]。经对该装置运行效果进行长期跟踪，作业平均运载每百件片烟耗时均达到或优于目标值。

6 结束语

本文通过创新设计片烟运送装置对作业效率的影响的研究，成功创新设计的电梯运送装置，既实现了生产中对烟箱传输过程的高效运送，又有效的解决了抱车作业时易碰撞货梯轿厢等现象，提高了整体运送环节的稳定性，解决了在现有电梯轿厢空间限制条件下满足生产作业效率及安全性的问题，亦考虑到了装置的强度、安全性和减小操作人员的劳动强度，具有低成本、节能的特点，片烟运送作业效率提升了106.85%，达到了提升片烟的运送作业效率的研究目的，并实现了：让“慢”的运送“快”起来、让“难”的跨越“易”起来、让“紧”的空间“活”起来。该装置的成功运行，既适宜烟草行业运送片烟、薄片箱等类似物料出入空间受限的电梯轿厢运送车技术的应用，也适用于其它类似在高度受限空间内运送车技术的推广使用，该项目已申报了发明专利，具有较大的市场推广和使用价值。

参考文献：

[1] 李向东、姜武.电梯安装与使用维修实用手册（第2版），机械工业出版社，2017.7.

Li Xiangdong， Jiang Wu. Practical Manual for Elevator Installation， Use and Maintenance （2nd Edition）， Machinery Industry Press， 2017.7.

[2] 梅丽凤.《电气控制与PLC应用技术》机械工业出版社 2012.3.

Mei Lifeng. "Electrical Control and PLC Application Technology" Machinery Industry Press 2012.3.

[3] 侯镇冰，《机械设计制图手册》，同济大学出版社， 1992.3；

Hou Zhenbing， "Mechanical Design Drawing Manual"， Tongji University Press， 1992.3

[4] 赵继聪，周盼，秦魏.激光传感器原理及其应用[J]，科技向导2011，9：102-103.

Zhao Jicong， Zhou Pan， Qin Wei. Principle and application of laser sensors [J]， Science and Technology Wizard 2011， 9： 102-103.

[5] 方越密，刘建平.行政记录：政府统计不可忽略的数据资源[J].统计研究，2013，10.

Fang Yuemi， Liu Jianping. Administrative records： a data resource that cannot be ignored in government statistics [J]. Statistical Research， 2013， 10.

[6] 一种输送烟叶箱出入空间受限电梯的接驳车及其操作方法，周群华等，CN114253208A [P]，2022-03；

A shuttle vehicle for transporting tobacco leaf boxes to an elevator with limited access space and its operation method， Zhou Qunhua et al.， CN114253208A [P]， 2022-03;

[7] 徐维华等. 卷烟工艺规范;中国轻工业出版社，2017.6;

Xu Weihua et al. Cigarette Process Specifications; China Light Industry Press， 2017.6;

[8] 朱大恒，韩锦峰，张爱萍等.自然醇化与人工发酵对烤烟化学成分变化的影响比较研究[J].烟草科技，1999，（01）：3-5.

Zhu Daheng， Han Jinfeng， Zhang Aiping， etc. Comparative study on the effects of natural alcoholization and artificial fermentation on the changes in chemical components of flue-cured tobacco [J]. Tobacco Science and Technology， 1999， （01）： 3-5.

基金项目：江西中烟工业有限责任公司赣州卷烟厂 《电梯片烟输送装置的研发及应用》” 科研项目（NO. 赣烟科2021-08）；

作者简介

黄雨轩 （2000- ）（通讯作者*），女，汉族，本科，助理工程师;研究方向：设备电气技术改进、统计分析和优化等，电话：18179087585；邮箱：1906580633@qq.com。

谭祖辉（1997— ）：男，汉族，本科，助理工程师，研究方向：工业工程、机械自动化与设备维修等，电话：18370979558；邮箱：1445594726@qq.com

黄鹤军（1974-  ），男，汉族，本科，工程师;研究方向：设备技术改进、物流管理与技术创新方向的研究等。邮箱：2415325950@qq．com。