片煙星輥輸送機勻料裝置的設計與改進

張磊++劉金龍++孟貝++張建超++王進安

摘 要：為了解決8000Kg/h制葉線星輥輸送機的堵料和誤剔除故障，提高生產效率，降低勞動強度，本文應用螺旋輸送原理設計了新型星輥；利用擬合回歸找到了星輥的最佳傳動比是2，并利用邏輯回歸確定星輥電機最佳頻率是37Hz。設計優(yōu)化后，結果表明：星輥的布料寬度由原來800mm擴展到1400mm，并且布料厚度均勻；分揀機的雜物剔除率由改造前的79%提高至88.38%；分揀機處的堵料次數(shù)由原來的5次/月降低至1次/月。

關鍵詞：星輥輸送機；勻料裝置；邏輯回歸；新型星輥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.012

濟南卷煙廠8000Kg/h制葉線煙葉異物剔除系統(tǒng)[1-2]主要由星輥輸送機和分揀機[3-4]組成。星輥輸送機安裝在松散回潮滾筒后，分揀機前，主要負責沒回潮透煙餅及較大雜物的剔除任務。星輥輸送機的星輥為五棱體結構，在物料輸送過程中利用五棱面在轉動過程中上下高度的變化使物料跳動松散，將未松散徹底的煙餅分選出來，這些煙餅經過除餅皮帶輸送機落入物料盒，重新進行回潮。松散好的物料經星輥輸送機勻料裝置，將物料攤薄，落入其下方的高速皮帶，再進入到分揀機，剔除煙葉中的雜物。

1 存在的問題

星輥輸送機主要存在煙葉誤剔除和堵料問題，煙葉誤剔除是指已松散好的煙葉經除餅皮帶輸送機落入物料盒的現(xiàn)象。堵料主要是由于物料松散不均勻和電機頻率不穩(wěn)定造成的物料流量過大，超過了分揀機的額定輸送能力，從而導致物料積聚，造成堵料故障。煙葉松散是利用勻料星輥的五棱面在轉動過程中上下高度的變化來完成的，但此種結構沒有使物料橫向擴展的功能，容易導致物料在星輥中間堆積，致使松散效果不好。勻料裝置中間物料較兩邊厚，存在送料不均的現(xiàn)象，這樣既可造成位于中間物料下方的雜物在經分揀機時無法剔除，使這些雜物進入到下道工序，也會在分揀機處增加了堵料風險。

2 改進方法

為解決物料輸送過程中松散效果不好，容易在星輥中間堆積的問題，設計一種新的星輥結構顯得尤為重要；星輥輸送機工作時物料大部分集中在靠近皮帶輸送機的前三個星輥上，物料向前傳遞的原動力不足，物料的輸送距離短，從而導致物料易在前方堆積，增加堵料的幾率，因此需要改變相鄰星輥的傳動比以增大傳遞的原動力；星輥輸送機星輥的轉速對物料的松散與輸送速度有著重要的影響，轉速過快增加誤剔除風險；轉速過慢會造成物料輸送速度慢同時也會增加煙葉誤剔除的風險，因此優(yōu)化轉速就顯得十分必要。

2.1 星輥的設計

星輥[5-6]主要作用是將未被松散的煙餅分選出來，松散好的物料均勻布料。勻料裝置前方皮帶輸送機上的物料寬度為300mm，物料經五棱體星輥松散后，皮帶輸送機上的物料寬度只有800mm左右，并且存在布料不均的現(xiàn)象，增加堵料風險。

2.1.1 方案選擇

通過對五棱體結構、螺旋結構和人字齒結構三種方案的優(yōu)缺點比較，選擇將原星輥的五棱體結構改為人字齒形結構，輥筒周圍焊接人字形結構的扇葉，兩側扇葉相對排布，并保持一定的傾角，在旋轉時形成向兩邊輸送的螺旋線，物料在重力作用及左右螺旋松散輥的螺旋輸送的作用下使物料向星輥輸送機的整個寬度方向上擴散，增加物料的橫向輸送距離。

2.1.2 人字齒的尺寸確定

通過對物料分布試驗的驗證，最終確定人字齒的方向與物料運行方向相同，齒形角度定為135°，人字齒的高度定為22.5mm。

2.1.3 繪制圖紙及三維設計

根據(jù)確定的方案及人字齒的尺寸，我們繪制了旋轉松散輥的圖紙，并根據(jù)圖紙繪制了三維圖。

2.2 星輥之間轉速差的優(yōu)化

為了找到最佳的星輥轉速傳動比，我們實驗記錄了傳動比為1、1.5、2和3時的物料傳輸距離。如表1所示：

我們通過對傳動比數(shù)據(jù)進行擬合回歸，觀察表1中的數(shù)據(jù)可知，數(shù)據(jù)明顯存在彎曲，所以我們直接采用二次擬合進行回歸分析。

由擬合曲線圖可以看出，當傳動比加大時，傳輸距離并沒有成正比增加，這符合星輥物料傳輸現(xiàn)狀，因為經過結構變化后，其橫向的鋪料寬度增加了。

我們得到擬合方程為：

其中：S—傳輸距離

i—傳動比

經計算可得，當i=2.042時，傳輸距離最長。所以，我們取傳動比為2。

2.3 星輥電機運轉頻率的優(yōu)化

為找到星輥電機頻率[7-8]的最優(yōu)參數(shù)值，我們運用邏輯回歸的試驗設計在星輥輸送機上做實驗。采集了星輥輸送機頻率分別為25、30、35、40和45五個水平，測試是否出現(xiàn)誤剔除或者堵料故障，如表2所示：

采用邏輯回歸分析數(shù)據(jù)，從分析結果可以看出，P=0.021<0.05，可見星輥電機頻率對星輥故障影響顯著。為了進一步確定頻率參數(shù)值，我們繪制了實際概率和預測概率與星輥電機頻率的散點圖。

由上圖和分析結果，得到故障率和星輥電機頻率的回歸方程為：

其中，—故障率

—星輥電機頻率

我們希望故障率越低越好，經計算可得：當時，故障率最低，此時。經過以上的計算，我們將頻率定為37。

3 應用效果

安裝了星輥輪裝置后，對誤剔除、堵料進行實時監(jiān)測，對星輥輸送機五個班次的運行結果統(tǒng)計分析，如表3所示。

安裝新型的松散輥后，物料布料寬度由原來800mm擴展到1400mm，并解決了原來中間物料較厚兩邊物料較薄的現(xiàn)象，雜物剔除率由改造前的79%，提高到改造后的88.38%。雜物剔除量由改造前的16.14g/批，提高至改造后的19.6g/批。改造后八千分揀機處的堵料次數(shù)由原來的5次/月降低至改造后1次/月。提升了設備利用率，提高了勞動效率，改善了現(xiàn)場管理水平。

參考文獻：

[1]唐向陽，張勇，關宏等.煙草異物剔除系統(tǒng)的原理與結構[J].機械，2003（03）：60-62.

[2]段峰，王耀南，雷曉峰等.機器視覺技術及其應用綜述[J].自動化博覽，2002（03）：59-62.

[3]張建平.計算機視覺在煙草行業(yè)中的研究及應用展望[J].煙草科技，1998（02）：22-23.

[4]程桃英.卷煙制絲線在線輕質異物和餅煙剔除的研究[D].昆明：昆明理工大學，2009.

[5]《卷煙工藝》編寫組編.卷煙工藝[M].北京：北京出版社，1993.

[6]《卷煙機械》編寫組編卷煙機械[M].北京：北京出版社，1989.

[7]廖常初.大中型PLC應用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[8]韓安榮.通用變頻器及其應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

作者簡介：張磊（1985-），山東濟南人，碩士研究生，工程師，主要從事煙草制絲設備運行與維護工作。