COMAS—A1切絲機(jī)除塵管道風(fēng)門的改進(jìn)

羅靖

摘 要：COMAS-A1型切絲機(jī)設(shè)有除塵管道，實(shí)現(xiàn)切絲中產(chǎn)生的砂粒鐵屑等雜物抽吸至除塵設(shè)備。實(shí)際生產(chǎn)中除塵支管彎頭處常發(fā)生堵塞，雜物無法排走，影響物料純凈度甚至導(dǎo)致粉塵陰燃。為解決這一問題，在不改變除塵管道布局的情況下，對(duì)切絲機(jī)除塵風(fēng)門進(jìn)行改造。采用氣動(dòng)執(zhí)行器作為控制元件，取切絲機(jī)砂輪動(dòng)作信號(hào)為控制點(diǎn)，利用壓縮空氣作為控制動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)了除塵風(fēng)門與切絲機(jī)的互聯(lián)，達(dá)到了除塵風(fēng)量分配的優(yōu)化。改造后，切絲機(jī)除塵風(fēng)門動(dòng)作靈敏可靠，除塵支管清理周期由1次/周，延長(zhǎng)至1次/季度；切絲機(jī)除塵器風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率由50Hz降低至35Hz，節(jié)約了能源。

關(guān)鍵詞：切絲機(jī)；除塵管道堵塞；除塵風(fēng)門；氣動(dòng)執(zhí)行器；風(fēng)量分配

中圖分類號(hào)：TS43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）04-0127-03

Abstract： The COMAS-A1 type wire cutter is equipped with dust removal pipe to realize the sand grain iron filings and other sundries produced in the wire cutting to be sucked to the dust removal equipment. In actual production， the elbow of the dust removal branch pipe is often blocked， and the sundries can not be removed， which affects the purity of the material and even leads to dust smoldering. In order to solve this problem， under the condition of not changing the layout of the dust removal pipe， the dust removal air door of the wire cutter was reformed. The pneumatic actuator is used as the control element， the grinding wheel action signal of the wire cutter is taken as the control point， and the compressed air is used as the control power source to realize the interconnection of the dust removal air door and the wire cutter， and to achieve the optimization of the dust removal air volume distribution. After modification， the operation of the dust removal air door of the wire cutter is sensitive and reliable， the cleaning cycle of the dust removal branch pipe is prolonged from once per week to one per quarter， and the motor frequency of the fan for the wire cutter dust collector is reduced from 50Hz to 35Hz， which saves energy.

Keywords： shredder； clogging of dust removal pipe； dust removal air door； pneumatic actuator； air volume distribution

A1型切絲機(jī)是意大利COMAS公司生產(chǎn)的水平直刃滾刀式切絲機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且自動(dòng)化程度高，目前在部分卷煙生產(chǎn)企業(yè)得以應(yīng)用。切絲機(jī)設(shè)有除塵管道，通過負(fù)壓抽吸，將切絲刀片磨削中產(chǎn)生的砂粒鐵屑等雜物抽走，以提高物料的純凈度。實(shí)際使用中，切絲機(jī)除塵支道常發(fā)生堵塞。為解決該類問題，鄧永生等[1]將切絲機(jī)除塵裝置與集中除塵系統(tǒng)斷開，同時(shí)加裝一套自激式水幕除塵系統(tǒng)，解決了切絲機(jī)磨削時(shí)產(chǎn)生的火花陰燃粉塵問題；杜云麗[2]等在在切絲機(jī)的抽塵終端設(shè)計(jì)安裝了送風(fēng)抽塵過濾裝置，以剔除煙絲中的雜質(zhì)。由于上述改進(jìn)方式多用于切絲機(jī)單獨(dú)除塵方式，且COMAS-A1切絲機(jī)在結(jié)構(gòu)及控制方式方面與國(guó)產(chǎn)SQ3X系列切絲機(jī)有較大的差異，上述技術(shù)措施難以直接應(yīng)用。為此，本研究對(duì)COMAS-A1切絲機(jī)除塵管道堵料的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析模擬，通過除塵風(fēng)門控制方式的改進(jìn)，達(dá)到解決除塵管道堵塞問題，降低安全隱患，同時(shí)，降低能源消耗。

1 問題分析

1.1 存在問題

在切絲過程中，砂輪對(duì)切絲刀片進(jìn)行連續(xù)研磨，產(chǎn)生砂粒和鐵屑，需及時(shí)將該部分雜物及粉塵排除。切絲機(jī)的除塵裝置[3]有集中除塵和單獨(dú)除塵兩種形式。廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司制絲車間采用集中除塵的方式，砂粒鐵屑等雜物被安裝于刀輥前方的導(dǎo)風(fēng)腔抽吸至除塵支管，進(jìn)而輸送至中央除塵器進(jìn)行處理。切絲機(jī)的刀輥處除塵支管存在兩個(gè)連續(xù)的90°彎頭。實(shí)際生產(chǎn)中，雜物常在彎頭2處堆積堵塞除塵管道，導(dǎo)致導(dǎo)風(fēng)腔內(nèi)的風(fēng)速急速降低，砂粒鐵屑等在導(dǎo)風(fēng)腔內(nèi)堆積。

1.2 彎頭處堵塞原因分析

在除塵管道中存在兩個(gè)連續(xù)的90°彎頭，氣流的速度和壓力都發(fā)生明顯變化，會(huì)造成一定的壓力損失。通過理論分析可知，彎管內(nèi)部的流場(chǎng)分布主要受彎管曲率直徑比（Rc/D）、雷諾數(shù)（Re），以及進(jìn)口來料條件的影響[4]。當(dāng)含有顆粒的氣流流經(jīng)彎管時(shí)，因慣性和離心力的作用產(chǎn)生“顆粒繩索”現(xiàn)象[5]，顆粒會(huì)聚集在彎管外側(cè)。這種現(xiàn)象導(dǎo)致顆粒運(yùn)動(dòng)速度降低，濃度增大。為研究現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際除塵管道中粉塵堵塞的形成機(jī)理，采用數(shù)值模擬分析現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)兩個(gè)彎頭內(nèi)的風(fēng)速情況。

1.2.1 除塵風(fēng)量的確定

以梗線1#切絲機(jī)為研究對(duì)象，利用testo 425型便攜式數(shù)字風(fēng)速儀（德國(guó)德圖TESTO），測(cè)量除塵支管風(fēng)門上方風(fēng)速，測(cè)得風(fēng)速v=15.3m/s，計(jì)算可知，該設(shè)備除塵風(fēng)量為

Q=Sv=πR2v=3.14×0.062×15.3×3600=622m3/h

式中：S-風(fēng)管截面積，m2；R-風(fēng)管半徑，m；v-風(fēng)速，m/s。

1.2.2 網(wǎng)格劃分

對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，在近壁面處加密，網(wǎng)格數(shù)量為20萬，如圖1所示，彎頭1處圓管與方管垂直連接，彎頭2處彎管曲率Rc/D=1。

圖1 網(wǎng)格劃分

1.2.3 邊界條件與計(jì)算方法

依據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)料口的入口風(fēng)量為622m3/h，入口條件為風(fēng)量入口，出口為壓力出口，出口壓力為0Pa。計(jì)算時(shí)采用穩(wěn)態(tài)計(jì)算，由于系統(tǒng)在常壓狀態(tài)下工作，氣體設(shè)為不可壓縮流體，湍流模型采用RNG k-ε模型。

1.2.4 計(jì)算結(jié)果與分析

圖2為模擬所得的彎管內(nèi)速度云圖。由于兩相鄰彎管距離較近，組合彎管相鄰彎之間的間距小于其間影響長(zhǎng)度，彎管間就會(huì)產(chǎn)生局部阻力的相鄰影響。

圖2 彎管內(nèi)速度云圖

當(dāng)沙粒鐵屑等雜物在負(fù)壓的作用下進(jìn)入除塵支管，運(yùn)動(dòng)過程中受到彎管曲率的影響，因離心作用逐漸被甩到曲率半徑較大的外側(cè)壁面附近，導(dǎo)致雜物向彎頭外側(cè)壁面推擠、聚集。同時(shí)，由圖2速度云圖可知，彎頭2內(nèi)側(cè)壁處風(fēng)速較高，外側(cè)壁處風(fēng)速較低。當(dāng)風(fēng)速不足以攜帶雜物向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，雜物在彎頭2外側(cè)壁處滯留。另一方面，切梗機(jī)磨削的雜物濕度與粘度均較高，長(zhǎng)時(shí)間滯留后造成管道的堵塞。

1.2.5 解決措施分析

欲解決彎頭處堵塞的問題，可考慮：（1）增大彎管曲率Rc/D，降低雜物在彎頭2處受到的指向外管側(cè)壁的離心力；（2）提高除塵支管風(fēng)量，提高整個(gè)彎管內(nèi)的風(fēng)速。受到彎管處設(shè)備空間的影響，增大彎管曲率Rc/D并不可行。因此考慮方案二：提高除塵支管風(fēng)量。

2 提高除塵支管風(fēng)量策略與改進(jìn)方法

2.1 策略分析

目前多臺(tái)切絲機(jī)共用同一臺(tái)集中除塵器，在集中除塵風(fēng)機(jī)已滿負(fù)荷運(yùn)行的實(shí)際情況下，欲提高除塵支管的風(fēng)量，可從切絲單機(jī)除塵風(fēng)量的優(yōu)化分配考慮。

實(shí)際生產(chǎn)中采用“一用一備”的切絲模式?，F(xiàn)有控制下，生產(chǎn)中備機(jī)雖未生產(chǎn)，但其除塵支管仍處于空吸狀態(tài)，存在風(fēng)力的浪費(fèi)。若將備機(jī)風(fēng)門關(guān)閉，則生產(chǎn)主機(jī)的除支風(fēng)量相應(yīng)增大，即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的優(yōu)化分配。因此，上述問題的攻關(guān)方向?yàn)椋貉兄瞥龎m風(fēng)門的自動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)門與切絲機(jī)生產(chǎn)狀態(tài)的互聯(lián)，當(dāng)且僅當(dāng)切絲機(jī)生產(chǎn)時(shí)風(fēng)門開啟。

2.2 改進(jìn)方法

2.2.1 驅(qū)動(dòng)器件的選擇

為實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)門的自動(dòng)控制，需將驅(qū)動(dòng)器件的輸入運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)流風(fēng)板90°的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)，行業(yè)內(nèi)多采用氣缸、電動(dòng)角執(zhí)行器等作為執(zhí)行器件。本著改造簡(jiǎn)便、動(dòng)作可靠和節(jié)約成本的原則，本文采用GT系列角執(zhí)行器作為節(jié)流風(fēng)板的驅(qū)動(dòng)器件。

2.2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造

圖3為氣動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)風(fēng)門的結(jié)構(gòu)組裝圖。節(jié)流風(fēng)板5通過螺栓鎖固在左側(cè)軸2與右側(cè)軸6上；支座4焊接于風(fēng)管1兩端，左側(cè)軸2與右側(cè)軸6均通過滑動(dòng)軸承3，安裝在支架4內(nèi)部；右側(cè)軸4的尾端為方形軸頭，方形軸頭插入軸套7的方形孔內(nèi)；軸套7的尾部同樣為方形軸頭，該軸頭與氣動(dòng)執(zhí)行器9上的旋轉(zhuǎn)內(nèi)孔配合安裝。在壓縮空氣的驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)氣動(dòng)執(zhí)行器9內(nèi)部活塞做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過上述機(jī)械連接完成運(yùn)動(dòng)的傳遞，節(jié)流風(fēng)板5實(shí)現(xiàn)90°的旋轉(zhuǎn)，即實(shí)現(xiàn)除塵風(fēng)門的開啟與關(guān)閉。

2.2.3 氣路的連接

依托切絲機(jī)設(shè)備現(xiàn)有的氣路系統(tǒng)，對(duì)氣動(dòng)執(zhí)行器接線?？刂乒苈分饕汕蜷y、過濾減壓閥、二位三通換向閥等組成。通過換向閥實(shí)現(xiàn)風(fēng)門開啟與關(guān)閉的切換。

2.2.4 電氣控制的實(shí)施

取砂輪動(dòng)作信號(hào)為控制點(diǎn)，當(dāng)砂輪動(dòng)作時(shí)（即磨刀），換向閥控制氣動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作，使切絲機(jī)除塵風(fēng)門開啟，進(jìn)行負(fù)壓的抽吸；當(dāng)砂輪停止動(dòng)作后，延時(shí)2min后，換向閥控制氣動(dòng)執(zhí)行器反向動(dòng)作，使除塵風(fēng)門關(guān)閉。

另一方面，于操作屏幕上設(shè)置風(fēng)門狀態(tài)的顯示，便于操作人員對(duì)風(fēng)門狀態(tài)的監(jiān)控，避免除塵風(fēng)門動(dòng)作故障時(shí)對(duì)生產(chǎn)造成影響。

2.2.5 應(yīng)用效果

對(duì)車間6臺(tái)切絲機(jī)除塵風(fēng)門進(jìn)行改造后，除塵管道由1次/周定期清理，改為每季度1次（定期檢查），大大降低了檢查清理頻率和維修人員的工作量，同時(shí)消除了導(dǎo)風(fēng)腔內(nèi)粉塵陰燃的安全隱患。

另外風(fēng)門自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了風(fēng)量的優(yōu)化分配，降低了風(fēng)量浪費(fèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用模擬仿真的辦法，實(shí)現(xiàn)對(duì)COMAS-A1切絲機(jī)除塵風(fēng)管堵塞原因分析，經(jīng)模擬可知彎頭外側(cè)壁處風(fēng)速低且雜物集中，是造成除塵支管彎頭處堵塞的原因。本文利用GT系列氣動(dòng)執(zhí)行器作為除塵風(fēng)門的驅(qū)動(dòng)器件，通過驅(qū)動(dòng)器件與切絲機(jī)狀態(tài)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)門的自動(dòng)控制，提升了生產(chǎn)設(shè)備的除塵風(fēng)量，并降低了集中除塵風(fēng)機(jī)的頻率，有效的解決了COMAS-A1切絲機(jī)除塵管道堵塞的問題，保證生產(chǎn)連續(xù)性，提高了生產(chǎn)安全性和維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)降低了能源的消耗，具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧永生，鄺自仲，劉洪建，等.SQ31型切絲機(jī)除塵系統(tǒng)改進(jìn)[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（17）：87.

[2]杜云麗，尹獻(xiàn)忠.SQ31型切絲機(jī)送風(fēng)抽塵系統(tǒng)的改進(jìn)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，22（5）：76-78.

[3]LEE G H，CHOI Y D，HAN S H.Measurement of developing turbulent flow in a U-bend of circular cross-section[J].Journal of Mechanical Science and Technology，2007，21（2）：348-359.

[4]LEVY E K BILIRGEN H.Mixing and dispersion of panicle ropes in lean phase pneumatic conveying[J].Powder Technology，2001，119（2-3）：134-152.

[5]李東明，孫寶元，張化嵐，等.氣動(dòng)執(zhí)行器技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].化工自動(dòng)化及儀表，2003，30（2）：73-75.