煙支紙筒與煙絲分離裝置設(shè)計(jì)

張永江，王韋勇，王志杰，王 棟

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司洛陽卷煙廠，河南洛陽 471003）

0 引言

實(shí)現(xiàn)煙支的煙絲與紙筒分離，一方面分離后的煙絲可以用于含水率、含末率或其他化學(xué)指標(biāo)的檢驗(yàn)[1-2]，另一方面紙筒可用作卷煙配方實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)材料[3-4]。目前，分離的主要方法有刀片裁切法、破碎法和氣動(dòng)法[5-9]。刀片裁切法主要用刀片對(duì)煙支進(jìn)行逐一刨切來實(shí)現(xiàn)煙絲分離，該方法存在剝離效率慢、煙絲結(jié)構(gòu)易破壞等問題；破碎法因機(jī)械強(qiáng)度高對(duì)煙絲和紙筒破壞性均較大，主要用于對(duì)大批量的殘次煙支的回收[6]；趙文龍，孔曉玲[10]等設(shè)計(jì)的采用氣缸作為煙支固定單元的氣動(dòng)法分離裝置和等孔徑裝置、滾輪調(diào)壓裝置[11-12]，也存在煙支夾持力控制、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)行程定位精度控制和自動(dòng)退料困難等技術(shù)問題。針對(duì)以上問題和煙支易變形物理特征，以乳膠管作為煙支固定單元，設(shè)計(jì)一種分離裝置，實(shí)現(xiàn)分離后煙絲物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和紙筒的回收再利用。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

煙支紙筒與煙絲分離機(jī)主要由供料裝置、分離裝置和物料回收缸等3 個(gè)主要部分組成，其中，供料裝置主要實(shí)現(xiàn)煙支的自動(dòng)供料；分離裝置主要由轉(zhuǎn)動(dòng)盤、內(nèi)嵌于轉(zhuǎn)動(dòng)盤的煙支的夾持單元、氣路單元和光電檢測(cè)單元等組成，以實(shí)現(xiàn)煙支紙筒與煙絲的分離；物料收集缸主要實(shí)現(xiàn)分離后物料的回收。主要工作原理為：系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，煙支由供料裝置自動(dòng)向分離裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔中輸送，當(dāng)煙支由供料裝置的下落通道進(jìn)入轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔中內(nèi)置的煙支夾持單元因與負(fù)壓氣源貫通，乳膠管膨脹，煙支順利掉落轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔中，并被下方的預(yù)置擋板攔截，完成進(jìn)料工序的準(zhǔn)備；轉(zhuǎn)動(dòng)盤在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下按照程序的設(shè)定旋轉(zhuǎn)，在此過程中，進(jìn)入轉(zhuǎn)盤孔中的煙支在轉(zhuǎn)離上一工位時(shí)，負(fù)壓氣源關(guān)閉，夾持單元中的乳膠管在大氣壓力和自身彈性的作用下收縮，將掉入料缸的煙支進(jìn)行自動(dòng)夾緊，使得煙支穩(wěn)定地固定氣缸中。當(dāng)旋轉(zhuǎn)90°到達(dá)下一個(gè)工位時(shí)，安裝于此工位上方的氣缸單元工作，帶動(dòng)正氣壓力板向下移動(dòng)并與旋轉(zhuǎn)盤孔貼緊，正壓氣源接通，在煙支一端受到一定的壓力的條件下，煙支中煙絲被吹出，并由下方的料缸回收，從而實(shí)現(xiàn)了煙絲與煙筒的分離；此后，轉(zhuǎn)盤再次旋轉(zhuǎn)90°，達(dá)到煙筒回收工位，負(fù)壓氣源再次開啟，轉(zhuǎn)動(dòng)盤孔中內(nèi)置的煙支夾持單元中的乳膠管再次膨脹，煙筒在重力作用下掉落到回收缸中，實(shí)現(xiàn)了煙支紙筒的回收；此后開始新一輪的循環(huán)，不斷地完成預(yù)備、進(jìn)料、分離和回收等工作，從而實(shí)現(xiàn)煙支中的煙絲與紙筒的自動(dòng)分離。

1.2 組件裝置設(shè)計(jì)

1.2.1 煙支進(jìn)料裝置設(shè)計(jì)

進(jìn)料裝置是實(shí)現(xiàn)煙支的自動(dòng)供給的主要機(jī)構(gòu)，主要由煙支料倉、推板、同步電機(jī)、托板和設(shè)計(jì)有扇形煙支導(dǎo)槽的料倉背板等部分組成。其中，同步電機(jī)軸上安裝有直徑為12 cm 的圓形輪盤，在距輪盤圓心5 cm 處安裝有輪桿；取樣托架下方安裝長度為10 cm 槽鐵，輪桿與槽鐵接觸，當(dāng)輪桿在安裝于同步電機(jī)上輪盤驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪桿在槽鐵下端的水平方向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)取樣托架為垂直運(yùn)動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)變圓周運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)同步電機(jī)帶動(dòng)輪盤上的輪桿旋轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時(shí)，取樣托架在自身重力作用下在垂直方向也同時(shí)下落到最低點(diǎn)，取樣托架取樣端也下落到料倉底部，因料倉設(shè)計(jì)為低板傾斜45°，煙支在重力作用下滾落于取樣托架上方，同步電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，取樣托架拖起煙支到達(dá)最高點(diǎn)，因料倉背板設(shè)計(jì)大于煙支直徑的導(dǎo)槽，煙支落入扇形導(dǎo)槽1，煙支經(jīng)導(dǎo)向后由橫向變成豎直方向，順勢(shì)落入下方的旋轉(zhuǎn)盤進(jìn)煙口中。

1.2.2 分離裝置設(shè)計(jì)

分離裝置主要由旋轉(zhuǎn)盤、乳膠管固定栓和乳膠管組成。其中，在旋轉(zhuǎn)盤上均勻設(shè)置4 個(gè)上下貫通的缸筒，作為分離裝置工作的4 個(gè)工位，相鄰2 個(gè)缸筒到旋轉(zhuǎn)盤中心連線的夾角為90°；乳膠管固定栓安裝于每個(gè)缸筒上下兩端；乳膠管內(nèi)置于缸筒內(nèi)，其兩端外翻于上下固定栓的卡槽上進(jìn)行固定，為了確保煙支夾持的有效和穩(wěn)定，乳膠管內(nèi)徑尺寸根據(jù)不同規(guī)格煙支的直徑選用小于煙支直徑0.5 mm 的規(guī)格；在旋轉(zhuǎn)盤上的每個(gè)缸筒的內(nèi)側(cè)壁上均設(shè)有和中心相貫通的氣源孔。中心氣源孔具有2 個(gè)功能：①作為安裝旋轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)軸；②作為氣源連接管路。驅(qū)動(dòng)軸采用中空軸，安裝時(shí)軸的上下墊兩個(gè)端面應(yīng)涂有硅脂進(jìn)行密封。煙支紙筒與葉絲分離機(jī)實(shí)現(xiàn)分離的關(guān)鍵主要取決于在旋轉(zhuǎn)盤工位更換后，能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)盤氣缸與外部氣源供給裝置，實(shí)現(xiàn)有效對(duì)接，保證煙支夾持裝置的有效。為此選用微型彎管氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭作為旋轉(zhuǎn)回旋部件，安裝在軸的端部，并采用真空發(fā)生器作為生產(chǎn)負(fù)壓氣源提供設(shè)備運(yùn)行。

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

煙絲紙筒與煙絲分離機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)主要由氣路系統(tǒng)和電氣傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成（圖1）。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)分為進(jìn)料系統(tǒng)和分離單元的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)兩個(gè)主要部分，均采用PLC 控制器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度；氣路部分分別選用壓力為-0.4～-0.6 MPa和0.4～0.6 MPa[10]作為煙支夾持機(jī)構(gòu)和煙絲分離部位的執(zhí)行氣源；當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，首先進(jìn)行初始化零位調(diào)整，調(diào)整后進(jìn)料裝置和旋轉(zhuǎn)盤裝置復(fù)位，完成準(zhǔn)備工作。進(jìn)料裝置工作，發(fā)送控制信號(hào)給進(jìn)料裝置步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)進(jìn)料裝置推桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次進(jìn)行取料，安裝在分離裝置旋轉(zhuǎn)盤底部光電檢測(cè)器判斷檢測(cè)是否有煙支通過，當(dāng)無煙支時(shí)，光電開關(guān)不觸發(fā)，繼續(xù)反饋信號(hào)給進(jìn)料裝置，進(jìn)行取料；當(dāng)有煙支通過時(shí)，光電開關(guān)觸發(fā)，發(fā)送控制信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)并關(guān)閉負(fù)壓氣源；到達(dá)分離吹絲指定的工位后，氣缸帶動(dòng)壓緊盤下移；下移后，正氣壓力電磁閥導(dǎo)通，接通利用一定壓力的瞬間氣流，完成煙支中煙絲的分離；此后反轉(zhuǎn)，氣缸上移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)到下一煙筒回收工位后，此時(shí)負(fù)壓氣源電磁閥再次接通，旋轉(zhuǎn)盤中的乳膠管再次膨脹，紙筒在重力作用下掉落回收其中，在此同時(shí)，進(jìn)料裝置再次工作進(jìn)行取料。反復(fù)執(zhí)行以上步驟，實(shí)現(xiàn)對(duì)卷煙的氣吹分離，分離機(jī)氣路系統(tǒng)控制順序見表1。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用該裝置和裁切法分別對(duì)同批次規(guī)格為84 mm×24.3 mm樣品按照國標(biāo)GB/T 22838—2009 要求進(jìn)行3 組含末率[2]檢測(cè)，每組重復(fù)測(cè)量3 次取其平均值，該裝置分離后的3 組煙絲的含末率指標(biāo)明顯低于裁切法。

4 結(jié)束語

該裝置采用乳膠管作為煙支固定單元，并運(yùn)用氣吹法實(shí)現(xiàn)了煙絲與紙筒的有效分離，試驗(yàn)結(jié)果表明：相比傳統(tǒng)的刀片裁切法，具有煙絲結(jié)構(gòu)破壞性小、紙筒可回收的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 分離機(jī)工作流程

表1 電磁閥控制順序