兩級(jí)剝離無(wú)級(jí)調(diào)速裝置的設(shè)計(jì)及在殘煙處理設(shè)備中的應(yīng)用

葛宗國(guó) 葉宏音 胡欣鵬

[摘? ? 要]隨著推動(dòng)煙草行業(yè)高質(zhì)量持續(xù)發(fā)展的總體布局，企業(yè)對(duì)產(chǎn)品過程質(zhì)量、投入產(chǎn)出消耗（過程消耗）等提出更高的要求。當(dāng)前國(guó)內(nèi)普遍存在殘次煙支處理技術(shù)不夠成熟，殘次煙支出絲率低、過程損耗大、勞動(dòng)環(huán)境灰塵量大等現(xiàn)象。殘次煙支處理技術(shù)的研究和應(yīng)用具有較大的發(fā)展空間，對(duì)煙支卷制質(zhì)量和成本控制都具有積極的影響。通過對(duì)目前情況的分析，結(jié)合打棒系統(tǒng)及煙支處理過程中殘煙的形態(tài)分析，設(shè)計(jì)制作出兩級(jí)剝離無(wú)極調(diào)速裝置，提升了煙支處理過程中的有效利用率，提升了殘煙處理的煙絲有效利用率，同時(shí)絲中含紙率下降，保障了卷煙過程的質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]煙支卷制;殘次煙;有效利用率

[中圖分類號(hào)]TS4 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）04–00–02

Design and Application of Two-Stage Stripping Stepless Speed Regulation

Device in Residual Smoke Treatment Equipment

Ge Zong-guo，Ye Hong-yin，Hu Xin-peng

[Abstract]With the overall layout of promoting the high-quality and sustainable development of the tobacco industry， companies have put forward higher requirements for product process quality， input and output consumption （process consumption）， etc. At present， there is a widespread situation in China that the treatment technology of defective cigarettes is not mature enough and The phenomenon of low shredded rate of secondary cigarettes， large process loss， and large amount of dust in the working environment. The research and application of inferior cigarette processing technology has a large space for development， and has a positive impact on the quality and cost control of cigarette rolling. Through the analysis of the current situation， combined with the analysis of the morphology of the residual smoke in the sticking system and the cigarette processing process， a two-stage stripping stepless speed regulation device was designed and manufactured， which improved the effective utilization rate of the cigarette processing process and increased the residual smoke. The effective utilization rate of the shredded tobacco in the cigarette treatment， and the reduction of the paper content in the shred， guarantees the quality of the cigarette process.

[Keywords]cigarette rolling; defective cigarettes; effective utilization rate

1 廢煙支處理現(xiàn)存的問題

1.1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

為節(jié)約資源和降低成本，在卷煙生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢煙支煙絲的回收利用已引起卷煙企業(yè)的重視。目前國(guó)內(nèi)外廢煙支處理設(shè)備種類較多，按其工作原理分為滾刀滾切式、打孔剖切式、噴蒸汽激振式和氣吹式等。

滾刀滾切式和打孔剖切式廢煙支處理設(shè)備在工作過程中會(huì)對(duì)煙支產(chǎn)生徑向擠壓，煙絲造碎較多，煙絲中紙片含量也較高;其中打孔剖切式裝置在FY113和DEL-phi400廢煙支處理機(jī)上得到應(yīng)用，其額定處理能力達(dá)到400 kg/h，煙絲回收率也在80%以上，但是打孔剖切式的缺點(diǎn)在于煙絲的造碎率達(dá)到10%以上，回收煙絲中含紙片量達(dá)到40片/kg。噴蒸汽激振式處理方式在NTMS400廢煙支處理機(jī)上運(yùn)用，其額定處理能力達(dá)400 kg/h，煙絲回收率也在65%以上，但是煙絲的造碎率達(dá)到15%以上，回收煙絲中含紙片量達(dá)到80片/kg，顯然優(yōu)勢(shì)不明顯。另外一種柔性拍打技術(shù)在FY37廢煙支處理機(jī)上得到應(yīng)用，其額定處理能力達(dá)到120 kg/h，煙絲回收率也在58%以上，煙絲的造碎率小于8%，回收煙絲中含紙片量降低到20片/kg，相比前幾種設(shè)備，雖然額定處理能力和回收率減小了，但是造碎率和紙片含量明顯下降了，直接改善了煙絲回收的質(zhì)量。

對(duì)于廢煙支回收環(huán)節(jié)中煙絲的含紙片量，目前國(guó)內(nèi)外還沒有比較理想的處理方法，雖然FY37廢煙支處理機(jī)回收出來(lái)的絲含紙量相比其他幾種處理方式得到明顯改善，但是回收率只有58%，造成了資源的浪費(fèi)，并且經(jīng)過跟蹤調(diào)查，F(xiàn)Y37型廢煙支處理機(jī)的打棒軸是一條整軸，軸上裝有繞軸徑周向排列的乳膠棒，對(duì)煙頭進(jìn)行柔性拍打，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的揉打后，打棒軸上的乳膠棒磨損嚴(yán)重，煙絲的回收率將縮水到30%以下，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

1.2 殘煙處理情況及分析

殘煙處理機(jī)為2012年投產(chǎn)，已使用7a，目前總體運(yùn)行情況良好，殘煙支處理后的紙中含絲、絲中含紙、出絲率等基本正常，但也發(fā)現(xiàn)有關(guān)參數(shù)有待完善。

1.2.1 存在問題

（1）煙支在經(jīng)過打棒后，出現(xiàn)煙支中煙絲剝離不凈、出絲率低的現(xiàn)象。另外打滾主軸為同一轉(zhuǎn)速主軸，煙支進(jìn)料端打棒磨損較快。

（2）煙支經(jīng)過打棒機(jī)打出的煙絲經(jīng)振槽篩網(wǎng)過濾后仍有部分較長(zhǎng)煙絲未篩分出來(lái)。此種煙絲一般為20 mm長(zhǎng)的較好煙絲，造成資源的浪費(fèi)。

（3）經(jīng)打棒后篩分出來(lái)的煙絲中含有散碎的紙皮。

（4）在殘煙房環(huán)境方面，空氣中粉塵含量較大。

1.2.2 原因分析

（1）因進(jìn)料端煙支的整體密度大，當(dāng)落入打棒后由于空間的限制，殘煙支往往會(huì)緊貼在網(wǎng)壁上，不能在打棒和網(wǎng)壁之間形成有效的揉搓，使得煙支中的煙絲不能被很好地打出來(lái)。當(dāng)提高轉(zhuǎn)速時(shí)又會(huì)因后半部煙支充分?jǐn)嚢杓安糠譄熃z被打出，使得整體密度降低，過快的速度會(huì)使煙紙被打碎而影響出料煙絲的質(zhì)量。另外以往使用的殘煙支處理機(jī)，因進(jìn)料端煙支在未經(jīng)甩打前煙紙與煙絲的結(jié)合力最大，而且整體密度較大。存在著進(jìn)料段部位打棒磨損較快的現(xiàn)象。

（2）打棒出料端煙支中的煙絲經(jīng)打后會(huì)經(jīng)過滾網(wǎng)后，部分較短的煙絲會(huì)隨機(jī)落入下面的輸送帶上，最終經(jīng)光電除雜后回收再利用。其中部分較長(zhǎng)的煙絲由于孔徑設(shè)計(jì)太大會(huì)造成煙紙含量增大。而很大一部分會(huì)隨著出料端落入振篩上再次篩分，但是因?yàn)槭軐挾确较虻南拗?，振篩長(zhǎng)度不足，其中的長(zhǎng)煙絲不易落下來(lái)，至落入輸送皮帶機(jī)時(shí)仍有部分煙絲未篩分出來(lái)，回收效果不太理想。

（3）回收煙絲中含有的主要為散碎的濕漬煙紙。其主要原因?yàn)闊熤г诮?jīng)過高溫蒸汽加濕過程中存在產(chǎn)生冷凝水的現(xiàn)象。當(dāng)蒸汽遇到冷的室壁會(huì)有部分冷凝水產(chǎn)生，當(dāng)其匯集滴落到煙支上，煙支在經(jīng)過打棒過程被打碎，成為碎屑而被回收到煙絲中，成為影響回收煙絲質(zhì)量的主要原因。

（4）針對(duì)影響室內(nèi)環(huán)境的因素，主要是在光電除雜和進(jìn)棒振槽處增加除塵設(shè)備，以改善工作環(huán)境。

（5）現(xiàn)用接雜下料振煙絲結(jié)構(gòu)不篩網(wǎng)板與下底板為一個(gè)相對(duì)封閉空間，通過落料孔收集雜料，長(zhǎng)時(shí)間的使用可能會(huì)出現(xiàn)雜料黏接在底板上或因其他因素造成堵塞。一旦出現(xiàn)堵塞其處理只有通過拆卸其上網(wǎng)板，維修起來(lái)比較麻煩。

（6）由于使用的卷煙紙、濾材不同，導(dǎo)致其間的結(jié)合力不一樣，而處理殘煙支時(shí)卻采用相同的處理參數(shù)，影響到最終的處理效果。

2 殘煙處理解決思路及可行性分析

2.1 殘煙處理工序參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

通過調(diào)研及分析可知，目前打棒機(jī)構(gòu)其結(jié)構(gòu)及運(yùn)行形式存在一定問題。項(xiàng)目組計(jì)劃設(shè)計(jì)一種針對(duì)煙支各過程形態(tài)不同而采用不同方式處理的殘煙處理系統(tǒng)，將殘煙支的運(yùn)行過程形態(tài)與設(shè)備結(jié)構(gòu)相統(tǒng)一，使煙紙與煙絲在分離過程中，機(jī)械作用于不同階段煙紙的形態(tài)，從而使設(shè)備對(duì)殘煙支的處理更具有針對(duì)性。既滿足工藝需要及設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，又提升了殘煙處理機(jī)出絲率、降低造碎及絲中含紙率。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：為了進(jìn)一步驗(yàn)證殘煙處理工序過程加工實(shí)際能力，對(duì)可能影響殘次煙支利用率相關(guān)參數(shù)利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)三個(gè)可控參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)U1（分離裝置打輥轉(zhuǎn)速）、U2（潤(rùn)后提升機(jī)電機(jī)頻率）、U3（喂料提升機(jī)頻率）進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，以期找到提升空間。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過對(duì)殘煙工序可控參數(shù)進(jìn)行正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，可以確定提升喂料機(jī)頻率U3、分離裝置打輥轉(zhuǎn)速U1對(duì)殘次煙支處理效果有較大影響。

2.2 解決思路

通過調(diào)研及分析可知，目前打棒機(jī)構(gòu)其結(jié)構(gòu)及運(yùn)行形式存在一定問題，如打棒為通軸，軸上各打棒的速度均勻一致，而煙支的形態(tài)在打棒中存在很大的差距，從而造成了每階段的差異性，進(jìn)而導(dǎo)致煙紙與煙絲分離不徹底或者設(shè)備結(jié)構(gòu)不具有一定的過程針對(duì)性。

具體思路：煙支在進(jìn)入打棒系統(tǒng)后，分兩個(gè)階段。前階段為：在高速運(yùn)行的打棒系統(tǒng)中，煙絲迅速脫離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)煙紙與煙絲的分離，此階段作用時(shí)間短，以盡量減少此階段的煙絲和煙紙?jiān)焖?，保證整絲率及降低煙紙的造碎，為后期絲中含紙率奠定基礎(chǔ);第二階段為低速運(yùn)行：在低速運(yùn)行過程中，避免了打棒、濾筒及煙絲之間的摩擦，從而減少煙絲和煙紙的造碎，同時(shí)將煙支中殘留的煙絲剝離出來(lái)。

根據(jù)煙支過程形態(tài)，將其運(yùn)行過程分為兩部分，相對(duì)應(yīng)的打棒機(jī)的運(yùn)行過程針對(duì)其過程形態(tài)分為兩個(gè)部分，通過在同一軸上設(shè)計(jì)出不同轉(zhuǎn)速以滿足需要。

2.2.1 新型打棒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

將單一結(jié)構(gòu)的打滾主軸改為內(nèi)、外套筒結(jié)構(gòu)的復(fù)合型主軸，另增加一組傳動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)料部位與其他部位轉(zhuǎn)速的不同（即實(shí)現(xiàn)分級(jí)打棒兩種速度）。在進(jìn)料端采取加大轉(zhuǎn)速的方式以增加煙支的攪動(dòng)效果，能使煙支充分旋轉(zhuǎn)，在棒機(jī)和網(wǎng)壁間形成有效的揉搓，使煙絲分離出來(lái)，提高出絲率。由于實(shí)現(xiàn)了分級(jí)控制，當(dāng)出現(xiàn)頭部打棒磨損較為嚴(yán)重不能滿足生產(chǎn)，需更換棒軸。可根據(jù)每根軸的具體使用情況進(jìn)行更換維修，而不用更換整軸。

2.2.2 電控系統(tǒng)改造

（1）硬件部分。此次設(shè)備改造新增兩臺(tái)電機(jī)的控制，兩臺(tái)電機(jī)均采用變頻控制，其控制回路器件安裝在原主控柜組變頻器控制柜中，本地開關(guān)和對(duì)應(yīng)的手動(dòng)操作雙位帶燈按鈕安裝在此變頻器控制柜面板上，新增器件選型同原系統(tǒng)選型產(chǎn)品。新增兩臺(tái)變頻器通過Profinet網(wǎng)卡連接到原系統(tǒng)的Profinet網(wǎng)絡(luò)中。

（2）軟件部分。在原控制系統(tǒng)中修改系統(tǒng)硬件組態(tài)及監(jiān)控畫面，根據(jù)改造后的工藝要求插入新增設(shè)備的控制程序及監(jiān)控畫面。

2.3 兩級(jí)打棒系統(tǒng)轉(zhuǎn)速（頻率）參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

2.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為達(dá)到兩級(jí)剝離無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)中兩轉(zhuǎn)軸的最佳速度，以保證殘煙處理的最佳實(shí)際使用效果，對(duì)該兩個(gè)可控參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)U1（分離裝置打輥高速）、U2（分離裝置打輥低速）及提升帶頻率進(jìn)行正交試驗(yàn)，以達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)實(shí)驗(yàn)，提升帶頻率穩(wěn)定在35 Hz，煙支流量適中，高速打棒頻率為15 ～18 Hz，低速打棒頻率為13～15 Hz時(shí)，絲中含紙片率降低至5片/500 g，煙絲碎絲率小于5%，煙絲回收率≥75%，效果最佳。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過打棒系統(tǒng)及煙支處理過程中殘煙的形態(tài)分析，設(shè)計(jì)制作出兩級(jí)剝離無(wú)極調(diào)速裝置，提升了煙支處理過程中的有效利用率，使絲中含紙片率降低至5片/500 g，煙絲碎絲率小于5%，煙絲回收率≥75%，提升了殘煙處理的煙絲有效利用率，同時(shí)絲中含紙率下降，保障了卷煙過程的質(zhì)量。

（1）設(shè)計(jì)出新型兩級(jí)剝離無(wú)極調(diào)速系統(tǒng)，并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)過程中，取得了較好的應(yīng)用效果。兩級(jí)剝離打棒系統(tǒng)，采用同一主軸不同速度，有針對(duì)性地對(duì)煙支進(jìn)行剝離，避免因同一轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速無(wú)法調(diào)節(jié)導(dǎo)致的過度揉打問題，降低了煙支分離過程中的煙絲和煙紙?jiān)焖榍闆r，提升了煙絲的回收再利用率。

（2）采用新型打棒材料—聚氨酯，硬度調(diào)節(jié)到80%作為打棒的原材料進(jìn)行開模加工。增加了其硬度和耐磨性，降低了打棒在使用過程中耗損過快的問題，保障了煙支分離過程中質(zhì)量的穩(wěn)定性。

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