殘次品卷煙無損傷回收煙絲技術(shù)的研究與實踐

金彩洪，李勇，張文平，李吉安，周文建，劉松，張曉磊，程志斌

（紅塔煙草（集團）有限責任公司楚雄卷煙廠，云南 楚雄 675000）

對殘次品卷煙的煙絲進行回收處理再利用，是所有卷煙生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)全過程不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)，煙絲回收率高低直接影響對標指標單箱耗葉量、生產(chǎn)成本和一個工廠的制造力水平。目前國內(nèi)外各大卷煙制造企業(yè)使用的殘次品卷煙處理設(shè)備種類較多,按其工作原理可分為滾刀滾切式、打孔剖切式、噴蒸汽激振式、煙支縱向切割式等。按實現(xiàn)殘次品卷煙剖開卷煙紙的方式可分為打擊法、切割法2大類。其共同特點均通過機械方式，外力直接作用在殘次品卷煙的卷煙紙和煙絲上，使卷煙紙剖開或打擊破碎后，再通過振篩振動、輸送、分選，將煙絲抖落，實現(xiàn)煙絲與卷煙紙和濾嘴的分離。

1 技術(shù)背景

楚雄卷煙廠卷包車間殘煙回收處理設(shè)備為國內(nèi)生產(chǎn)，其工作原理是殘次品卷煙通過輸送帶輸送，對殘次品卷煙進行蒸汽回潮，再通過打輥（一個大圓柱體表面上鑲滿直徑為Φ15mm的圓柱體塑料打釘）將殘次品卷煙打擊破碎后輸送到振篩上分選，使煙絲與卷煙紙、濾嘴分離，該設(shè)備的特點是具有機、電氣、儀一體化，處理殘次品卷煙能力強的優(yōu)點，但也同樣存在一些設(shè)計缺陷，一是設(shè)備龐大、能源消耗大、價格昂貴；二是打擊法破碎煙支造成煙絲造碎，產(chǎn)生大量煙末，煙絲回收率低，理論設(shè)計煙絲回收率為70%，但在實際使用中僅為60%多一點；三是利用振篩使煙絲與卷煙紙、濾嘴分離后，卷煙紙、濾嘴中含有部分煙絲，而煙絲中含有部分細小的紙屑，回收煙絲純凈度不高，煙絲回收周期長、流程復雜、工序多，降低了煙絲回收率和回收后煙絲的質(zhì)量；四是目前國內(nèi)外的殘次品卷煙處理設(shè)備只能處理非爆珠煙支（處理殘次品爆珠煙支，爆珠會掉落或破損在煙絲中，污染煙絲），車間正常生產(chǎn)時，每天產(chǎn)生殘次品卷煙約700公斤，造成煙絲的浪費極大?，F(xiàn)在每公斤煙葉的平均單價早已突破120元，為積極貫徹落實降本增效、高質(zhì)量發(fā)展的相關(guān)要求，在全車間樹立降低生產(chǎn)成本就是提高經(jīng)濟效益的思想理念，消除生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)的一切浪費已成為車間工作的重點之一。因此，車間成立項目組，以大師工作室牽頭，要求項目組要充分利用車間人力、物力資源設(shè)計一專用設(shè)備，最大程度消除過程浪費，提高殘次品卷煙的煙絲回收率，提高回收煙絲的質(zhì)量。

2 殘次品卷煙無損傷回收煙絲新型設(shè)備的設(shè)計與制造

2.1 無損傷回收煙絲概念的導入與實驗

煙絲是卷煙生產(chǎn)中最主要的原料，隨著煙葉價格的不斷上漲，對卷煙工廠來說要控制生產(chǎn)成本，控制好煙絲消耗，減少煙絲過程浪費有著十分重要的意義。在卷煙生產(chǎn)過程中，對煙絲的工藝指標有嚴格的要求，其中工藝要求煙絲的含水率要控制在12±0.5%范圍內(nèi)，如果煙絲水分過低，則煙絲脆而無韌性，容易破碎形成煙末，造成浪費。生產(chǎn)過程中，不可避免的會產(chǎn)生一定數(shù)量的殘次品卷煙，殘次品卷煙放置時間越長，水分流失越多，煙絲越容易造碎，由于煙絲的物理特性決定了煙絲在翻轉(zhuǎn)、搬運、受外力作用都會產(chǎn)生煙絲造碎，形成煙末。因此，要實現(xiàn)提高殘次品卷煙的煙絲回收率，提高回收煙絲質(zhì)量這個目標，就要最大限度降低殘次品卷煙回收處理的過程損耗，就必須縮短回收煙絲時間，盡可能避免殘次品卷煙受外力的作用，因此，對殘次品卷煙的卷煙紙、煙絲無損傷處理技術(shù)的研究，便成為項目組課題研究必然選擇的方向。項目組經(jīng)過長時間的思考論證，提出了以高壓空氣為工作介質(zhì)，沿殘次品卷煙的軸線方向從濾嘴端吹向點火端，將煙絲吹出，實現(xiàn)煙絲與卷煙紙和濾嘴徹底分離的方案。經(jīng)在車間現(xiàn)場實地實驗，用氣槍對準殘次品卷煙濾嘴端輸入1.5bar的高壓空氣即可將煙支中的煙絲全部吹出，如圖1所示，卷煙紙、濾嘴無絲毫損傷，煙絲中無絲毫紙花，分離后的煙絲無損傷，用同樣的方法，對玉溪高配爆珠卷煙進行實驗，同樣可以把煙絲完全吹出，而爆珠完好無損的保留在濾嘴中，該方案可實現(xiàn)一機兩用（對爆珠卷煙、非爆珠卷煙都可處理），實驗證明該方案可行。

圖1 輸入高壓空氣使煙絲與卷煙紙、濾嘴徹底分離無損傷實驗

卷包車間共18臺ZJ17卷接機組，按每天生產(chǎn)18h，每臺機3個班產(chǎn)生的殘次品卷煙20kg左右，5臺高速機每天每臺機產(chǎn)生的殘次品卷煙在80kg左右，如果設(shè)計制造1臺小型的殘次品卷煙處理設(shè)備，每臺卷接設(shè)備或幾臺卷接設(shè)備配備1臺，產(chǎn)生的殘次品卷煙及時處理，回收煙絲水分并未流失，可100%保證煙絲純凈度，可采用人工方式或輸送帶與卷煙機料斗相連，回收的煙絲直接進入卷煙機供料系統(tǒng)使用，則回收處理殘次品卷煙的過程浪費可接近為零，方案確定后，便著手設(shè)計制造1臺新型殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設(shè)備。

2.2 殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設(shè)備的設(shè)計思路

殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設(shè)備主要由機座機架、殘次品卷煙儲存裝置、殘次品卷煙接收輸送裝置、煙絲與卷煙紙濾嘴分離裝置、傳動裝置、檢測裝置、控制裝置、濾嘴卷煙紙收集箱、煙絲收集箱、采用不銹鋼制作的防護罩工作臺等組成?？紤]到殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設(shè)備要放置在機臺上，總體外形尺寸不宜過大，故采用厚度為8mm，材料為Q235B的鋼板制作機座機架，機座是1塊長為800mm、寬為500mm、厚度為8mm的鋼板，在鋼板上焊接有4個帶制動的萬向輪形成機座，在機座的上平面上焊接2塊立板和加強筋形成機架，其中內(nèi)立板寬300mm、高700mm，外立板寬150mm、高450mm，在2立板上加工有軸承孔，在軸承孔處采用借料方法通過焊接，使之變?yōu)?6mm的厚度，軸承孔用于安裝型號為6202的軸承支撐輸送鼓輪軸和輸送鼓輪，在輸送鼓輪上方安裝有導軌對煙支控制定位，在機架上安裝有高壓空氣噴嘴、檢測開關(guān)、電磁閥、殘次品卷煙輸送鼓輪由安裝在機座上的伺服電機通過同步齒形帶驅(qū)動，速度可調(diào)，光電開關(guān)檢測并提供輸送鼓輪上煙支是否與高壓空氣噴嘴對準，提供信號決定電磁閥控制開啟、關(guān)閉噴嘴高壓空氣。殘次品卷煙料倉安裝在內(nèi)立板上，利用煙支的自重下落，橢圓整理輥連續(xù)轉(zhuǎn)動，確保殘次品卷煙連續(xù)下落，殘次品卷煙順利進入輸送鼓輪承煙槽，輸送鼓輪載著殘次品卷煙轉(zhuǎn)動，為防止高壓空氣噴吹殘次品卷煙濾嘴端時，煙支產(chǎn)生軸向移動，安裝在鼓輪環(huán)上的滾花輪盤可對煙支增大摩擦力，在輸送鼓輪上端安裝的固定導軌對殘次品卷煙濾嘴部分徑向壓縮0.3mm，對煙支徑向壓縮0.2mm，當輸送鼓輪載著煙支轉(zhuǎn)動到殘次品卷煙煙支與濾嘴卷煙紙徹底分離裝置的噴嘴處時，高壓空氣脈沖從噴嘴吹出，沿著殘次品卷煙的軸線方向從濾嘴端吹向點火端，實現(xiàn)殘次品卷煙的煙絲與卷煙紙、濾嘴徹底分離。在輸送鼓輪底部設(shè)置有2個收集箱，分別用于收集分離后的煙絲和濾嘴卷煙紙，被高壓空氣脈沖從煙支中吹出的煙絲進入專用煙絲收集箱內(nèi)，濾嘴卷煙紙由導軌控制、鼓輪將其輸送到垂直位置時，固定導軌失去把持作用，在清理器和自重的作用下，濾嘴卷煙紙掉落在濾嘴卷煙紙收集箱內(nèi)。該方案是一種通過高壓空氣噴吹殘次品卷煙濾嘴端，外力間接作用在煙絲上的柔性處理方法，整個處理殘次品卷煙回收煙絲的過程浪費接近于零。

2.3 設(shè)計繪制專用設(shè)備的主要零件圖

根據(jù)設(shè)計思路繪制主要零件圖。

（1）輸送鼓輪軸零件圖（如圖2所示）其作用是通過軸承支撐輸送鼓輪。

圖2 輸送鼓輪軸零件圖

（2）鼓輪環(huán)零件圖（如圖3所示）其作用是用于接收、輸送殘次品卷煙。

圖3 鼓輪環(huán)零件圖

外段鼓輪由1個鼓輪環(huán)、2個滾花輪盤通過螺釘連接組成，中間段鼓輪由1個鼓輪環(huán)組成，內(nèi)段鼓輪由1個鼓輪環(huán)、2個滾花輪盤通過螺釘連接組成，3段輪體組合而成輸送鼓輪，3段鼓輪體通過頂絲固定在輸送鼓輪軸上，軸向位置可調(diào)整。

（3）滾花輪盤零件圖（如圖4所示）其作用是通過螺釘連接安裝在鼓輪環(huán)上，用于支撐殘次品卷煙，與固定導軌配合完成對煙支的定位。滾花輪盤外圓面為工作面，工作面經(jīng)過滾花處理，和煙支接觸時與固定導軌配合以增大摩擦力，可防止殘次品卷煙受高壓空氣噴吹時發(fā)生軸向移動。

圖4 滾花輪盤零件圖

（4）固定導軌零件圖（如圖5所示）其作用是通過支撐軸支撐，與滾花輪盤之間的間隙、軸向位置均可調(diào)整，二者配合完成對煙支的定位。

圖5 固定導軌零件圖

2.4 殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.4.1 殘次品卷煙煙支接收輸送裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

（如圖6所示）為殘次品卷煙煙支接收輸送裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置由殘次品卷煙料倉1、橢圓整理輥2、左限量導板10、右限量導板3組成下落通道，輸送鼓輪5、固定導軌4、伺服電機6、同步帶輪7、同步齒形帶8和9組成殘次品卷煙接收輸送煙支裝置。該裝置能將濾嘴朝向一致的殘次品卷煙加入料倉1，加入料倉1中的殘次品卷煙，沿右限量導板3，左限量導板10，共同組成的通道下落，煙支直徑為7.8mm，考慮到煙支變形因素，故兩導板工作面之間的距離即下落通道寬度設(shè)計為9mm，根據(jù)煙支下落情況，下落通道寬度可調(diào)整，左右限量導板端部與輸送鼓輪外圓面之間的間隙為0.5mm，通過調(diào)整料倉支撐螺桿位置實現(xiàn)，在料倉的出口由左右限量導板對煙支進行控制，由于煙支的自重和橢圓整理輥2的作用，殘次品卷煙沿限量導板組成的通道下落，并且第1支煙進入鼓輪槽后，只有輸送鼓輪轉(zhuǎn)動了1支煙所對應的弧長，第2支煙才能下落，輸送鼓輪轉(zhuǎn)動速度越快，煙支下落速度越快，反之煙支下落速度越慢，隨著輸送鼓輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了殘次品卷煙的連續(xù)下落，輸送鼓輪的轉(zhuǎn)速由伺服電機6控制，固定導軌4與輸送鼓輪5上的滾花輪盤配合完成對煙支的定位。

圖6 煙支接收輸送裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖

2.4.2 殘次品卷煙煙絲與卷煙紙濾嘴無損傷徹底分離裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

圖7為殘次品卷煙煙絲與卷煙紙濾嘴無損傷徹底分離裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置由電磁閥、檢測開關(guān)、高壓空氣管、噴嘴、輸送鼓輪、固定導軌、煙絲回收箱、濾嘴卷煙紙回收箱組成。該裝置能將濾嘴朝向一致的殘次品卷煙經(jīng)料倉下落通道，在料倉下落通道的出口處，由于左右限量導板的控制作用，殘次品煙支進入輸送鼓輪承煙槽，固定導軌安裝在輸送鼓輪上方，工作位置可調(diào)整，對煙支起導向定位作用，在正對高壓空氣噴嘴處，固定導軌對濾嘴徑向壓縮0.3mm，對煙支壓縮0.2mm，當輸送鼓輪載著煙支轉(zhuǎn)動到噴嘴處時，由檢測開關(guān)提供信號，電磁閥控制的高壓空氣脈沖從噴嘴吹出，沿著殘次品卷煙的軸線從濾嘴端吹向點火端，將煙支中的煙絲吹出，使煙絲與濾嘴卷煙紙徹底分離，分離后的煙絲進入煙絲回收箱，鼓輪繼續(xù)載著無煙絲的空殼濾嘴卷煙紙轉(zhuǎn)動到垂直位置，即輸送鼓輪正下方處時，空殼濾嘴卷煙紙失去導軌的把持，在自重和清理器作用下掉落在濾嘴卷煙紙回收箱內(nèi)，完成了殘次品卷煙無損傷分離煙絲和濾嘴卷煙紙的工作任務。

圖7 煙絲與卷煙紙濾嘴無損傷徹底分離裝置

2.4.3 殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設(shè)備總裝圖

圖8為殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設(shè)備總裝圖，按設(shè)計技術(shù)要求完成殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設(shè)備的裝配，測量外形輪廓尺寸，采用1.5mm厚的不銹鋼板制作設(shè)備的防護罩、工作臺。該專用設(shè)備制作安裝完畢，具有外觀美觀、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、移動方便、功能可靠、維修性好的特點。若要提高處理殘次品卷煙的能力，可增加噴嘴數(shù)量、增加輸送鼓輪轉(zhuǎn)速或輸送鼓輪的個數(shù)均可實現(xiàn)。

圖8 總裝圖

3 經(jīng)濟效益估算

（1）2020年，楚雄卷煙廠實際生產(chǎn)卷煙共計569968.2箱，實際產(chǎn)生的殘次品卷煙130693.09kg。

（2）按財務的折算方法在每支煙中煙絲占比的重量為74.18%。

（3）按百分之百的煙絲回收率應回收煙絲130693.09kg×74.18%＝ 96948.13kg。

（4）按照目前煙絲回收率為60%計算，2020年煙絲回收量為：

96948.13 kg×60%＝ 58168.87kg。

（5）殘次品卷煙新型處理方法，由于過程浪費接近為零，按回收率提升30%計算，則2020年煙絲回收量為96948.13kg×90%＝ 87253.31kg。

（6）殘次品卷煙新型處理方法每年可節(jié)約煙絲：

87253.31 kg-58168.87kg＝ 29084.44kg。

（7）每公斤煙絲單價按120元計算（打葉復烤、制絲成本忽略），則每年可降低煙絲成本費用：29084.44kg×120元=3490132.8元。

（8）殘次品卷煙新型處理設(shè)備制造費用預計8000元。因此項目每年可節(jié)約資金：3490132.8-8000=3482132.8元。

4 結(jié)語

通過對殘次品卷煙無損傷回收煙絲技術(shù)項目的開展，項目組成員在設(shè)計過程中齊心協(xié)力、相互幫助，積累了豐富的經(jīng)驗，為今后開展類似的技術(shù)攻關(guān)創(chuàng)新活動奠定了堅實的基礎(chǔ)。