制絲喂料機(jī)出料斗視窗優(yōu)化及改進(jìn)

摘 要：在制絲生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中，喂料機(jī)常與出料斗、計量管和電子皮帶秤配套使用。出料斗的檢測元器件集成在有機(jī)玻璃板后部，在生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生煙沫粘黏視窗有機(jī)玻璃板的現(xiàn)象。當(dāng)粘黏煙沫達(dá)到一定密度時，如果未及時擦拭干凈，遮擋了光電開關(guān)，將使系統(tǒng)誤檢測為出料斗堵料并進(jìn)行故障報警、關(guān)停來料輸送，造成下游物料斷流，影響產(chǎn)品質(zhì)量。為解決上述問題，本文增加了自動吹掃裝置，添加了控制程序，改進(jìn)了視窗結(jié)構(gòu)，并對出料斗視窗結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，避免未及時清理出料斗視窗而造成停機(jī)斷料，確保生產(chǎn)過程的連續(xù)和穩(wěn)定，進(jìn)而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：制絲線；出料斗；檢修視窗

中圖分類號：TS 43" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在制絲車間，回潮機(jī)、加料機(jī)及烘絲機(jī)這3臺主機(jī)設(shè)備是對煙絲含水率有重大影響的設(shè)備，而含水率則是煙絲成品質(zhì)量考核的重中之重。為確保含水率達(dá)到工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要嚴(yán)格把控各工段、各工序的生產(chǎn)節(jié)奏和成品質(zhì)量，確保流入下工序的產(chǎn)品指標(biāo)合格。而各工序連接在一起主要依靠喂料機(jī)這一輔聯(lián)設(shè)備。定量喂料設(shè)備是卷煙廠制絲生產(chǎn)線上的重要輸送設(shè)備，在輸送物料過程中起到調(diào)節(jié)物料流量、減少流量波動的作用[1]，適用于葉片、葉絲、煙梗和梗絲等煙草物料在不同加工工序的緩存、輸送和定量喂料[2]。定量喂料一般由喂料機(jī)、計量管和電子皮帶秤等設(shè)備組成[3]。

現(xiàn)有喂料機(jī)出料斗視窗的有機(jī)玻璃板用螺栓固定安裝在出料斗墻板上。生產(chǎn)過程中出現(xiàn)煙沫糊窗現(xiàn)象時，只能從正面打開出料斗檢修門，用長柄工具擦拭視窗的有機(jī)玻璃蓋板內(nèi)側(cè)，操作難度較大。而本文優(yōu)化和改進(jìn)方式可實現(xiàn)出料斗的自清潔，便于現(xiàn)場操作人員實時監(jiān)控當(dāng)前設(shè)備狀況，在保證生產(chǎn)質(zhì)量的同時還能夠減輕現(xiàn)場作業(yè)人員的工作壓力。

1 存在問題分析

以贛州卷煙廠為例，根據(jù)工藝質(zhì)量管理要求和烘絲前進(jìn)料水分/進(jìn)料流量的要求，該廠制絲車間5000kg生產(chǎn)線的進(jìn)料水分SD值需要≦0.33%，進(jìn)料流量CV值需要≦0.15%。這2項指標(biāo)的最主要影響因素就是出料斗及落料口處物料的流動情況.一旦出現(xiàn)堵料或來料不足的情況，極易造成流量波動，導(dǎo)致進(jìn)料水分SD值和進(jìn)料流量CV值指標(biāo)不合格。其主要原因就是烘絲來料經(jīng)高溫、高濕處理，水分較大，生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生煙沫粘黏視窗有機(jī)玻璃板的現(xiàn)象。當(dāng)粘黏煙沫達(dá)到一定密度時，如果未及時擦拭干凈，遮擋了光電開關(guān)，將使系統(tǒng)誤檢測為出料斗堵料而進(jìn)行故障報警[4]。該情況的統(tǒng)計見表1。每日平均發(fā)生次數(shù)為4.75次。分析糊窗現(xiàn)象發(fā)生后的處理流程可知，當(dāng)出料斗出現(xiàn)糊窗現(xiàn)象后，系統(tǒng)發(fā)出警報，操作工需要登上操作平臺、打開出料斗檢修門并用工具擦拭視窗，處理完畢后將檢修門復(fù)原，生產(chǎn)才能恢復(fù)。因此，通過減少糊窗現(xiàn)象出現(xiàn)的次數(shù)，即可減少堵料情況并提升產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。

針對出料斗視窗糊窗現(xiàn)象，根據(jù)實際情況，本文總結(jié)出如下問題。1）視窗材料容易與煙沫產(chǎn)生粘連且易產(chǎn)生磨損，影響監(jiān)測元器件工作。2）當(dāng)前視窗固定方式較煩瑣，耗時較長且易松動。3）清理視窗需要操作工登上操作平臺操作，費時費力。

2 出料斗視窗改進(jìn)方案的設(shè)計和實施

2.1 出料斗視窗改進(jìn)方案的設(shè)計構(gòu)思

以第1節(jié)中歸納總結(jié)的3個問題為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)方案的分析和構(gòu)思，需求如下。1）使用穩(wěn)定有效的吹掃系統(tǒng)，高效清潔出料斗視窗。2）制作易于操作保養(yǎng)的視窗裝置，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動效率。3）通過檢測系統(tǒng)實現(xiàn)清理裝置的自動控制。

2.2 出料斗視窗結(jié)構(gòu)改進(jìn)的實施

研究小組通過查閱相關(guān)資料，針對需求進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計了吹掃系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)和報警系統(tǒng)。影響吹掃系統(tǒng)吹掃效果的主要因素包括視窗材質(zhì)和吹掃噴嘴。借鑒車間殘絲摻配崗位落料口的吹掃裝置及其吹掃效果，決定將有機(jī)玻璃和金屬噴嘴作為制作材料，并通過走訪、調(diào)查統(tǒng)計了操作工清理視窗的清理方式。超過三分之二的操作工選擇使用壓縮空氣吹掃方式來清理視窗。結(jié)合殘絲摻配吹掃裝置的工作原理及操作工的操作習(xí)慣，研究小組利用空壓氣管、傳感器和視窗零部件進(jìn)行模擬試驗，通過使用不同濕度的煙沫覆蓋視窗來觸發(fā)光電傳感器，再通過壓縮空氣噴嘴吹出的高速氣流，以合適的角度吹除視窗上的臟污。傳感器復(fù)位的情況統(tǒng)計見表2，可知該方案清潔效果較好，成功率較高。

在壓縮空氣的使用方面，根據(jù)車間現(xiàn)場壓縮空氣壓力選擇合適孔徑的吹掃管路，并結(jié)合可調(diào)空壓閥調(diào)整合適的壓力。使用對應(yīng)管徑的氣管連接頭，采用扁型噴嘴與異型活門凹形斜面的上部凹槽相匹配，從出料斗外部設(shè)置噴吹噴嘴，在出料斗內(nèi)部從上往下噴吹壓縮空氣氣流，以消除裝置干擾[5]。調(diào)整吹掃角度和風(fēng)力，在確保清潔效率達(dá)標(biāo)的同時，避免影響物料下落狀態(tài)，造成流量波動。

在對視窗材料的選購加工方面，根據(jù)設(shè)備所處生產(chǎn)環(huán)境，落料斗及SIROX設(shè)備處溫、濕度較高。為確保視窗系統(tǒng)能夠正常工作，選擇車間運用最多的有機(jī)玻璃。有機(jī)玻璃具有透明性高、機(jī)械強(qiáng)度高、質(zhì)量輕及易于加工的特點，其耐磨度也符合本次改進(jìn)的需求。表2中的吹掃試驗使用的視窗材料為有機(jī)玻璃。

選型后，對視窗尺寸進(jìn)行測量和設(shè)計。為保證有機(jī)玻璃的強(qiáng)度，排除在有機(jī)玻璃上鉆孔的方案，選用在視窗上方留噴嘴縫隙的方案。如圖1中凹形斜面所示，在確保上方壓縮空氣扁型噴嘴氣流正常通過的同事也能有較好的密封性。在扁型噴嘴的中部與視窗接觸位置加工出凸形臺階，可與視窗上部平面進(jìn)行配合，確保上部噴嘴處的密封性，避免壓縮空氣噴吹清潔后的煙沫從上部縫隙溢出?？梢暻闆r增加橡膠密封墊，進(jìn)一步提高密封性，并降低因設(shè)備震動產(chǎn)生的摩擦。同時在視窗下端可配合凸形斜面調(diào)整噴吹氣流與視窗的接觸角度。適當(dāng)?shù)膰姶到嵌瓤梢龑?dǎo)氣流順利吹過視窗，并取得較好的清潔效果，使噴吹清理下的煙沫能正常混入物料中。

研究小組在視窗的安裝和拆卸方面也進(jìn)行了新的設(shè)計。日常生產(chǎn)及保養(yǎng)過程中有對視窗活門進(jìn)行拆卸的操作。原有的安裝方式為插槽式，即在窗口兩側(cè)設(shè)置金屬槽，下部設(shè)置金屬檔條。視窗活門的安裝及拆卸需要操作工抬起視窗活門，從設(shè)備上部插入或抽出。該安裝方式對視窗的磨損較大且不易操作。通過對原有視窗裝置進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，與兩側(cè)金屬插槽處接觸的玻璃磨損較大且安裝后存在一定的曠量，在生產(chǎn)中易發(fā)出摩擦聲。并且在生產(chǎn)中設(shè)備會產(chǎn)生震動，易導(dǎo)致插槽式視窗從下方金屬檔條處滑出，存在較大的安全隱患。因此采用車間新增設(shè)備中的快速夾具和便于裝卸式夾具對出料斗視窗進(jìn)行固定。此類快速夾具搭扣是根據(jù)平面四桿機(jī)構(gòu)中雙搖桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械原理設(shè)計的，由連桿、機(jī)架及2個連架桿等組成。當(dāng)連桿與連架桿的2個鉸接點和其中一連架桿與機(jī)架的鉸接點同在一條直線時，機(jī)構(gòu)處于死點位置。這時，被壓緊的工件無論有多大的反力（除破壞性反力），也無法使壓頭松開[6]。這種快速夾具通過橡膠頭對視窗進(jìn)行固定，上部的可調(diào)整螺絲能夠調(diào)整夾具的松緊度，避免壓壞視窗玻璃。此類快速夾具的固定既能達(dá)到良好的密封效果，也有較好的易用性。同時根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境及操作工的使用習(xí)慣，在視窗的左下角設(shè)置活門把手，進(jìn)一步提升了拆卸、安裝操作的便捷性。

在檢測元器件方面，原有的檢測裝置為一組漫反射式光電開關(guān)，但煙沫糊窗位置具有不確定性，因此容易產(chǎn)生誤報或漏報。為解決該問題，小組在視窗下端添加了一組漫反射式光電開關(guān)，并根據(jù)視窗固定位置設(shè)計了縱向的光電開關(guān)支架，在保證檢測準(zhǔn)確的同時，避免與視窗活門拆卸操作發(fā)生干涉。出料斗視窗結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

在確保強(qiáng)度和耐用度合格的情況下，對視窗材料進(jìn)行加工。將框架和視窗部件進(jìn)行組裝，添加快拆夾具，并調(diào)整夾緊力使其穩(wěn)固。在視窗蓋板開設(shè)矩形窗口，使用異形活門密閉窗口，并采用快速夾具緊固活門等，即可從出料斗外側(cè)快速取下煙沫糊窗的活門進(jìn)行擦拭，操作簡單、快捷、可靠且易于安裝及拆卸。

在自動化臟污煙沫識別方面，采用合適的傳感器檢測臟污煙沫。車間內(nèi)主要運用的傳感器如下。1）電感式接近開關(guān)，依靠霍爾效應(yīng)來檢測距離，無法正常區(qū)分生產(chǎn)狀態(tài)和煙沫糊窗狀態(tài)。2）對射式光電開關(guān)，需要有獨立的接收端在對側(cè)接收光信號，由于生產(chǎn)過程中落料口中始終有物料通過，因此無法選用對射式光電開關(guān)。3）漫反射式光電開關(guān)，發(fā)射端和接收端集成在一起，通過微調(diào)旋鈕可調(diào)整觸發(fā)距離。并且有機(jī)玻璃視窗反射率極低，不會發(fā)生誤判。通過選擇波長光源適宜的漫反射開關(guān)，即可識別視窗是否被煙沫遮擋。正常生產(chǎn)時，視窗有機(jī)玻璃處較清潔，傳感器發(fā)出的光束經(jīng)過潔凈的玻璃反射后，接收到的光強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)置的觸發(fā)閾值，傳感器不會發(fā)出信號，壓縮空氣電磁閥不工作。當(dāng)煙沫堆積糊窗時，視窗有機(jī)玻璃處被煙沫遮擋，傳感器發(fā)出的光束經(jīng)煙沫反射后再接收的光強(qiáng)達(dá)到觸發(fā)閾值，傳感器就會發(fā)出信號，壓縮空氣電磁閥工作，壓縮空氣噴吹系統(tǒng)啟動，以清理視窗處的煙沫。當(dāng)遮擋視窗的煙沫被清理干凈后，光信號強(qiáng)度再次低于設(shè)置的閾值，傳感器信號斷開，壓縮空氣結(jié)束噴吹。

為達(dá)到理想的清理效果，在電磁閥控制程序中添加相應(yīng)程序。原有的工作方式是在監(jiān)測到糊窗或堵料后才進(jìn)行噴吹，容易使煙沫堆積過多，影響噴吹效果，因此小組對控制程序進(jìn)行了調(diào)整，使用循環(huán)判斷模式。當(dāng)系統(tǒng)上電運行時，每5s輸出信號控制壓縮空氣電磁閥打開進(jìn)行噴吹，噴吹位置為異形活門內(nèi)側(cè)的光電開關(guān)位置點凹形斜面，防止對射光電開關(guān)位置發(fā)生糊窗現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)檢測到漫反射光電開關(guān)傳感器輸出的堵料信號持續(xù)時間大于5s時，輸出信號至報警系統(tǒng)。報警系統(tǒng)選用聲光報警器，報警聲響亮且有警示燈，確保在生產(chǎn)現(xiàn)場噪聲較大的情況下也可以起到警示作用。選擇的安裝位置為光電開關(guān)支架下部，便于供電和信號傳輸線路的走線，提高了系統(tǒng)的集成度。同時在生產(chǎn)結(jié)束后發(fā)出信號，可提醒操作人員在批次結(jié)束后及時清理整個視窗，以便觀察喂料機(jī)出料斗物料情況，防止發(fā)生系統(tǒng)誤檢、堵料停機(jī)現(xiàn)象。

同時在制絲中操控電腦操作界面添加提醒功能，使用Wonderware Intouch軟件對界面進(jìn)行修改，并在現(xiàn)場PLC通信模塊中添加通信點，與出料斗視窗監(jiān)測傳感器信號進(jìn)行綁定[7]。當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)堵料信號時，將報警信息同步到中控操作屏幕上，設(shè)備界面出料斗位置閃爍報警信息，提示中控操作工?，F(xiàn)場崗位操作工進(jìn)行其他工作時，中控崗位操作工也可通過屏幕報警信息了解堵料情況，通過對講機(jī)通知操作工及時處理糊窗現(xiàn)象，避免斷料。

3 實際應(yīng)用效果

根據(jù)上述方案對出料斗視窗進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，并對整個裝置的吹掃系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、報警系統(tǒng)進(jìn)行安裝測試，確保其正常工作。吹掃系統(tǒng)由壓縮空氣源、電磁閥和扁形噴嘴組成；監(jiān)測系統(tǒng)由2對漫反射光電開關(guān)、處理器組成；報警系統(tǒng)由處理器、現(xiàn)場聲光報警器和中控操作屏組成。在生產(chǎn)中，該系統(tǒng)主要有3個工作狀態(tài)。1）當(dāng)正常生產(chǎn)視窗裝置干凈時，壓縮空氣噴吹系統(tǒng)以5s為間隔對視窗進(jìn)行噴吹，保持視窗清潔，避免堆積煙沫，避免高溫、高濕的煙沫長時間附著在視窗上，導(dǎo)致后續(xù)難以清理。此時漫反射光電開關(guān)不發(fā)出信號，報警系統(tǒng)不工作。2）當(dāng)視窗裝置出現(xiàn)煙沫堆積糊窗現(xiàn)象時，漫反射光電開關(guān)被煙沫遮擋發(fā)出信號，壓縮空氣噴吹系統(tǒng)立即對視窗進(jìn)行噴吹。清潔完畢后，漫反射光電開關(guān)信號斷開，噴吹結(jié)束，報警系統(tǒng)不工作。3）當(dāng)煙沫堆積過厚，吹掃系統(tǒng)無法徹底清潔視窗時，漫反射光電開關(guān)被遮擋超過5s，即傳感器持續(xù)輸出5s信號，現(xiàn)場控制系統(tǒng)會向報警系統(tǒng)發(fā)出信號，現(xiàn)場報警系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，中控操作屏也出現(xiàn)相應(yīng)的警告信息。

最后小組對改進(jìn)后的烘絲機(jī)前出料斗的工作情況進(jìn)行了跟蹤調(diào)查，統(tǒng)計了糊窗出現(xiàn)次數(shù)和系統(tǒng)報警次數(shù)，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后未出現(xiàn)煙沫糊窗導(dǎo)致的斷料現(xiàn)象，并通過對現(xiàn)場操作工進(jìn)行回訪調(diào)查了解到該系統(tǒng)的可靠性和耐久性均達(dá)到預(yù)期水平，顯著降低了處理出料斗糊窗時的工作強(qiáng)度。小組對2023年8月烘絲機(jī)進(jìn)料水分偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計，見表3。

8月烘絲機(jī)進(jìn)料水分偏差平均值為0.034%，符合其進(jìn)料水分偏差的工藝要求，并小于優(yōu)化改進(jìn)前的平均值。同時統(tǒng)計了2023年6月改進(jìn)前及8月改進(jìn)后的機(jī)入口流量CV值，并繪制流量CV圖，如圖2所示，車間生產(chǎn)工藝要求流量CV值≤0.15%，均滿足工藝質(zhì)量要求且比改進(jìn)前有所降低。

由烘絲喂料機(jī)出料斗糊窗造成的斷料隱患顯著減少，設(shè)備運行的穩(wěn)定性得到提升，進(jìn)料水分SD值和進(jìn)料流量CV值均達(dá)到要求，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)語

本文通過改進(jìn)制絲車間烘絲前喂料機(jī)出料斗視窗，解決了實際生產(chǎn)中的堵料及斷料問題，消除了烘絲工序生產(chǎn)過程中的質(zhì)量隱患，確保指標(biāo)合格，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)了自動處理和防差錯的雙重保障，提高了車間的生產(chǎn)工作效率，加強(qiáng)了現(xiàn)場操作工和機(jī)械修理工利用精益思想發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的能力。通過多崗位協(xié)作，整合車間資源進(jìn)行精益改進(jìn)活動。通過使用烘絲喂料機(jī)出料斗視窗，降低了設(shè)備故障率，節(jié)約了生產(chǎn)運行時間，降低了操作人員勞動強(qiáng)度，消除了設(shè)備缺陷造成的質(zhì)量隱患。實際驗收結(jié)果表明，改進(jìn)后的視窗裝置穩(wěn)定可靠，易于操作及保養(yǎng)，不僅提升了生產(chǎn)現(xiàn)場的自動化應(yīng)用程度，還保證了產(chǎn)品質(zhì)量，使生產(chǎn)現(xiàn)場保持整潔，在煙草行業(yè)制絲生產(chǎn)線和運用出料斗來進(jìn)行流量控制的裝置上具有較大的推廣價值。

參考文獻(xiàn)

[1]林啟紅，林天勤，章俊祥.卷煙制絲設(shè)備[M].鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2014.

[2]國家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2016.

[3]《煙機(jī)設(shè)備修理工（制絲）專業(yè)知識》編寫組.煙機(jī)設(shè)備修理工（制絲）專業(yè)知識（上冊）[M].鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

[4]高翔，黃傳喜，陳杰.松散回潮模式對煙葉加工質(zhì)量的研究[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（16）：84.

[5]江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司.一種用于煙草烘絲喂料機(jī)出料斗新型視窗裝置：CN202010153946.7[P].2020-05-05.

[6]陳國華.機(jī)械機(jī)構(gòu)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[7]袁要紅，郭亞東.煙草制絲工藝質(zhì)量控制要點[J].河南農(nóng)業(yè)，2020（29）：41-42.