打葉復(fù)烤中梗拐剔除設(shè)備的研究

陸俊平， 楊小雨， 袁玉通， 劉 文， 阮紅倩

（紅塔集團(tuán)玉溪卷煙廠復(fù)烤二車(chē)間， 云南 玉溪 652600）

引言

在現(xiàn)行卷煙工藝背景下，打葉復(fù)烤工藝將煙葉分成煙片和煙梗兩部分，煙梗的重量約占煙葉重量的四分之一，其同樣含有焦油、尼古丁等，與煙片相近。而制絲工藝將煙片和煙梗分別加工成片絲和梗絲，再與再造煙絲或回用煙絲按比例配置成煙絲。隨著煙梗的切絲加工、減害降焦、卷煙均質(zhì)化等技術(shù)的快速發(fā)展，煙梗在卷煙工藝中扮演的角色越來(lái)越濃重，對(duì)復(fù)烤成品梗的質(zhì)量要求越來(lái)越高。梗絲結(jié)構(gòu)對(duì)卷煙質(zhì)量有明顯影響[1]，目前復(fù)烤成品梗拐剔除設(shè)備的剔除率控制不穩(wěn)定，使得制梗絲工序來(lái)料質(zhì)量不穩(wěn)定，不利于后續(xù)工序的加工質(zhì)量。梗拐含水率與梗絲厚薄不一致，致使含水率不一樣，較多的梗拐將影響后續(xù)工序的加工效果[2]。研究還發(fā)現(xiàn)，不同梗絲的吸食感官質(zhì)量不一，上部煙梗的品質(zhì)總體較差[3]。因此，開(kāi)發(fā)一套高效復(fù)烤成品梗拐剔除設(shè)備，篩除梗拐等對(duì)后續(xù)加工工序有不良影響的煙梗，能確保成品煙梗滿足新型膨脹梗工藝及卷煙內(nèi)在品質(zhì)的需求。

1 打葉復(fù)烤行業(yè)煙梗篩分設(shè)備現(xiàn)狀研究

目前，打葉復(fù)烤行業(yè)中，煙梗篩分設(shè)備主要有以下幾種形式：多級(jí)振動(dòng)篩分機(jī)；筒式（鼠籠式）煙梗篩分機(jī)；光電成像剔除篩分機(jī)等。

多級(jí)振動(dòng)篩分機(jī)一般為串聯(lián)的多級(jí)、多個(gè)振篩組合篩分機(jī)，篩面采用孔篩、條篩、棒狀篩面等，煙梗進(jìn)入振篩后，在振動(dòng)下前進(jìn)。梗拐尺寸較大，短梗細(xì)梗尺寸較小，通過(guò)設(shè)置不同尺寸的篩孔（條），將煙梗中的不合格梗在振動(dòng)中剔除。這種篩分設(shè)備形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，為目前大多數(shù)企業(yè)使用的煙梗篩分設(shè)備形式，對(duì)細(xì)梗、短梗的剔除效果較好；缺點(diǎn)是梗拐形狀不規(guī)則，在振動(dòng)時(shí)與篩面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)比較劇烈，容易卡在篩面上，清理較為困難，卡住的梗拐堵住篩面，影響了設(shè)備的篩分能力。

筒式（鼠籠式）煙梗篩分機(jī)是近年來(lái)使用較多的新型煙梗篩分設(shè)備，同樣由不同尺寸的篩孔（條）進(jìn)行篩分。篩面是筒（鼠籠）狀的，煙梗進(jìn)入設(shè)備后，隨著篩面的旋轉(zhuǎn)向前運(yùn)動(dòng)。與振動(dòng)篩分不同的是，煙梗不是依靠振動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)，而是主要依靠重力向前運(yùn)動(dòng)，與篩面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)較小，因此卡梗情況有一定改善。但是，由于篩面大部分是閉合的，從外界清理卡梗和檢修設(shè)備都存在困難。煙梗某時(shí)刻在筒（鼠籠）狀篩面內(nèi)，不可能完全充滿整個(gè)筒的空間，因此有一部分篩面在某時(shí)刻是空的，因此篩面尺寸需要加大，因此該設(shè)備造價(jià)高。

光電成像剔除篩分機(jī)是將煙梗的圖像用工業(yè)攝像設(shè)備拍下，再進(jìn)行圖像分析，找到不合格梗的位置，將不合格梗剔出。這種篩分設(shè)備目前技術(shù)還未完全成熟，煙梗的圖像處理技術(shù)和不合格梗剔除環(huán)節(jié)還存在應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題，且設(shè)備成本較高，需要專(zhuān)業(yè)人員調(diào)試維護(hù)。

2 梗拐剔除設(shè)備技術(shù)原理設(shè)計(jì)

根據(jù)打葉復(fù)烤行業(yè)煙梗篩分設(shè)備現(xiàn)狀研究，主要需解決的問(wèn)題是梗拐卡在篩孔中的問(wèn)題，目的是提高設(shè)備篩分效率。梗拐的形狀不規(guī)則，運(yùn)動(dòng)到篩孔時(shí)，容易掛在篩孔里。強(qiáng)烈的振動(dòng)，使得梗拐和篩孔間有劇烈運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)讓梗拐緊緊卡在篩孔上。若使用人工清理卡梗，造成人工浪費(fèi)和安全隱患。因此，為解決卡梗拐問(wèn)題，應(yīng)該降低煙梗和篩面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)劇烈程度。

根據(jù)上述分析，項(xiàng)目小組改良梗拐清理設(shè)備，采用往返運(yùn)行的圓筒篩形式，將物料的進(jìn)入方向定義為縱向，本方案篩面為多個(gè)橫向排列的直圓筒組合，圓筒由鏈條組合和帶動(dòng)（如圖1所示）。本方案篩面不震動(dòng)，物料進(jìn)入篩面后，鏈條被驅(qū)動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)篩面圓筒向前運(yùn)動(dòng)。

圖1 篩面結(jié)構(gòu)原理示意圖1

篩面是往返運(yùn)動(dòng)的形式，在篩面一側(cè)有主動(dòng)輪，給篩面提供前進(jìn)動(dòng)力。為使得煙梗的篩面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)劇烈程度降到最低，并保證設(shè)備可以可靠長(zhǎng)時(shí)間地運(yùn)行，設(shè)備必須不進(jìn)行振動(dòng)。但是，不進(jìn)行振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致煙梗松散、翻轉(zhuǎn)不徹底，煙梗產(chǎn)生堆料現(xiàn)象，梗頭或者尺寸較大與篩面篩孔交叉排列的合格梗會(huì)覆蓋在篩面上，使得其他合格梗不能落下。為解決這個(gè)問(wèn)題，在上面上增加張緊鏈輪，使得篩面形成起伏波浪結(jié)構(gòu)（如圖2、圖3所示）。煙梗進(jìn)入設(shè)備后，被向前運(yùn)動(dòng)的篩面帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，并沿著波浪結(jié)構(gòu)篩面運(yùn)動(dòng)；不能從篩面間隙落下的梗拐，運(yùn)動(dòng)到篩面盡頭后掉出篩面；其他梗則從篩面間距落下，從上下層篩面中間離開(kāi)設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)的篩分設(shè)備，煙?？孔陨碇亓芭c篩面的摩擦力向前運(yùn)動(dòng)，與篩面的相互運(yùn)動(dòng)并不劇烈，卡梗情況較少（篩分設(shè)備總裝配如圖4所示）。

圖2 篩分結(jié)構(gòu)原理示意圖2

3 梗拐剔除設(shè)備實(shí)施方案設(shè)計(jì)

篩分裝置主結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)：從上述梗拐剔除設(shè)備的原理可知，影響設(shè)備篩分效果的參數(shù)主要是篩面圓筒的直徑、間距以及篩面波浪結(jié)構(gòu)的尺寸和數(shù)量。首先對(duì)上述參數(shù)對(duì)篩分效果的影響進(jìn)行定性分析：第一，圓筒直徑分析。篩面圓筒直徑過(guò)大，會(huì)造成煙梗難以逾越圓筒本身的高度差，且會(huì)使得篩面波浪結(jié)構(gòu)的有限尺寸變小，可能造成物料翻滾不徹底，影響篩分效果。篩面圓筒直徑過(guò)小，主要是加工困難，且影響篩面的強(qiáng)度。第二，篩面圓筒間距分析。圓筒間距過(guò)大，會(huì)使得部分尺寸較小梗拐從篩面間隙落下，進(jìn)入后級(jí)工序，降低剔除效率。圓筒間距過(guò)小，使得合格梗不容易從篩面間隙落下，使得部分合格梗被剔除，造成誤剔除。第三，波浪結(jié)構(gòu)的尺寸和數(shù)量。波浪結(jié)構(gòu)數(shù)量和尺寸太小，使得煙梗翻轉(zhuǎn)不夠劇烈，部分合格梗自始至終都橫跨在篩面間隙上，堵住篩面，使得其他一些合格梗不能落下，從篩面盡頭被剔除走，造成誤剔除，容易使得煙梗在篩面堆料，翻轉(zhuǎn)不徹底，篩分效果差。篩分結(jié)構(gòu)數(shù)量少，同樣會(huì)導(dǎo)致煙梗翻轉(zhuǎn)不徹底，部分合格梗還來(lái)不及被翻轉(zhuǎn)到篩面間隙處落下，就運(yùn)動(dòng)到篩面盡頭被剔除。篩面結(jié)構(gòu)尺寸太大，可能使得梗拐難以從波浪結(jié)構(gòu)尺寸底部運(yùn)動(dòng)到頂部，造成梗拐堆料。篩分結(jié)構(gòu)數(shù)量受到篩面整體尺寸限制，有最大數(shù)量制約。具體定量分析，將在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行。

圖3 篩分結(jié)構(gòu)透視立體圖

圖4 篩分設(shè)備總裝配圖

實(shí)際設(shè)備的制造應(yīng)考慮生產(chǎn)條件的復(fù)雜性，并留有設(shè)計(jì)余量，設(shè)計(jì)合適的輔助結(jié)構(gòu)有助于設(shè)備高效率運(yùn)行，保證設(shè)備的安全順暢運(yùn)行，具體設(shè)計(jì)如下。

梗拐自動(dòng)清理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：由于梗拐結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，會(huì)有部分梗拐由于結(jié)構(gòu)各異，導(dǎo)致會(huì)有梗拐大頭在篩面外，小頭在篩面內(nèi)，卡在篩面間隙的情況。類(lèi)似這種結(jié)構(gòu)的梗拐，可能在沿著篩面運(yùn)動(dòng)到盡頭，并翻轉(zhuǎn)到篩面另一面時(shí)，不能自然落下。篩面是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，若這部分梗頭在后續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中落下，會(huì)造成漏料，或這部分梗拐再次運(yùn)動(dòng)到篩面正面，會(huì)影響其他煙梗的篩分。由于本篩面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，梗拐不會(huì)卡得非常緊，可以增加自動(dòng)清理梗的裝置。由于設(shè)備篩面篩孔為長(zhǎng)條狀，因此設(shè)計(jì)帶齒圓輥結(jié)構(gòu)，圓輥面上有凸起齒形結(jié)構(gòu)，可以插入篩面間隙，將梗拐推出。圓輥兩側(cè)為鏈輪，為較少圓輥對(duì)設(shè)備篩面轉(zhuǎn)動(dòng)造成的功耗、減低對(duì)梗拐的擠壓破壞，圓輥與篩面之間有彈簧等軟連接設(shè)計(jì)。該種清潔結(jié)構(gòu)可采用不銹鋼等材質(zhì)，強(qiáng)度較好，避免了使用柔性球等橡膠制品清理煙梗[4]可能造成的橡膠等打葉復(fù)烤行業(yè)“一類(lèi)雜物”進(jìn)入煙梗。

煙梗朝向預(yù)排列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：設(shè)備篩面篩孔為長(zhǎng)條形，在無(wú)振動(dòng)情況下，為使得合格梗盡快從篩面篩孔落下，可在篩面前設(shè)計(jì)振動(dòng)波浪形篩。煙梗在振動(dòng)波浪形振動(dòng)篩的作用下，隨著振動(dòng)將趨向于與圓筒篩篩孔統(tǒng)一朝向，有助于合格梗落入振動(dòng)篩時(shí)盡快與篩面篩孔朝向統(tǒng)一，在煙梗前進(jìn)過(guò)程中，盡快離開(kāi)篩面，提高篩分效率。

煙梗朝向再排列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：煙梗在落入圓筒篩面并前進(jìn)一段時(shí)間會(huì)后，朝向已經(jīng)趨向于不一致。為了使得篩面篩分效率提高，可在波浪圓筒篩中間增加煙梗朝向再排列結(jié)構(gòu)。再排列結(jié)構(gòu)可用多種形式，如耙釘、分料塊等。這些結(jié)構(gòu)將直接接觸煙梗，將煙梗在運(yùn)動(dòng)、篩分途中改變整體結(jié)構(gòu)，充分松散，再次將煙梗朝向趨向于與篩面篩孔一致，讓合格煙梗盡快落下。煙梗朝向再排列結(jié)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可按照生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)。

檢修預(yù)留結(jié)構(gòu)：為使得設(shè)備檢修方便，設(shè)計(jì)檢修預(yù)留結(jié)構(gòu)。設(shè)備設(shè)計(jì)手動(dòng)盤(pán)車(chē)設(shè)備，在動(dòng)力輪軸心處預(yù)留鎖形結(jié)構(gòu)，加工與鎖形裝置配合使用的手柄。當(dāng)設(shè)備異常停轉(zhuǎn)時(shí)，可將手柄插入動(dòng)力輪軸心處，進(jìn)行手動(dòng)盤(pán)車(chē)，避免直接用手接觸篩面。設(shè)備設(shè)計(jì)觀察窗，在篩面及轉(zhuǎn)動(dòng)部件處設(shè)計(jì)觀察窗，便于及時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況。設(shè)備外殼可開(kāi)啟，用永磁鐵、鉸鏈鎖定，需要時(shí)可開(kāi)啟，方便設(shè)備檢修。

其他輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：上下層篩面中間設(shè)置接料板，將可以從篩面間隙落下的煙梗接走；設(shè)備篩面下部設(shè)計(jì)托輪，限制設(shè)備篩面和鏈條的移位；設(shè)備最下部加接灰盤(pán)，收集篩面下層回帶的煙灰和異物；為保證安全，設(shè)備所有外部轉(zhuǎn)動(dòng)部件上加防護(hù)罩，設(shè)備增加急停按鈕；機(jī)架腳高度設(shè)計(jì)調(diào)平螺絲進(jìn)行調(diào)平。為防止篩面與設(shè)備外殼相接的兩側(cè)漏料，在這兩側(cè)增加軟密封皮，阻止煙梗下落且盡量較少對(duì)篩面運(yùn)行的阻礙。

4 梗拐剔除設(shè)備方案的實(shí)施

項(xiàng)目小組按照技術(shù)方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)備制造實(shí)施。為確定合適的設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)，項(xiàng)目小組制造樣機(jī)進(jìn)行過(guò)料實(shí)驗(yàn)。

將圓筒直徑和間距取、波浪形尺寸作為控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取正常生產(chǎn)中所用煙梗，進(jìn)行多次帶料實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出，圓筒直徑取11 mm，圓筒間距取8 mm，波浪形結(jié)構(gòu)尺寸取寬400 mm，深分別為（130，150，170）mm時(shí)，設(shè)備達(dá)到最大有效篩分率88.60%，比項(xiàng)目小組現(xiàn)有設(shè)備的平均有效篩分率81.90%有顯著提高。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)備的優(yōu)勢(shì)是落在篩面間隙的梗與篩面無(wú)劇烈運(yùn)動(dòng)，不存在卡梗難以清除現(xiàn)象，所有卡住的梗都會(huì)向前移動(dòng)至篩面盡頭，前面的卡梗不影響后面的梗篩分，設(shè)備后端的梗拐自動(dòng)清理結(jié)構(gòu)能避免人工清理煙梗造成的篩面變形和安全隱患。煙梗朝向預(yù)排列和再排列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)留有一定的參數(shù)調(diào)節(jié)余量，為設(shè)備篩分工況的后期調(diào)節(jié)打下基礎(chǔ)。整個(gè)設(shè)備運(yùn)行順暢，篩分效率與項(xiàng)目小組原使用設(shè)備比有提高。

煙梗、梗拐由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在實(shí)際生產(chǎn)中互相區(qū)分存在一定的困難。本方案實(shí)驗(yàn)得到的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，是在項(xiàng)目小組本地生產(chǎn)環(huán)境中，使用特定品種、穩(wěn)定、水分等屬性的煙葉經(jīng)過(guò)過(guò)料實(shí)驗(yàn)測(cè)定而得，可供其他打葉復(fù)烤企業(yè)參考。

整個(gè)設(shè)備的原理明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，總體造價(jià)適中，占地面積與普通梗拐篩分裝置一致，該設(shè)備易于制造和安裝。隨著國(guó)內(nèi)打葉復(fù)烤企業(yè)的技術(shù)升級(jí)加快，自動(dòng)化、高效化、多參數(shù)化的設(shè)備是今后發(fā)展的基礎(chǔ)。消費(fèi)者對(duì)卷煙產(chǎn)品的要求逐漸提高，對(duì)卷煙生產(chǎn)各工序的控制精度、控制能力提出了新的要求，本設(shè)備提高了煙梗的篩分精度，一定程度上提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度。更加純凈的煙梗是更高質(zhì)量卷煙的基礎(chǔ)，也是消費(fèi)者滿意的基礎(chǔ)。