適應(yīng)細(xì)支卷煙加工特性的柔性風(fēng)選系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

袁海霞 - 鄭 茜 張勝華 - 夏自龍 - 蘭志超 -李 俊 王姍姍 - 關(guān)愛章 - 曾 靜 張 凱

(1. 湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司襄陽卷煙廠，湖北 襄陽 441000；2. 徐州眾凱機電設(shè)備制造有限公司，江蘇 徐州 221003)

近年來，細(xì)支卷煙實現(xiàn)了快速發(fā)展，已成為中式卷煙發(fā)展的新亮點。隨著細(xì)支卷煙市場份額的增加，細(xì)支卷煙產(chǎn)品質(zhì)量備受關(guān)注[1-3]。細(xì)支卷煙因其規(guī)格尺寸的特殊性，煙絲中含梗量對細(xì)支卷煙品質(zhì)的影響較常規(guī)卷煙更為明顯[4-5]。煙絲烘后經(jīng)兩級柔性風(fēng)選，一定程度上降低了煙絲的含梗量[6-8]。但在實際生產(chǎn)中，大流量風(fēng)選時，絲、梗分離效果不佳，含梗率較高，易導(dǎo)致細(xì)支卷煙煙支刺破、掉火頭、物理指標(biāo)波動大等質(zhì)量缺陷。

為保證產(chǎn)品質(zhì)量，部分廠家在細(xì)支卷煙生產(chǎn)過程中，采用加大煙絲中梗簽剔除量的方法來降低煙支刺破質(zhì)量缺陷[8-9]。但梗簽中可用煙絲量增高[10]，煙絲消耗上升，造成煙葉原料浪費大、消耗高[4,7]。朱國成等[11]通過研制節(jié)能型多級葉絲風(fēng)選系統(tǒng)，減少了葉絲水分和溫度散失，減少了能源消耗；戈方等[12]研發(fā)了一種新型的葉絲風(fēng)選裝置，通過增加松散裝置對絲團和長絲進行松散和打短，從而提高葉絲純凈度，改善煙絲結(jié)構(gòu)，但這些研究并未解決梗中含絲率高的問題。另外，目前尚未見針對大流量葉絲風(fēng)選的研究報道。試驗擬開發(fā)一種適應(yīng)于細(xì)支卷煙大流量葉絲風(fēng)選的加工裝置及工藝技術(shù)，以提高葉絲柔性風(fēng)選梗簽剔除效果，降低剔除梗簽含絲量，提升原料綜合利用率。

1 問題分析

現(xiàn)有二級風(fēng)選系統(tǒng)主要由一級葉絲就地風(fēng)選系統(tǒng)和二次風(fēng)選系統(tǒng)組成。葉絲風(fēng)選時，葉絲經(jīng)給料機構(gòu)(一級進料振槽、快速進料皮帶)進入一級風(fēng)選箱體后，在側(cè)向進風(fēng)的作用下進行飄選，由于物料懸浮速度的差異，干凈的葉絲經(jīng)出料機構(gòu)進入葉絲主線；含有梗簽及絲團等重質(zhì)葉絲通過除雜皮帶機、定量皮帶機、二級風(fēng)選進料振槽，進入二次風(fēng)選箱體，利用垂直進風(fēng)對飄選下來的物料再進行一次浮選，利用其懸浮速度的差異，將混雜其中輕的物料選出，較重、較大物料由二次風(fēng)選箱體出口排出。

目前企業(yè)葉絲線流量大(6 400 kg/h)且細(xì)支卷煙較常規(guī)卷煙牌號切絲寬度較窄，煙絲更易纏繞、結(jié)團。結(jié)團煙絲直接進入一級風(fēng)選箱體，絲、梗分離效果差，一級風(fēng)選后絲中含梗率>1%。加大對煙絲中梗簽的剔除，可以提高煙絲純凈度，降低細(xì)支卷煙梗簽刺破煙支質(zhì)量風(fēng)險，但也會導(dǎo)致二級風(fēng)選后更多合格煙絲被誤除，加大了煙絲消耗。

為提高風(fēng)選后煙絲純凈度和減少二級風(fēng)選剔除梗簽中合格煙絲的含量，需解決3個方面的問題：① 有效松散結(jié)團煙絲，避免大量煙絲和梗簽纏繞影響絲梗分離效果；② 加大梗簽剔除量，滿足大流量葉絲風(fēng)選要求和細(xì)支卷煙低梗簽需求；③ 對梗簽中誤剔煙絲回收再利用，降低葉絲風(fēng)選過程的煙絲消耗。

2 改進方法

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，適應(yīng)細(xì)支卷煙加工特性的柔性風(fēng)選系統(tǒng)由進料結(jié)構(gòu)、定量皮帶、風(fēng)選箱體、除雜機構(gòu)及電控系統(tǒng)等組成。進料機構(gòu)包括攤薄振槽1與高速皮帶3；風(fēng)選箱體4、8、9以串聯(lián)方式連接；輸送機構(gòu)包括帶式輸送機5、6、11和提升輸送機7，提升輸送機位于帶式輸送機出料端；沉降式落料器10用于收集三級風(fēng)選后的葉絲，除塵管道與風(fēng)選箱體和沉降式落料器相連，用于去除煙末及灰塵。

1. 攤薄振槽 2. 梳絲輥 3. 高速皮帶 4. 一級風(fēng)選箱 5. 一號帶式輸送機 6. 二號帶式輸送機 7. 提升輸送機 8. 二級風(fēng)選箱 9. 三級風(fēng)選箱 10. 沉降式落料器 11. 三號帶式輸送機

圖1 適應(yīng)細(xì)支卷煙加工特性的柔性風(fēng)選系統(tǒng)示意圖

Figure 1 Diagram of flexible pneumatic separation system adapted to the processing characteristics of slim cigarettes

工作原理：烘絲后葉絲經(jīng)攤薄振槽攤薄進入梳絲輥，纏繞結(jié)團的葉絲經(jīng)松散后，經(jīng)高速皮帶至一級風(fēng)選箱內(nèi)，在下吹風(fēng)力的作用下，實現(xiàn)輕質(zhì)葉絲與含梗簽的重質(zhì)葉絲首次分離；分離后的輕質(zhì)葉絲經(jīng)輸送機進入后續(xù)工序，含梗簽的重質(zhì)葉絲經(jīng)落料器進入一級風(fēng)選除雜皮帶機，由定量皮帶機、振動輸送機進入二級風(fēng)選箱，進行葉絲與梗簽二次風(fēng)選，分離后的葉絲并入主線進入下道工序；含較大梗簽比例的重質(zhì)葉絲進入三級風(fēng)選，分離出的葉絲向上進入沉降式落料器回主線，梗簽剔除進入下方收集箱，實現(xiàn)對二級風(fēng)選中誤剔除合格葉絲的再次回收。

2.2 電控系統(tǒng)

如圖2所示，當(dāng)收到聯(lián)動啟動信號后，一級、二級、三級風(fēng)選匯總皮帶7首先啟動，其次二級、三級風(fēng)選匯總皮帶6啟動，再其次整個三級風(fēng)選系統(tǒng)3啟動，接著二級篩選后振篩5啟動，然后整個二級風(fēng)選系統(tǒng)2啟動，再然后一級篩選后皮帶機4啟動，最后整個一級風(fēng)選系統(tǒng)1啟動，一套完整多級風(fēng)選便啟動完成。一級、二級、三級風(fēng)選各新增一套風(fēng)壓傳感器，以檢測除塵風(fēng)壓的變化。

2.3 一級葉絲風(fēng)選系統(tǒng)改進

一級風(fēng)選系統(tǒng)進料振槽的主要作用是攤薄、預(yù)松散物料并使鋪料均勻，而目前企業(yè)葉絲線流量大且切絲寬度較窄，烘絲后煙絲纏繞成團較明顯，導(dǎo)致現(xiàn)有一級風(fēng)選系統(tǒng)進口葉絲結(jié)團較多，現(xiàn)有振槽無法滿足攤薄預(yù)松散要求，直接影響風(fēng)選效果。因此將平板攤薄振槽替換為具有葉絲松散和篩分功能的進料裝置，并將出料口提高約300 mm，同時在出料口處增加一組梳絲輥。新增進料裝置長5 100 mm，寬1 600 mm，傾角5°。該裝置采用分層和分段式設(shè)計，上層篩分板前段采用波紋板加勻料板結(jié)構(gòu)，其作用是將物料在篩板上平鋪均勻；后段新型波紋棒條縫篩采用不銹鋼棒條結(jié)構(gòu)，由多組波紋棒條分段組成，波紋棒條間距20 mm，其作用是將葉絲中的絲團、長絲和中、短絲有效篩分開，如圖3、4所示。絲團、長絲由波紋棒條縫篩輸送至梳絲輥，經(jīng)梳絲輥處理后進入風(fēng)分箱體；中、短絲漏下進入下層平板。下層平板作用是將篩分出來的中、短絲直接進入風(fēng)分箱體內(nèi)。梳絲輥采用釘齒狀，其釘齒間距和釘齒長度根據(jù)物料厚度和煙絲結(jié)構(gòu)質(zhì)量需求可調(diào)整，梳絲輥的轉(zhuǎn)速可調(diào)，其作用是將絲團和長絲選擇性松散、打短，使葉絲松散均勻進入風(fēng)分箱。

1. 一級風(fēng)選系統(tǒng) 2. 二級風(fēng)選系統(tǒng) 3. 三級風(fēng)選系統(tǒng) 4. 一級篩選后皮帶機 5. 二級篩選后振篩 6. 二級、三級風(fēng)選匯總皮帶 7. 一級、二級、三級風(fēng)選匯總皮帶

圖2 三級葉絲風(fēng)選電控系統(tǒng)工作流程

Figure 2 Work flow of the electronic control system of three-stage pneumatic separation system

一級葉絲就地風(fēng)選機進料裝置的改進和梳絲輥的增加，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)選前葉絲進料分層差異化處理工藝，提高了風(fēng)選前葉絲的松散度和進料均勻性，一定程度地改善葉絲結(jié)構(gòu)。

圖3 一級風(fēng)選進料裝置

1. 一級風(fēng)選進料口 2. 新型波紋棒條縫篩 3. 平板振槽 4. 中短絲出口 5. 梳絲輥 6. 一級風(fēng)選機 7. 一級風(fēng)選出料振槽 8. 一級風(fēng)選合格葉絲出口

圖4 一級葉絲風(fēng)選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Figure 4 Diagram of the first-stage pneumatic separation system

2.4 二級葉絲風(fēng)選系統(tǒng)改進

在原二級葉絲風(fēng)選箱體下部增加振篩，在不影響二級風(fēng)選效果的同時將物料送至三級風(fēng)選系統(tǒng)，見圖5、6。振篩寬800 mm，長1 900 mm，高600 mm，網(wǎng)孔Φ1.5 mm，裝機功率2.2 kW。

2.5 三級葉絲風(fēng)選系統(tǒng)設(shè)計

三級風(fēng)選系統(tǒng)包含定量皮帶機、風(fēng)選箱(含進料氣鎖)、沉降式落料器及激振振篩(位于三級風(fēng)選箱下方)，

1. 二級風(fēng)選合格葉絲出口 2. 匯總皮帶機 3. 二級風(fēng)選出雜振篩 4. 二級風(fēng)選機 5. 二級風(fēng)選進料振槽 6. 定量皮帶機 7. 一級風(fēng)選除雜皮帶機

圖5 二級葉絲風(fēng)選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Figure 5 Diagram of the second-stage pneumatic separation system

圖6 二級風(fēng)選出雜振槽

如圖7所示。定量皮帶機采用隔板帶的結(jié)構(gòu)，由提升帶與水平帶分體的模式，設(shè)計為一體式，結(jié)構(gòu)簡單，保養(yǎng)維修方便，可避免水平段與提升段結(jié)合處漏料問題的產(chǎn)生，同時，隔板帶兩側(cè)配有防跑偏軌道凸臺及軌道限位輪，可以防止物料跑偏。三級風(fēng)選箱體設(shè)計：由拋料輥、箱體、振動篩等組成，其中風(fēng)選箱體尺寸600 mm×800 mm，除塵風(fēng)量5 000 m3/h，物料進料流量約為700 kg/h。風(fēng)選箱下部底板設(shè)計下吸式網(wǎng)孔激振振篩，網(wǎng)孔Φ0.8 mm，振篩頻率750 次/min，兩臺振動電機功率均為0.37 kW，其功能是用于承接三級葉絲風(fēng)選篩出的梗簽，能夠延長葉絲、梗簽風(fēng)選時間，實現(xiàn)絲、梗的有效分離。三級風(fēng)選箱體設(shè)置梗簽出雜口，用于梗簽和雜物的出料，梗簽雜物集中收口，收口距離地面高度≥900 mm，便于使用編織袋接裝梗簽，收集方便，降低職工勞動強度。

1. 三級風(fēng)選葉絲出口 2. 匯總皮帶機 3. 二級風(fēng)選除雜振槽 4. 提升皮帶機 5. 振動輸送機 6. 三級風(fēng)選機 7. 三級風(fēng)選出雜口

圖7 三級風(fēng)選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Figure 7 Diagram of the third-stage pneumatic separation system

3 應(yīng)用效果對比

3.1 試驗設(shè)計

3.1.1 材料

A牌號細(xì)支卷煙葉絲及成品煙支：某卷煙公司提供。

3.1.2 儀器與設(shè)備

煙梗含絲測定儀：KARDIEN SST-2型，韓國煙草人參公社；

煙絲振動分選篩：YQ-2型，鄭州恒德通用機械有限公司；

綜合測試臺：KC-DT型，Borgwaldt KC公司；

煙支含末率測試儀：JMZ-III型；合肥眾沃儀器技術(shù)有限公司。

3.1.3 方法 選取10批葉絲，分別在一級風(fēng)選入口、一級風(fēng)選葉絲落料出口、二級風(fēng)選葉絲落料出口、三級風(fēng)選葉絲落料出口及三級風(fēng)選梗簽落料出口取樣，每個測試點取樣5組，每組100 g，用KARDIEN SST-2型“煙梗含絲測定儀”測定絲中含梗率及梗簽含絲量；選取經(jīng)葉絲風(fēng)選后的10批煙絲，每批煙絲取1 kg，用YQ-2型煙絲振動分選篩煙絲結(jié)構(gòu)檢測；連續(xù)生產(chǎn)10批成品細(xì)支卷煙，每批取樣50支，將煙支中的煙絲剝出，用KARDIEN SST-2型“煙梗中含絲測定儀”檢測煙支含梗率；利用KC-DT型綜合測試臺，對連續(xù)生產(chǎn)10個月成品細(xì)支卷煙的物理指標(biāo)進行測定，同時對刺破情況進行統(tǒng)計并計算煙支刺破率。

3.2 梗中含絲和絲中含梗對比

葉絲風(fēng)選系統(tǒng)改進前后絲中含梗率和梗中含絲率測試結(jié)果見表1。

表1 梗中含絲、絲中含梗檢測結(jié)果

通過三級葉絲柔性風(fēng)選后，一級風(fēng)選后與二級風(fēng)選前、后葉絲含梗率與改進前相比均出現(xiàn)明顯降低；風(fēng)選剔除梗簽含絲率由23.60%降至3.21%，降低比例超過10%，且梗簽剔除量由123.6 kg升至129.8 kg，表明在保證梗中含絲率大幅降低的同時，梗簽凈剔除量也增加，梗簽剔除效果顯著改善。進一步分析數(shù)據(jù)可知，改進后每批次可回收葉絲約25 kg，全年按60萬箱產(chǎn)量計算，每年可回收利用葉絲達(dá)32 t，風(fēng)選技術(shù)改進后對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營降本增效、精益管理產(chǎn)生較好的示范作用。

3.3 煙絲結(jié)構(gòu)對比

葉絲風(fēng)選系統(tǒng)改進前后煙絲結(jié)構(gòu)檢測，結(jié)果見圖8。

圖8 葉絲結(jié)構(gòu)及含水率檢測結(jié)果

從圖8可以看出，烘絲后葉絲經(jīng)新型葉絲柔性風(fēng)選后，長絲率(>3.35 mm)下降了2.9%，中絲率(2.50～3.35 mm)上升了2.5%，短絲率(1.00～2.50 mm)基本不變，整絲率(>2.50 mm)基本無變化。新型葉絲柔性風(fēng)選改善了煙絲結(jié)構(gòu)，長絲、含末率下降，中絲上升，有利于細(xì)支卷煙生產(chǎn)。

3.4 成品煙支含梗率對比

測試10批次葉絲風(fēng)選系統(tǒng)改進后成品煙支含梗率，并與改進前煙支含梗率對比，如圖9所示。由圖9可知，改進后細(xì)支煙含梗率為0.74%，相比于改進前下降了0.32%，煙支中梗簽含量下降比例較明顯。

3.5 煙支物理指標(biāo)和刺破率對比

測定葉絲風(fēng)選系統(tǒng)改進前后卷制的成品煙支物理指標(biāo)和刺破率，結(jié)果如表2所示。通過與改進前的對比，經(jīng)新型風(fēng)選系統(tǒng)后卷制的成品煙支各項物理指標(biāo)較原有風(fēng)選系統(tǒng)均有不同程度提升：煙支重量、吸阻、硬度、含末率

圖9 成品煙支含梗率測試結(jié)果

及含水率均無明顯變化，但重量、吸阻及硬度等指標(biāo)標(biāo)偏均下降，綜合得分上升，刺破率顯著降低，表明新型葉絲風(fēng)選工藝技術(shù)能夠保障成品卷煙質(zhì)量，使卷煙質(zhì)量更加趨于穩(wěn)定。

表2 煙支物理指標(biāo)和刺破率檢測結(jié)果

4 結(jié)論

改進后的新型葉絲柔性風(fēng)選系統(tǒng)在提高煙絲純凈度的同時可有效降低、剔除梗簽中不合格煙絲的含量，煙絲結(jié)構(gòu)有所改善，卷煙物理質(zhì)量穩(wěn)定性不同程度提升，煙支含梗率明顯下降，煙支刺破外觀質(zhì)量缺陷問題有效改善，有助于提升卷煙產(chǎn)品質(zhì)量，具有較好的降本增效作用，產(chǎn)生明顯經(jīng)濟效益。該系統(tǒng)主要通過三級風(fēng)選系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合來達(dá)到提高煙絲純凈度，同時增加剔除梗簽中合格煙絲的回收再利用，因此后續(xù)需要深入開展三級風(fēng)選系統(tǒng)的工藝參數(shù)優(yōu)化，進一步提高三級風(fēng)選系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，實現(xiàn)三級風(fēng)選系統(tǒng)效果的最大化。