垂直分切機(jī)切片均勻性的優(yōu)化提升

鄧為仁

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西柳州 545006）

0 引言

卷煙制絲過(guò)程中，煙包的垂直分切是煙葉生產(chǎn)的首道工序，將開(kāi)箱后的煙包按照設(shè)定的厚度進(jìn)行分切，并輸送至下一道工序。分切后的煙塊均勻性、連續(xù)性直接影響松散回潮入口電子秤的物料流量變異系數(shù)，對(duì)松散回潮的效果有著顯著的影響。

1 問(wèn)題分析

垂直分切機(jī)主要由機(jī)架、切刀、入口輸送帶、擋料板、卸料臂、卸料滑槽、出口輸送帶、壓縮空氣系統(tǒng)等部件組成（圖1）。

圖1 垂直分切機(jī)結(jié)構(gòu)示意

垂直分切機(jī)的工作原理是：在設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行后，煙包被垂直分切機(jī)入口輸送帶輸送至設(shè)定位置，卸料臂與過(guò)渡板就位。煙包經(jīng)光電檢測(cè)單元檢測(cè)確認(rèn)后，推料板在氣缸的作用下閉合，推料板驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，將待切的煙包按設(shè)定的分切長(zhǎng)度推送至切刀正下方。之后，擋料板在氣缸的作用下，順著擋料板限位滑槽往煙包的位置下移直至貼緊煙包。擋料板到位后，卸料臂上的過(guò)渡板在氣缸作用下退出，推料板往后退至與煙塊有一定間隙的位置，之后切刀在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下對(duì)煙包實(shí)行分切。煙塊被切后，刀片往上抬起，擋料板后退，卸料臂往出料方向擺出。切后的煙塊在卸料臂的作用下落入卸料滑槽，在垂直分切機(jī)出口輸送皮帶的摩擦力作用下進(jìn)入下一道工序。當(dāng)被切的煙塊處于卸料滑槽高位，卸料到位漫反射光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)能檢測(cè)到時(shí)，卸料臂不往進(jìn)料方向回?cái)[，推料板無(wú)動(dòng)作。當(dāng)煙塊在出口輸送帶的作用下往前輸送，卸料到位漫反射光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到不到煙塊后，卸料臂回?cái)[，過(guò)渡板就位，推料板再次按照設(shè)定的長(zhǎng)度將剩余的煙塊推至切刀下方，進(jìn)行下一刀的分切，如此循環(huán)。當(dāng)一個(gè)煙包被分切完畢，推料板張開(kāi)回退到初始位，將下一個(gè)煙包送至垂直分切機(jī)下方，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

原設(shè)計(jì)存在以下3 個(gè)問(wèn)題：①在煙包輸送過(guò)程中，由于輸送至垂直分切機(jī)的輸送輥道過(guò)長(zhǎng)，輸送帶較多，且輸送輥、輸送帶銜接處存在一定的落差和間隙，容易導(dǎo)致煙包底部被磨得不平整，而煙包底部不平整將直接導(dǎo)致底部所受摩擦力分布不均勻，最終造成煙包跑偏，使得進(jìn)入切刀部位的煙包歪斜不正，甚至沖過(guò)頭，導(dǎo)致切塊不均勻；②切片后，由于擋料板與煙塊的距離不合適，導(dǎo)致被切的煙塊與刀片、煙塊與擋料板之間存在作用力，在卸料過(guò)程中引發(fā)煙塊傾斜、傾倒、分層、散亂，導(dǎo)致切片后物料不均勻；③垂直分切機(jī)切煙過(guò)程中，被切的煙塊在落入卸料滑槽過(guò)程中，會(huì)不可避免地存在一定量的散開(kāi)分層。由于垂直分切機(jī)輸送皮帶與卸料滑槽頂端之間存在固有間隙，部分零散煙葉或較小煙塊由于飛濺或被擠壓，進(jìn)入垂直分切機(jī)輸送皮帶與卸料滑槽頂端之間的間隙卡住不動(dòng)。當(dāng)卡在縫隙中的煙葉或煙塊達(dá)到一定的量時(shí)，會(huì)觸發(fā)卸料到位漫反射光電檢測(cè)，使得系統(tǒng)誤以為被切的煙塊仍舊停留在卸料滑槽上，從而停止切煙。若操作工未及時(shí)發(fā)現(xiàn)或處理不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致切片后煙塊流量不均勻甚至斷料。以上的3 個(gè)問(wèn)題均會(huì)導(dǎo)致被切后的煙塊流量不均勻，不連續(xù)，從而造成松散回潮筒入口流量變異系數(shù)過(guò)大，最終影響松散回潮工序的工藝指標(biāo)。

2 改進(jìn)措施

針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)在垂直分切機(jī)入口輸送帶上、切片前加裝煙包歸正裝置，對(duì)跑偏、歪斜的煙包進(jìn)行及時(shí)的歸正處理，從而確保進(jìn)入切刀部位的煙包的規(guī)整性。同時(shí)對(duì)擋料板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，消除煙塊與刀片、煙塊與擋料板之間存在作用力，確保被切的煙塊進(jìn)入下游輸送帶的落料均勻性。并且在卸料滑槽、機(jī)架處加裝卸料防誤檢測(cè)裝置，對(duì)卡在垂直分切機(jī)輸送皮帶與卸料滑槽頂端間隙的煙葉或碎煙塊進(jìn)行及時(shí)的清理，確保切后煙塊的均勻性、連續(xù)性。

2.1 切片前加裝煙包歸正裝置

煙包歸正裝置由檢測(cè)部件、歸正部件及相關(guān)控制部件組成，安裝在垂直分切機(jī)入口輸送帶前。其中檢測(cè)部件主要由漫反射光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)等組成，安裝在煙包輸送通道的正上方，在豎直方向上超過(guò)煙包高度一定距離，確保能檢測(cè)到煙包，同時(shí)又不會(huì)被超高的煙包刮碰。橫向則對(duì)稱(chēng)分布在輸送通道兩側(cè)，兩邊各1 個(gè)。輸送通道兩側(cè)的漫反射光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)的間距小于煙包寬度，確保寬度較小的異型煙包能被檢測(cè)到，檢測(cè)部件安裝在歸正部件之前，煙包先進(jìn)入檢測(cè)部件的檢測(cè)區(qū)域，再進(jìn)入歸正部件的歸正區(qū)域。歸正部件由帶導(dǎo)桿氣缸、U 形流利條等組成（圖2）。

圖2 煙包歸正裝置示意

煙包歸正裝置的工作原理如下：①當(dāng)煙包正常進(jìn)入歸正裝置檢測(cè)區(qū)域，輸送通道兩側(cè)的漫反射光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)能同時(shí)檢測(cè)到煙包；當(dāng)煙包沒(méi)有進(jìn)入到歸正裝置檢測(cè)區(qū)域，通道兩側(cè)的漫反射光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)都不能檢測(cè)到煙包。以上兩種條件都不會(huì)觸發(fā)煙包歸正裝置動(dòng)作；②當(dāng)煙包跑偏較多，進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域時(shí)，在某個(gè)時(shí)間會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)的漫反射光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)只有一側(cè)能檢測(cè)到煙包的情況。程序設(shè)定，只要出現(xiàn)兩側(cè)漫反射光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)只有一側(cè)能檢測(cè)到煙包的情況，則觸發(fā)煙包歸正裝置動(dòng)作，安裝在機(jī)架兩側(cè)的帶導(dǎo)桿氣缸伸出，限位導(dǎo)向流利條被推出，對(duì)跑偏歪斜的煙包進(jìn)行歸正。流利條呈U 形，入口較大，呈一定弧度，兩側(cè)流利條在皮帶兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布。氣缸推到工作位的流利條中間部位橫向間距比較小的異型煙包寬度稍窄，且氣缸本身具有一定的可壓縮性，能適應(yīng)各種規(guī)格的煙包。而流利條是由一排滾輪組成，滾輪利用滾動(dòng)摩擦對(duì)煙包進(jìn)行復(fù)位，能極大程度地減小對(duì)煙包的損傷。當(dāng)煙包被歸正送至垂直分切機(jī)后，歸正結(jié)束，歸正裝置氣缸換向，歸正裝置回退到位。整個(gè)歸正過(guò)程，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種規(guī)格煙包的歸正作用，也防止煙包出現(xiàn)變形、分層的情況。

2.2 擋料板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

擋料板限位緩沖裝置主要由限位桿、擋料板連接螺栓、機(jī)架緊固螺栓、導(dǎo)向套、緩沖彈簧等組成。當(dāng)推料板推煙塊進(jìn)入切刀的正下方準(zhǔn)備切煙時(shí)，擋料板也同時(shí)順著擋料板滑行板下移。由于改進(jìn)前沒(méi)有限位緩沖裝置，擋料板被氣缸推到底部，擋料板緊貼煙塊。當(dāng)切刀下移，對(duì)煙包按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行分切時(shí)對(duì)被切的煙塊進(jìn)行受力分析（圖3）。在水平方向上，由于擋料板在氣缸的作用力下一直頂著煙塊，煙塊受到切刀與擋料板的共同作用力。當(dāng)切刀切到位后，切刀對(duì)煙塊的作用力為F1，擋料板對(duì)煙塊的作用力為F2，這時(shí)F1=F2＞0。當(dāng)切刀抬起較慢而擋料板后退速度較快，v1＞v2時(shí)，F(xiàn)2的作用力被快速釋放減小，這時(shí)F1＞F2≥0，造成煙塊傾倒堆疊；如果切刀后退速度較快，擋料板后退速度較慢，v2＞v1時(shí)，則作用在煙塊上的F2，由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)使煙塊產(chǎn)生摩擦力f2，因此煙塊被向上運(yùn)動(dòng)的切刀帶起，同樣也造成煙塊歪斜傾倒。

圖3 煙塊受力分析

而限位緩沖裝置則可以通過(guò)對(duì)擋料板連接螺桿的調(diào)整，對(duì)擋料板的驅(qū)動(dòng)氣缸的行程進(jìn)行限位（圖4）。在限位的過(guò)程中，由于緩沖彈簧的作用，不會(huì)對(duì)氣缸產(chǎn)生較大的沖擊。調(diào)整擋料板至合適位置，使擋料板與煙塊始終保持一定距離，這個(gè)距離能保證切刀下移切煙時(shí)，被分切擠壓開(kāi)來(lái)的煙塊輕貼擋料板，既能防止切刀與煙塊、煙塊與擋料之間產(chǎn)生擠壓力，也能防范煙塊歪斜傾倒。由于限位緩沖裝置的作用，煙塊與擋料板產(chǎn)生了距離，擋料板對(duì)煙塊產(chǎn)生的作用力F1=0，則F2=0。且煙塊輕貼擋料板，可以有效的防范切刀下切時(shí)對(duì)煙塊產(chǎn)生的擠壓而使得煙塊傾倒，對(duì)傾倒的被切煙塊起到扶持的作用。改進(jìn)不僅避免了切塊時(shí)產(chǎn)生的擠壓，同時(shí)也可以有效防止煙塊歪斜、傾倒，保證切后煙塊的連續(xù)和均勻性。

圖4 擋料板限位緩沖裝置

2.3 加裝卸料防誤檢測(cè)裝置

卸料防誤檢測(cè)裝置主要由滑槽支座、機(jī)架、調(diào)節(jié)支架、清吹管、清吹頭、手動(dòng)截止閥、減壓閥、蓄能器、電磁閥、手動(dòng)按鈕、PLC控制器、輸送帶、卸料滑槽等組成（圖5）。其中清吹頭在清吹管上成對(duì)稱(chēng)分布，中心分布較密，兩側(cè)分布較散。清吹頭分布較密且孔徑較大對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)樾读下瓷涔怆姽軝z測(cè)卸料區(qū)域，此區(qū)域煙較多，卡煙風(fēng)險(xiǎn)最大。清吹管分布較分散且孔徑較小對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)樾读下瓷涔怆姽軝z測(cè)卸料外區(qū)域，此外區(qū)域煙較少，積煙風(fēng)險(xiǎn)較小。其中減壓閥對(duì)蓄能器的壓力進(jìn)行減壓和穩(wěn)壓作用，蓄能器壓力能保持大于等于0.5 MPa 的壓縮空氣壓力，提供給清吹執(zhí)行部件穩(wěn)定的壓力，減小清吹壓力的波動(dòng)。當(dāng)垂直分切機(jī)準(zhǔn)備運(yùn)行過(guò)料時(shí)，氣源手動(dòng)截止閥提前打開(kāi)，在減壓閥的作用下，給防誤檢測(cè)的清吹部件注入0.5 MPa 的氣壓；當(dāng)垂直分切機(jī)進(jìn)入自動(dòng)切煙狀態(tài)后，防誤檢測(cè)的清吹部件在設(shè)定程序的控制下，通過(guò)PLC控制器對(duì)電磁閥進(jìn)行自動(dòng)控制。自動(dòng)控制分為2 種狀態(tài)：①周期性吹除，在生產(chǎn)過(guò)程中每隔規(guī)定時(shí)間打開(kāi)電磁閥進(jìn)行脈沖式吹除，防止卡煙累計(jì)；②檢測(cè)超時(shí)吹除，當(dāng)卸料到位煙塊漫反射光電檢測(cè)時(shí)間超過(guò)設(shè)定的時(shí)間則電磁閥打開(kāi)，對(duì)卡煙的部位進(jìn)行脈沖式吹除。電磁閥也可以通過(guò)手動(dòng)按鈕進(jìn)行打開(kāi)或者關(guān)閉，進(jìn)行吹除工作。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，有效地解決了卡煙造成誤檢測(cè)引發(fā)的卸料煙塊的不均勻，甚至斷料的問(wèn)題。

圖5 卸料防誤檢測(cè)裝置示意

2.4 優(yōu)化后效果

在切片前加裝煙包歸正裝置，對(duì)擋料板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，加裝卸料防誤檢測(cè)裝置之后，跟蹤了3 d 的生產(chǎn)情況，所跟蹤的批次煙葉設(shè)定流量為6400 kg，抽取其中10 批葉片松散筒入口電子秤流量變異系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 改造前后的葉片松散筒入口電子秤流量變異系數(shù)對(duì)比 %

圖6 改造前后切片后的煙塊均勻情況

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)垂直分切機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中存在的切片不均勻、不連續(xù)的問(wèn)題進(jìn)行分析，并進(jìn)行優(yōu)化整改。在改進(jìn)之后，切片后的煙塊均勻性和連續(xù)性得到顯著改善，切片回潮入口流量變異系數(shù)從1.0%降低至0.1%，提高了葉片松散回潮的效果。