煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置研究

沈劭怡，張 俊，越 海，孔詳昆

(1.云南省煙草煙葉公司，云南 昆明 650500；2.云南鎂然科技有限公司，云南 昆明 650500)

隨著煙草行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)煙葉原料生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)提出了更高的要求[1-3]，尤其是煙葉復(fù)烤工序，該過(guò)程加工的優(yōu)劣直接影響打包后成品的質(zhì)量和安全性。然而煙片復(fù)烤機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中，煙片會(huì)產(chǎn)生粉末、粉塵、煙垢并隨著網(wǎng)帶的運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后粉塵會(huì)在網(wǎng)帶堆積形成積灰，嚴(yán)重影響煙葉的品質(zhì)。

近些年來(lái)，國(guó)外內(nèi)對(duì)清掃設(shè)備做了一定的研究。例如，德國(guó)的凱馳系列清掃機(jī)比較具有代表性，該公司的設(shè)備已趨向智能化。隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)一些團(tuán)隊(duì)開(kāi)始自主設(shè)計(jì)及研發(fā)清潔設(shè)備，并取得良好的效果。2015年，孫紀(jì)周等[4]發(fā)明了一種煙片復(fù)烤機(jī)護(hù)板煙垢清掃裝置，該設(shè)備是用于對(duì)煙片復(fù)烤機(jī)護(hù)板所產(chǎn)生煙垢進(jìn)行清掃的裝置。2018年，吳從禮等[5]設(shè)計(jì)了一套烤片機(jī)主網(wǎng)帶護(hù)板在線(xiàn)自動(dòng)清潔裝置，其優(yōu)點(diǎn)清除垢物不需要停機(jī)檢修，提高了生產(chǎn)效率，降低了機(jī)修成本。同年，阮軍杉等[6]設(shè)計(jì)了一套煙葉復(fù)烤機(jī)內(nèi)部熱交換器、網(wǎng)帶清洗裝置，該發(fā)明所述清洗裝置包括控制裝置、蒸汽沖洗組件、水沖洗組件和污水收集排放組件。通過(guò)反復(fù)的調(diào)試，成功應(yīng)用到生產(chǎn)中。經(jīng)過(guò)安裝前后的對(duì)比，裝置取得了良好的運(yùn)行效果，有效預(yù)防了黑煙垢的生成和積累，減少了煙葉加工損耗，提高了煙葉加工質(zhì)量。2020年，潘文等[7]開(kāi)發(fā)出一種烤機(jī)物料輸送網(wǎng)帶自動(dòng)清潔裝置，旨在通過(guò)降低網(wǎng)帶堵塞率來(lái)提高輸送網(wǎng)帶透氣效率，達(dá)到復(fù)烤片煙均質(zhì)化加工的目的。經(jīng)過(guò)方案的改進(jìn)與驗(yàn)證，網(wǎng)帶透氣效率由78%提升至97%。

通過(guò)上述的研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前清掃裝置的設(shè)計(jì)與研發(fā)盡管解決了一些問(wèn)題，但仍有很多不足，特別是針對(duì)于烤片、烤梗網(wǎng)帶托架的清掃裝置以及清掃裝置各個(gè)環(huán)節(jié)的匹配設(shè)計(jì)，目前還沒(méi)有專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)去研發(fā)。對(duì)于打葉復(fù)烤生產(chǎn)中烤片、烤梗網(wǎng)帶托架清掃裝置的研發(fā)亟待解決。

1 煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置設(shè)計(jì)

煙葉復(fù)烤要經(jīng)過(guò)三個(gè)不同區(qū)域：干燥區(qū)、冷卻區(qū)、回潮區(qū)。在煙葉復(fù)烤中由于網(wǎng)帶受金屬材料加工極限的限制，其通風(fēng)率不夠高；網(wǎng)帶連接部位和魚(yú)鱗片(護(hù)板)不能開(kāi)孔，其烤機(jī)內(nèi)橫向通風(fēng)量不均勻，在烤機(jī)左、中、右部的物料含水率不一致。這些原因?qū)е路蹓m、煙末在熱氣流、水、煙油作用下逐步形成煙垢，網(wǎng)帶各處堵塞情況如圖1所示。

圖1 復(fù)烤機(jī)工作面污染情況

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置的原理如圖2所示。圖2中，引進(jìn)完善的PLC控制單元[8]，該單元能夠準(zhǔn)確控制智能圖像識(shí)別系統(tǒng)、往復(fù)式網(wǎng)板清潔系統(tǒng)以及負(fù)壓除塵系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙葉復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶、鏈條以及魚(yú)鱗板的清潔程度監(jiān)控。與此同時(shí)，PLC控制單元控制往復(fù)式網(wǎng)板清潔系統(tǒng)以及負(fù)壓除塵系統(tǒng)控制清掃電機(jī)在絲桿上(即網(wǎng)板上方)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)清掃和在線(xiàn)吸塵的作用。

圖2 煙葉復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置原理示意圖

除此之外，電控系統(tǒng)還可以進(jìn)入手動(dòng)模式，脫離自動(dòng)模式是根據(jù)需求單獨(dú)進(jìn)行設(shè)備操作。手動(dòng)控制根據(jù)需求能對(duì)網(wǎng)板進(jìn)行在線(xiàn)清掃，當(dāng)只需要對(duì)網(wǎng)帶上局部區(qū)域進(jìn)行清掃時(shí)，只需切換在手動(dòng)模式下操作便可。手動(dòng)模式主要控制的是往復(fù)式鏈條清掃裝置和往復(fù)式魚(yú)鱗板控制裝置。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

煙葉復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置整體方案設(shè)計(jì)如圖3所示。整體在線(xiàn)清潔裝置研究主要分為：電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)板正面清掃裝置設(shè)計(jì)、網(wǎng)板反面清掃裝置設(shè)計(jì)、魚(yú)鱗板清掃裝置設(shè)計(jì)、鏈條清掃裝置設(shè)計(jì)、圖像識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)、雙側(cè)正壓噴頭設(shè)計(jì)以及負(fù)壓除塵裝置設(shè)計(jì)八大板塊。

電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分重點(diǎn)研究自動(dòng)控制模式以及自動(dòng)控制模式下所涉及的PLC控制、顯示器件和電機(jī)等匹配情況，以及電控系統(tǒng)手動(dòng)模式的切換；四大清潔板塊重點(diǎn)研究清掃毛刷[9-10]、清掃電機(jī)、橫移電機(jī)、設(shè)備框架、導(dǎo)軌滑塊軸承、積灰箱以及固定裝置的設(shè)計(jì)和匹配情況；圖像識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于攝像設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理、交換機(jī)以及PLC控制的相關(guān)設(shè)計(jì)和整體匹配；雙側(cè)正壓噴頭以及負(fù)壓除塵裝置主要以外采購(gòu)為主，重要研究當(dāng)前工況條件下兩種裝置的使用情況以及與整體清掃裝置的一個(gè)匹配情況；通過(guò)上述各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)進(jìn)而達(dá)到整體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)。

圖3 煙葉復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置的整體方案設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)調(diào)查、討論、試驗(yàn)及驗(yàn)證，煙片復(fù)烤機(jī)輸送帶在線(xiàn)清潔裝置整體方案的各個(gè)細(xì)節(jié)，包括硬件和實(shí)施方法均得到了最終確認(rèn)。除常規(guī)材料及設(shè)備外，一些特殊設(shè)備及選材主要有：圖像識(shí)別系統(tǒng)選用8個(gè)MER2-160-75GC型工業(yè)數(shù)字相機(jī)。網(wǎng)板正面清掃裝置選用 Ф0.25 mm 耐磨尼龍絲毛刷輥；毛刷滾動(dòng)力源選用86BYGH250C型步進(jìn)電機(jī)；框架采用20號(hào)矩形方鋼管、壁厚為 3 mm；積灰箱選用優(yōu)質(zhì)鋼板(Q235A厚度 1.5 mm)。網(wǎng)板反面清掃裝置選用尼龍612材料毛刷輥。魚(yú)鱗板(護(hù)板)清掃裝置選用金屬毛刷。鏈條掃裝置選用尼龍612材料。負(fù)壓除塵裝置選用G-800負(fù)壓除塵裝置。電控系統(tǒng)中自動(dòng)模式主要包括顯示器、德國(guó)西門(mén)子SIMATIC S7-200 PLC控制器、檢測(cè)器件(接近開(kāi)關(guān))選用上海滬豐機(jī)床電器生產(chǎn)(型號(hào)：LJ12A3-4-Z/BX)。根據(jù)最終方案，現(xiàn)場(chǎng)加工安裝情況如圖4所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)在線(xiàn)清潔裝置有無(wú)安裝對(duì)比統(tǒng)計(jì)

為了進(jìn)一步比較煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)在線(xiàn)清潔裝置的有效性，工作人員分別對(duì)煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置的實(shí)際清掃結(jié)果與人工清掃結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，其中網(wǎng)板正面煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)在線(xiàn)清潔裝置的實(shí)際清掃結(jié)果與人工清掃結(jié)果進(jìn)行比對(duì)結(jié)果如圖5所示。從圖5中看出，在線(xiàn)清潔裝置在11—12月期間每天的清掃平均值為 1.514 kg，人工清掃平均值 0.773 kg，網(wǎng)板正面煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)在線(xiàn)清潔裝置的清掃效率是人工的1.958倍。其中，在11月19日，網(wǎng)板正面煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)在線(xiàn)清潔裝置的清掃效率是人工的3.152倍。反面在線(xiàn)清潔裝置在11～12月期間每天的清掃平均值為 3.682 kg，人工清掃平均值 2.773 kg，網(wǎng)板正面煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)在線(xiàn)清潔裝置的清掃效率是人工的1.328倍，如圖6所示。由此可見(jiàn)，在線(xiàn)清潔裝置與人工清潔效果差距較大，在線(xiàn)清潔裝置遠(yuǎn)好于人工清潔。

圖4 新型配方打葉投料系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)示意圖

圖5 網(wǎng)板正面在線(xiàn)清掃設(shè)備與人工清掃情況對(duì)比

圖6 網(wǎng)板反面在線(xiàn)清掃設(shè)備與人工清掃情況對(duì)比

煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)在線(xiàn)清潔裝置中鏈條清掃裝置的實(shí)際清掃結(jié)果如圖7所示。由于鏈條特殊，人工很難實(shí)現(xiàn)清洗，因此無(wú)人工清洗數(shù)據(jù)。鏈條清掃裝置在11—12月期間每天的清掃平均值為：左側(cè)鏈條為 0.397 kg；右側(cè)鏈條為 0.431 kg。其清掃污漬重量小于網(wǎng)板正反面的原因是鏈條并沒(méi)有直接接觸煙葉，主要積灰是由于粉塵分散所引起的。

圖7 鏈條在線(xiàn)清掃設(shè)備清掃情況

煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置中魚(yú)鱗板清掃裝置的實(shí)際清掃結(jié)果如圖8所示。魚(yú)鱗板位置較為隱蔽，人工很難實(shí)現(xiàn)清洗，因此無(wú)人工清洗數(shù)據(jù)。鏈條清掃裝置在11—12月期間每天的清掃平均值為：魚(yú)鱗板為 0.258 kg；魚(yú)鱗板為 0.342 kg，該期間左側(cè)魚(yú)鱗板清掃污漬最大值達(dá)到 0.320 kg；右側(cè)魚(yú)鱗板清掃污漬最大值達(dá)到 0.390 kg，清掃效果是顯著的。

圖8 魚(yú)鱗板在線(xiàn)清掃設(shè)備清掃情況

2.2 清掃前后網(wǎng)板通孔率統(tǒng)計(jì)

網(wǎng)板通孔率是網(wǎng)板清掃效果評(píng)定的重要指標(biāo)，通孔率越高代表網(wǎng)板上排布的孔洞被污漬封堵的數(shù)量越少，相對(duì)的清掃效果越好，網(wǎng)板通風(fēng)換熱控干水分能力越強(qiáng)。通過(guò)前期對(duì)20塊使用過(guò)后但未清洗的網(wǎng)板進(jìn)行通孔率的測(cè)算發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)板正面孔洞被堵數(shù)量平均值達(dá)到510個(gè)，網(wǎng)板反面孔洞被堵數(shù)量平均值達(dá)到762個(gè)，總的封堵率達(dá)到4.1356%，通孔率為95.8644%。圖9為網(wǎng)板編號(hào)分別為W001和W008兩塊網(wǎng)板清掃前后網(wǎng)板通孔率的餅狀圖，圖9中更加直觀的顯示出清掃前后的效果對(duì)比。煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置對(duì)網(wǎng)板通孔率的提升有明顯效果。其中W001通孔率提升了3.53%，W008通孔率提升高達(dá)5.66%。

圖9 清掃前后網(wǎng)板通孔率情況分析

圖10為25塊測(cè)試網(wǎng)板清掃前后的通孔率提升百分比柱狀圖，從圖10中看出,煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置清掃過(guò)后網(wǎng)板通孔率提升百分比的平均值達(dá)到2.984%，最大提升為W008號(hào)網(wǎng)板提升百分比為5.66%。

圖10 清掃后網(wǎng)板通孔率提升情況分析

3 結(jié)論

1) 針對(duì)云南某煙草公司煙片復(fù)烤機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中，煙片會(huì)產(chǎn)生粉末、粉塵、煙垢并隨著網(wǎng)帶的運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后粉塵會(huì)在網(wǎng)帶堆積形成積灰，嚴(yán)重影響煙葉的品質(zhì)這一現(xiàn)狀，構(gòu)建了一種新型的煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置。

2)在線(xiàn)清潔裝置在11—12月期間每天的清掃平均值為 1.514 kg，人工清掃平均值 0.773 kg，網(wǎng)板正面煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)在線(xiàn)清潔裝置的清掃效率是人工的1.958倍，最高達(dá)3.152倍，在線(xiàn)清潔裝置遠(yuǎn)好于人工清潔。

3)網(wǎng)板通孔率是網(wǎng)板清掃效果評(píng)定的重要指標(biāo)，通孔率越高代表網(wǎng)板上排布的孔洞被污漬封堵的數(shù)量越少，相對(duì)的清掃效果越好。使用煙片復(fù)烤機(jī)輸送網(wǎng)帶在線(xiàn)清潔裝置清掃過(guò)后網(wǎng)板通孔率提升百分比的平均值達(dá)到2.984%，最大提升達(dá)到5.66%。