高頻階梯式煙梗分選篩的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄭 茜 夏自龍 袁海霞 王姍姍 李 俊 關(guān)愛(ài)章 王永海 楊 明 曾偉中

(湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司襄陽(yáng)卷煙廠，湖北 襄陽(yáng) 441000)

梗絲加工過(guò)程中，來(lái)料煙梗中含有較多的煙拐及細(xì)梗。煙拐直徑較大、結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，進(jìn)入壓梗工序易造成壓輥機(jī)堵料；細(xì)梗在切梗時(shí)易堆積、造碎，影響梗絲的加工質(zhì)量[1-2]。煙拐和細(xì)梗壓梗后容易出現(xiàn)煙拐壓破、細(xì)梗漏壓的現(xiàn)象，切絲后成絲效果差且多呈圓片狀或碎末，與細(xì)支卷煙的葉絲配伍性較差，限制了梗絲在細(xì)支卷煙中的應(yīng)用[3-5]。為加工適應(yīng)細(xì)支卷煙摻配應(yīng)用的絲狀梗絲，拓寬梗絲使用價(jià)值，需要對(duì)來(lái)料煙梗中煙拐與細(xì)梗進(jìn)行在線篩除。

目前卷煙企業(yè)多采用平板振動(dòng)篩或滾筒旋轉(zhuǎn)篩進(jìn)行煙梗篩分[6-8]，多見(jiàn)于常規(guī)梗絲加工過(guò)程，煙梗在篩網(wǎng)上振動(dòng)或輸送過(guò)程時(shí)，因物料流量大，煙梗分選效果較差，較難得到適應(yīng)細(xì)支卷煙工藝要求的煙梗原料。行業(yè)內(nèi)對(duì)適應(yīng)細(xì)支卷煙絲狀梗絲加工的煙梗篩分裝置研究尚無(wú)報(bào)道，因此開(kāi)發(fā)能夠有效篩分出煙拐及細(xì)梗的煙梗篩分裝置，對(duì)于提高煙梗原料的純凈度，提升絲狀梗絲的加工質(zhì)量，突破梗絲在細(xì)支卷煙中的應(yīng)用瓶頸具有重要意義。

1 問(wèn)題分析

卷煙生產(chǎn)過(guò)程中使用的煙梗原料是經(jīng)打葉復(fù)烤篩分收集而來(lái)，煙梗來(lái)料中存在較多細(xì)梗(直徑≤3.5 mm)及煙拐(直徑≥9 mm)。經(jīng)測(cè)試，兩者所占比例分別為14.3%，3.5%。此類煙梗壓梗后容易出現(xiàn)細(xì)梗漏壓、粗梗壓破的情況，切絲后成絲效果差且多呈圓片狀或碎末。為提高細(xì)支卷煙梗成絲效果，需在線對(duì)細(xì)梗、煙拐進(jìn)行篩除。

圖1 細(xì)短梗與煙拐Figure 1 Slim and short stem and stalk epidermis flap

傳統(tǒng)煙梗篩分設(shè)備分為兩大類：① 平板振動(dòng)篩，采用電機(jī)帶動(dòng)偏心驅(qū)動(dòng)槽體做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一般振動(dòng)頻率較低，大多存在篩孔卡料的問(wèn)題。一旦出現(xiàn)卡料現(xiàn)象，篩分效率顯著下降，最終失去煙梗篩分作用。② 滾筒旋轉(zhuǎn)篩，由2層筒體篩面構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間密閉、維保困難。若篩分尺寸需求發(fā)生變化，需要整體更換篩體，成本較高。

由表1可知，2種篩分裝置對(duì)細(xì)梗的篩凈率為70%～82%，對(duì)煙拐的篩凈率為68%～80%，篩凈率均偏低，存在較多漏篩細(xì)梗、煙拐進(jìn)入生產(chǎn)線，且篩除的物料中存在較多合格煙梗誤篩現(xiàn)象，煙梗分選效果較差，較難得到絲狀梗絲加工工藝要求質(zhì)量的煙梗。

表1 煙梗篩分裝置篩分效果比較Table 1 Contrast of screening results of stem classifiers

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 裝置結(jié)構(gòu)

由圖2可知，高頻階梯式煙梗篩分裝置主要由兩級(jí)槽體、多組條形篩和振動(dòng)電機(jī)組成。多組條形篩1呈階梯狀依次固定于槽體2內(nèi)側(cè)，槽體2固定在固定架3上。槽體2有兩級(jí)，分別用于對(duì)煙拐、細(xì)梗進(jìn)行分段篩分。固定架3側(cè)面安裝至少4個(gè)彈性振動(dòng)支撐固定架4，彈性振動(dòng)支撐固定架4下方安裝彈性振動(dòng)支撐件5，起到支撐設(shè)備和減震的作用。彈性振動(dòng)支撐件5下方安裝二次減震裝置6。二次減震裝置6由固定板12、橡膠減震塊13、固定板14構(gòu)成，可以通過(guò)彈性形變來(lái)進(jìn)一步減少振動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖2(c)所示。二次減震裝置6上固定板12與上方的彈性振動(dòng)支撐件5固定，下固定板14與下方支腿7連接。第一級(jí)槽體2內(nèi)部最后一個(gè)條形篩1結(jié)束位置安裝有煙拐導(dǎo)流板10，煙拐導(dǎo)流板10連接至第一級(jí)槽體2側(cè)面的出料口——煙拐出口9。振動(dòng)電機(jī)8安裝在固定架3的兩側(cè)面或者下方對(duì)稱的位置。

條形篩1的篩孔11是沿著物流方向至少一側(cè)貫穿的長(zhǎng)條縫形孔，條縫間隙介于3～10 mm，可根據(jù)煙梗篩分工藝要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。插入篩孔11的煙拐可順著條形孔移動(dòng)至下一塊條形篩，直至落入煙拐導(dǎo)流板10，經(jīng)煙拐出口9送出本設(shè)備。

振動(dòng)電機(jī)8作為振動(dòng)源，頻率介于20～50 Hz，即槽體振動(dòng)頻率介于400～1 000次/min，可根據(jù)煙梗來(lái)料流量、煙梗結(jié)構(gòu)分選需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足不同工藝條件下的篩分效率。

1.條形篩 2.槽體 3.固定架 4.彈性振動(dòng)支撐固定支架 5.彈性振動(dòng)支撐件 6.二次減震裝置 7.支腿 8.振動(dòng)電機(jī) 9.煙拐出口 10.煙拐導(dǎo)流板 11.篩孔 12.減震裝置上固定板 13.橡膠減震塊 14.減震裝置下固定板
圖2 高頻階梯式煙梗篩分裝置圖
Figure 2 Diagram of stepped stem classifier with high frequency

2.2 工作原理

工作時(shí)，煙梗經(jīng)充分勻料后，進(jìn)入第一級(jí)篩分槽體，煙拐及煙梗在條形篩1上翻滾并向前移動(dòng)，合格煙梗、細(xì)梗直徑較小可以通過(guò)條形篩縫，經(jīng)出料口進(jìn)入第二級(jí)槽體，而煙拐直徑較大，在條形篩面上向前移動(dòng)，直至前方煙拐導(dǎo)流板10匯合，經(jīng)煙拐出口9送出。合格煙梗與細(xì)梗進(jìn)入第二級(jí)槽體后，可選擇性篩出細(xì)梗，工作原理與煙拐篩分基本相同，最終實(shí)現(xiàn)合格煙梗與煙拐、細(xì)梗的有效分離。

2.3 工作特點(diǎn)

高頻階梯式煙梗分選篩以振動(dòng)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電源，多組條形篩呈階梯式分段安裝于兩級(jí)槽體中，條形篩縫以直縫形式平行于物流方向，條形縫多組且等距構(gòu)成篩分面，煙梗通過(guò)階梯篩分面，可以上、下層翻轉(zhuǎn)，直徑小于條形縫間距的煙梗落入篩網(wǎng)下層，直徑大于或等于條形縫的煙梗在篩分面上層向前運(yùn)動(dòng)，從振篩口送出。高頻階梯式煙梗分選篩在工作時(shí)具有以下特點(diǎn)。

(1)采用振動(dòng)電機(jī)能耗更低，故障率低，更加方便。

(2)分選篩在高頻低強(qiáng)度激振力作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，單位時(shí)間內(nèi)，煙梗拋撒較多頻次，可實(shí)現(xiàn)煙梗在篩網(wǎng)上均勻分布。

(3)多組條形篩呈階梯式安裝，可以規(guī)避因條形篩過(guò)長(zhǎng)引起變形量過(guò)大的問(wèn)題，提高篩分精度；同時(shí)可以使插入篩孔的煙拐在移動(dòng)一段距離后離開(kāi)篩孔，大大降低堵塞篩孔的幾率，所占用空間更小；且煙梗通過(guò)階梯界面時(shí)，因高度落差可以上、下層翻轉(zhuǎn)，有利于煙梗充分篩選。

(4)篩體振動(dòng)頻率介于20～50 Hz，可根據(jù)煙梗來(lái)料流量、煙梗直徑分選需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足不同工藝條件下的篩分效率。

(5)條縫間隙介于3～10 mm，可根據(jù)煙梗篩分工藝要求進(jìn)行更換，以滿足煙拐與細(xì)梗的分選要求。

2.4 分選篩電機(jī)頻率的確定

由圖3可知，細(xì)梗及煙拐篩凈率隨電機(jī)頻率增加而逐漸上升，當(dāng)電機(jī)頻率為48 Hz時(shí)，細(xì)梗及煙拐篩凈率達(dá)到最大值，分別為95.8%，90.1%，進(jìn)一步提高電機(jī)頻率，即50 Hz，篩凈率指標(biāo)無(wú)明顯變化，設(shè)備噪音較大，影響工作環(huán)境。綜合比較得出，高頻階梯式分選篩最佳篩分效果的電機(jī)頻率為48 Hz。

高頻階梯式分選篩條縫間距：細(xì)梗4.0 mm；煙拐9.0 mm圖3 電機(jī)頻率對(duì)煙梗篩凈率的影響Figure 3 Effect of different motor frequency on the screening rate of tobacco stem

3 應(yīng)用效果

如圖4所示，在原洗梗工段，新增煙梗篩分旁線，引入高頻階梯式分選篩。加工常規(guī)梗絲時(shí)，氣動(dòng)插板關(guān)閉，煙梗不篩分，直接進(jìn)入洗梗工序；加工絲狀梗絲時(shí)，氣動(dòng)插板開(kāi)啟，煙梗先后經(jīng)過(guò)煙拐、細(xì)梗兩級(jí)篩分處理，在線將煙拐與細(xì)短梗分段連續(xù)篩除，篩后優(yōu)質(zhì)煙梗回主線進(jìn)入洗梗機(jī)。煙梗篩分工藝路徑改造后，可實(shí)現(xiàn)常規(guī)梗絲加工與絲狀梗絲柔性化加工的靈活切換。

圖4 煙拐/細(xì)梗篩分裝置Figure 4 Screening device of stalk epidermis flap and slim stem

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1.1 試驗(yàn)材料

專用配方煙梗：自產(chǎn)。

3.1.2 儀器與設(shè)備

高頻階梯式分選篩：自主研發(fā)；

直線條縫平板篩：SZS5型，秦皇島煙草機(jī)械有限責(zé)任公司。

3.1.3 方法 組織10批次煙梗原料，每批煙梗原料1 800 kg，測(cè)試改造后煙梗篩分裝置在線運(yùn)行效果，統(tǒng)計(jì)細(xì)梗、煙拐的篩出率、誤剔率、漏剔率和篩凈率，分別按式(1)～(4)進(jìn)行計(jì)算。

(1)

式中：

c1——篩出率，%；

m1——篩出細(xì)梗(煙拐)重量，kg；

m2——測(cè)試樣本煙梗重量，kg。

(2)

式中：

c2——誤剔率，%；

m3——篩出細(xì)梗(煙拐)中合格煙梗重量，kg；

m4——測(cè)試樣本細(xì)梗(煙拐)實(shí)際重量，kg。

(3)

式中：

c3——漏剔率，%；

m5——經(jīng)篩分后的煙梗中含有的細(xì)梗(煙拐)重量，kg；

m6——測(cè)試樣本煙梗重量，kg。

(4)

式中：

c4——篩凈率，%；

m7——篩出細(xì)梗(煙拐)重量，kg；

m8——測(cè)試樣本細(xì)梗(煙拐)實(shí)際重量，kg。

3.2 數(shù)據(jù)分析

對(duì)比高頻階梯式分選篩與改造前煙梗篩分裝置的煙梗篩分效果，結(jié)果如表2所示。

表2 煙梗篩分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)?Table 2 Statistics of tobacco stem screening data %

? 細(xì)梗：直徑≤3.5 mm；煙拐：末端直徑≥9.0 mm。

由表2可知，高頻階梯式分選篩、直線條縫平板篩對(duì)細(xì)梗的篩出率分別為13.7%，11.4%，對(duì)煙拐的篩出率分別為3.1%，2.7%，表明高頻篩具有更優(yōu)異的篩分性能。2種裝置對(duì)細(xì)梗的誤剔率基本無(wú)明顯差異；高頻篩對(duì)煙拐的誤剔率明顯低于平板篩對(duì)煙拐的誤剔率，對(duì)細(xì)梗的漏剔率遠(yuǎn)低于平板篩對(duì)細(xì)梗的漏剔率，對(duì)煙拐的漏剔率明顯低于平板篩對(duì)煙拐的漏剔率，說(shuō)明高頻篩對(duì)煙梗的篩分精確度優(yōu)于平板篩。高頻篩對(duì)細(xì)梗、煙拐的篩凈率均大幅高于平板篩，表明高頻篩是一種更適宜于煙梗篩分、原料質(zhì)量保障的新型分選裝置。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)細(xì)支卷煙絲狀梗絲生產(chǎn)需求的新型高頻階梯式煙梗分選篩。分選篩電機(jī)頻率為48 Hz時(shí)，煙梗篩分效果最佳。不同煙梗篩分裝置對(duì)比試驗(yàn)顯示，高頻篩對(duì)細(xì)梗和煙拐的篩出率均高于平板篩，說(shuō)明高頻篩具有更優(yōu)異的篩分性能。高頻篩對(duì)煙拐的誤剔率以及細(xì)梗和煙拐的漏剔率明顯低于平板篩，表明高頻篩對(duì)煙梗的篩分精確度優(yōu)于平板篩。高頻篩對(duì)細(xì)梗和煙拐的篩凈率均高于平板篩，具有更高效的不合格煙梗篩除效果，是一種更適宜于煙梗篩分、原料質(zhì)量保障的篩分裝置。本研究所用高頻階梯式煙梗分選篩為自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的第一臺(tái)設(shè)備，設(shè)備具體參數(shù)尚未在長(zhǎng)期生產(chǎn)中進(jìn)行檢驗(yàn)和優(yōu)化，仍需在未來(lái)使用過(guò)程中不斷優(yōu)化和改進(jìn)，以保證達(dá)到該設(shè)備的最佳煙梗篩分效果。