煙支紙筒與煙絲分離裝置設計

張永江，王韋勇，王志杰，王 棟

（河南中煙工業(yè)有限責任公司洛陽卷煙廠，河南洛陽 471003）

0 引言

實現(xiàn)煙支的煙絲與紙筒分離，一方面分離后的煙絲可以用于含水率、含末率或其他化學指標的檢驗[1-2]，另一方面紙筒可用作卷煙配方實驗的試驗材料[3-4]。目前，分離的主要方法有刀片裁切法、破碎法和氣動法[5-9]。刀片裁切法主要用刀片對煙支進行逐一刨切來實現(xiàn)煙絲分離，該方法存在剝離效率慢、煙絲結(jié)構(gòu)易破壞等問題；破碎法因機械強度高對煙絲和紙筒破壞性均較大，主要用于對大批量的殘次煙支的回收[6]；趙文龍，孔曉玲[10]等設計的采用氣缸作為煙支固定單元的氣動法分離裝置和等孔徑裝置、滾輪調(diào)壓裝置[11-12]，也存在煙支夾持力控制、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)行程定位精度控制和自動退料困難等技術(shù)問題。針對以上問題和煙支易變形物理特征，以乳膠管作為煙支固定單元，設計一種分離裝置，實現(xiàn)分離后煙絲物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和紙筒的回收再利用。

1 系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)組成

煙支紙筒與煙絲分離機主要由供料裝置、分離裝置和物料回收缸等3 個主要部分組成，其中，供料裝置主要實現(xiàn)煙支的自動供料；分離裝置主要由轉(zhuǎn)動盤、內(nèi)嵌于轉(zhuǎn)動盤的煙支的夾持單元、氣路單元和光電檢測單元等組成，以實現(xiàn)煙支紙筒與煙絲的分離；物料收集缸主要實現(xiàn)分離后物料的回收。主要工作原理為：系統(tǒng)運行時，煙支由供料裝置自動向分離裝置的轉(zhuǎn)動盤孔中輸送，當煙支由供料裝置的下落通道進入轉(zhuǎn)動盤孔時，轉(zhuǎn)動盤孔中內(nèi)置的煙支夾持單元因與負壓氣源貫通，乳膠管膨脹，煙支順利掉落轉(zhuǎn)動盤孔中，并被下方的預置擋板攔截，完成進料工序的準備；轉(zhuǎn)動盤在步進電機的驅(qū)動下按照程序的設定旋轉(zhuǎn)，在此過程中，進入轉(zhuǎn)盤孔中的煙支在轉(zhuǎn)離上一工位時，負壓氣源關(guān)閉，夾持單元中的乳膠管在大氣壓力和自身彈性的作用下收縮，將掉入料缸的煙支進行自動夾緊，使得煙支穩(wěn)定地固定氣缸中。當旋轉(zhuǎn)90°到達下一個工位時，安裝于此工位上方的氣缸單元工作，帶動正氣壓力板向下移動并與旋轉(zhuǎn)盤孔貼緊，正壓氣源接通，在煙支一端受到一定的壓力的條件下，煙支中煙絲被吹出，并由下方的料缸回收，從而實現(xiàn)了煙絲與煙筒的分離；此后，轉(zhuǎn)盤再次旋轉(zhuǎn)90°，達到煙筒回收工位，負壓氣源再次開啟，轉(zhuǎn)動盤孔中內(nèi)置的煙支夾持單元中的乳膠管再次膨脹，煙筒在重力作用下掉落到回收缸中，實現(xiàn)了煙支紙筒的回收；此后開始新一輪的循環(huán)，不斷地完成預備、進料、分離和回收等工作，從而實現(xiàn)煙支中的煙絲與紙筒的自動分離。

1.2 組件裝置設計

1.2.1 煙支進料裝置設計

進料裝置是實現(xiàn)煙支的自動供給的主要機構(gòu)，主要由煙支料倉、推板、同步電機、托板和設計有扇形煙支導槽的料倉背板等部分組成。其中，同步電機軸上安裝有直徑為12 cm 的圓形輪盤，在距輪盤圓心5 cm 處安裝有輪桿；取樣托架下方安裝長度為10 cm 槽鐵，輪桿與槽鐵接觸，當輪桿在安裝于同步電機上輪盤驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，輪桿在槽鐵下端的水平方向上運動，帶動取樣托架為垂直運動，以此實現(xiàn)變圓周運動為直線運動的轉(zhuǎn)換。當同步電機帶動輪盤上的輪桿旋轉(zhuǎn)到最低點時，取樣托架在自身重力作用下在垂直方向也同時下落到最低點，取樣托架取樣端也下落到料倉底部，因料倉設計為低板傾斜45°，煙支在重力作用下滾落于取樣托架上方，同步電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，取樣托架拖起煙支到達最高點，因料倉背板設計大于煙支直徑的導槽，煙支落入扇形導槽1，煙支經(jīng)導向后由橫向變成豎直方向，順勢落入下方的旋轉(zhuǎn)盤進煙口中。

1.2.2 分離裝置設計

分離裝置主要由旋轉(zhuǎn)盤、乳膠管固定栓和乳膠管組成。其中，在旋轉(zhuǎn)盤上均勻設置4 個上下貫通的缸筒，作為分離裝置工作的4 個工位，相鄰2 個缸筒到旋轉(zhuǎn)盤中心連線的夾角為90°；乳膠管固定栓安裝于每個缸筒上下兩端；乳膠管內(nèi)置于缸筒內(nèi)，其兩端外翻于上下固定栓的卡槽上進行固定，為了確保煙支夾持的有效和穩(wěn)定，乳膠管內(nèi)徑尺寸根據(jù)不同規(guī)格煙支的直徑選用小于煙支直徑0.5 mm 的規(guī)格；在旋轉(zhuǎn)盤上的每個缸筒的內(nèi)側(cè)壁上均設有和中心相貫通的氣源孔。中心氣源孔具有2 個功能：①作為安裝旋轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動軸；②作為氣源連接管路。驅(qū)動軸采用中空軸，安裝時軸的上下墊兩個端面應涂有硅脂進行密封。煙支紙筒與葉絲分離機實現(xiàn)分離的關(guān)鍵主要取決于在旋轉(zhuǎn)盤工位更換后，能夠穩(wěn)定實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)盤氣缸與外部氣源供給裝置，實現(xiàn)有效對接，保證煙支夾持裝置的有效。為此選用微型彎管氣動旋轉(zhuǎn)接頭作為旋轉(zhuǎn)回旋部件，安裝在軸的端部，并采用真空發(fā)生器作為生產(chǎn)負壓氣源提供設備運行。

2 技術(shù)實現(xiàn)

煙絲紙筒與煙絲分離機的動力系統(tǒng)主要由氣路系統(tǒng)和電氣傳動系統(tǒng)構(gòu)成（圖1）。電氣傳動系統(tǒng)分為進料系統(tǒng)和分離單元的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)兩個主要部分，均采用PLC 控制器控制電機的轉(zhuǎn)動方向、速度和轉(zhuǎn)動角度；氣路部分分別選用壓力為-0.4～-0.6 MPa和0.4～0.6 MPa[10]作為煙支夾持機構(gòu)和煙絲分離部位的執(zhí)行氣源；當設備運行時，首先進行初始化零位調(diào)整，調(diào)整后進料裝置和旋轉(zhuǎn)盤裝置復位，完成準備工作。進料裝置工作，發(fā)送控制信號給進料裝置步進電機帶動進料裝置推桿上下往復運動一次進行取料，安裝在分離裝置旋轉(zhuǎn)盤底部光電檢測器判斷檢測是否有煙支通過，當無煙支時，光電開關(guān)不觸發(fā)，繼續(xù)反饋信號給進料裝置，進行取料；當有煙支通過時，光電開關(guān)觸發(fā)，發(fā)送控制信號給步進電機并關(guān)閉負壓氣源；到達分離吹絲指定的工位后，氣缸帶動壓緊盤下移；下移后，正氣壓力電磁閥導通，接通利用一定壓力的瞬間氣流，完成煙支中煙絲的分離；此后反轉(zhuǎn)，氣缸上移動，旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動到下一煙筒回收工位后，此時負壓氣源電磁閥再次接通，旋轉(zhuǎn)盤中的乳膠管再次膨脹，紙筒在重力作用下掉落回收其中，在此同時，進料裝置再次工作進行取料。反復執(zhí)行以上步驟，實現(xiàn)對卷煙的氣吹分離，分離機氣路系統(tǒng)控制順序見表1。

3 實驗結(jié)果

采用該裝置和裁切法分別對同批次規(guī)格為84 mm×24.3 mm樣品按照國標GB/T 22838—2009 要求進行3 組含末率[2]檢測，每組重復測量3 次取其平均值，該裝置分離后的3 組煙絲的含末率指標明顯低于裁切法。

4 結(jié)束語

該裝置采用乳膠管作為煙支固定單元，并運用氣吹法實現(xiàn)了煙絲與紙筒的有效分離，試驗結(jié)果表明：相比傳統(tǒng)的刀片裁切法，具有煙絲結(jié)構(gòu)破壞性小、紙筒可回收的優(yōu)點。

圖1 分離機工作流程

表1 電磁閥控制順序