兩級剝離無級調速裝置的設計及在殘煙處理設備中的應用

葛宗國 葉宏音 胡欣鵬

[摘? ? 要]隨著推動煙草行業高質量持續發展的總體布局，企業對產品過程質量、投入產出消耗（過程消耗）等提出更高的要求。當前國內普遍存在殘次煙支處理技術不夠成熟，殘次煙支出絲率低、過程損耗大、勞動環境灰塵量大等現象。殘次煙支處理技術的研究和應用具有較大的發展空間，對煙支卷制質量和成本控制都具有積極的影響。通過對目前情況的分析，結合打棒系統及煙支處理過程中殘煙的形態分析，設計制作出兩級剝離無極調速裝置，提升了煙支處理過程中的有效利用率，提升了殘煙處理的煙絲有效利用率，同時絲中含紙率下降，保障了卷煙過程的質量。

[關鍵詞]煙支卷制;殘次煙;有效利用率

[中圖分類號]TS4 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）04–00–02

Design and Application of Two-Stage Stripping Stepless Speed Regulation

Device in Residual Smoke Treatment Equipment

Ge Zong-guo，Ye Hong-yin，Hu Xin-peng

[Abstract]With the overall layout of promoting the high-quality and sustainable development of the tobacco industry， companies have put forward higher requirements for product process quality， input and output consumption （process consumption）， etc. At present， there is a widespread situation in China that the treatment technology of defective cigarettes is not mature enough and The phenomenon of low shredded rate of secondary cigarettes， large process loss， and large amount of dust in the working environment. The research and application of inferior cigarette processing technology has a large space for development， and has a positive impact on the quality and cost control of cigarette rolling. Through the analysis of the current situation， combined with the analysis of the morphology of the residual smoke in the sticking system and the cigarette processing process， a two-stage stripping stepless speed regulation device was designed and manufactured， which improved the effective utilization rate of the cigarette processing process and increased the residual smoke. The effective utilization rate of the shredded tobacco in the cigarette treatment， and the reduction of the paper content in the shred， guarantees the quality of the cigarette process.

[Keywords]cigarette rolling; defective cigarettes; effective utilization rate

1 廢煙支處理現存的問題

1.1 國內外現狀與發展趨勢

為節約資源和降低成本，在卷煙生產過程中產生的廢煙支煙絲的回收利用已引起卷煙企業的重視。目前國內外廢煙支處理設備種類較多，按其工作原理分為滾刀滾切式、打孔剖切式、噴蒸汽激振式和氣吹式等。

滾刀滾切式和打孔剖切式廢煙支處理設備在工作過程中會對煙支產生徑向擠壓，煙絲造碎較多，煙絲中紙片含量也較高;其中打孔剖切式裝置在FY113和DEL-phi400廢煙支處理機上得到應用，其額定處理能力達到400 kg/h，煙絲回收率也在80%以上，但是打孔剖切式的缺點在于煙絲的造碎率達到10%以上，回收煙絲中含紙片量達到40片/kg。噴蒸汽激振式處理方式在NTMS400廢煙支處理機上運用，其額定處理能力達400 kg/h，煙絲回收率也在65%以上，但是煙絲的造碎率達到15%以上，回收煙絲中含紙片量達到80片/kg，顯然優勢不明顯。另外一種柔性拍打技術在FY37廢煙支處理機上得到應用，其額定處理能力達到120 kg/h，煙絲回收率也在58%以上，煙絲的造碎率小于8%，回收煙絲中含紙片量降低到20片/kg，相比前幾種設備，雖然額定處理能力和回收率減小了，但是造碎率和紙片含量明顯下降了，直接改善了煙絲回收的質量。

對于廢煙支回收環節中煙絲的含紙片量，目前國內外還沒有比較理想的處理方法，雖然FY37廢煙支處理機回收出來的絲含紙量相比其他幾種處理方式得到明顯改善，但是回收率只有58%，造成了資源的浪費，并且經過跟蹤調查，FY37型廢煙支處理機的打棒軸是一條整軸，軸上裝有繞軸徑周向排列的乳膠棒，對煙頭進行柔性拍打，經過長時間的揉打后，打棒軸上的乳膠棒磨損嚴重，煙絲的回收率將縮水到30%以下，造成了資源的嚴重浪費。

1.2 殘煙處理情況及分析

殘煙處理機為2012年投產，已使用7a，目前總體運行情況良好，殘煙支處理后的紙中含絲、絲中含紙、出絲率等基本正常，但也發現有關參數有待完善。

1.2.1 存在問題

（1）煙支在經過打棒后，出現煙支中煙絲剝離不凈、出絲率低的現象。另外打滾主軸為同一轉速主軸，煙支進料端打棒磨損較快。

（2）煙支經過打棒機打出的煙絲經振槽篩網過濾后仍有部分較長煙絲未篩分出來。此種煙絲一般為20 mm長的較好煙絲，造成資源的浪費。

（3）經打棒后篩分出來的煙絲中含有散碎的紙皮。

（4）在殘煙房環境方面，空氣中粉塵含量較大。

1.2.2 原因分析

（1）因進料端煙支的整體密度大，當落入打棒后由于空間的限制，殘煙支往往會緊貼在網壁上，不能在打棒和網壁之間形成有效的揉搓，使得煙支中的煙絲不能被很好地打出來。當提高轉速時又會因后半部煙支充分攪拌及部分煙絲被打出，使得整體密度降低，過快的速度會使煙紙被打碎而影響出料煙絲的質量。另外以往使用的殘煙支處理機，因進料端煙支在未經甩打前煙紙與煙絲的結合力最大，而且整體密度較大。存在著進料段部位打棒磨損較快的現象。

（2）打棒出料端煙支中的煙絲經打后會經過滾網后，部分較短的煙絲會隨機落入下面的輸送帶上，最終經光電除雜后回收再利用。其中部分較長的煙絲由于孔徑設計太大會造成煙紙含量增大。而很大一部分會隨著出料端落入振篩上再次篩分，但是因為受寬度方向的限制，振篩長度不足，其中的長煙絲不易落下來，至落入輸送皮帶機時仍有部分煙絲未篩分出來，回收效果不太理想。

（3）回收煙絲中含有的主要為散碎的濕漬煙紙。其主要原因為煙支在經過高溫蒸汽加濕過程中存在產生冷凝水的現象。當蒸汽遇到冷的室壁會有部分冷凝水產生，當其匯集滴落到煙支上，煙支在經過打棒過程被打碎，成為碎屑而被回收到煙絲中，成為影響回收煙絲質量的主要原因。

（4）針對影響室內環境的因素，主要是在光電除雜和進棒振槽處增加除塵設備，以改善工作環境。

（5）現用接雜下料振煙絲結構不篩網板與下底板為一個相對封閉空間，通過落料孔收集雜料，長時間的使用可能會出現雜料黏接在底板上或因其他因素造成堵塞。一旦出現堵塞其處理只有通過拆卸其上網板，維修起來比較麻煩。

（6）由于使用的卷煙紙、濾材不同，導致其間的結合力不一樣，而處理殘煙支時卻采用相同的處理參數，影響到最終的處理效果。

2 殘煙處理解決思路及可行性分析

2.1 殘煙處理工序參數優化實驗

通過調研及分析可知，目前打棒機構其結構及運行形式存在一定問題。項目組計劃設計一種針對煙支各過程形態不同而采用不同方式處理的殘煙處理系統，將殘煙支的運行過程形態與設備結構相統一，使煙紙與煙絲在分離過程中，機械作用于不同階段煙紙的形態，從而使設備對殘煙支的處理更具有針對性。既滿足工藝需要及設備運行穩定性，又提升了殘煙處理機出絲率、降低造碎及絲中含紙率。

實驗設計：為了進一步驗證殘煙處理工序過程加工實際能力，對可能影響殘次煙支利用率相關參數利用正交試驗設計對三個可控參數進行優化，即對U1（分離裝置打輥轉速）、U2（潤后提升機電機頻率）、U3（喂料提升機頻率）進行優化實驗，以期找到提升空間。

實驗結論：通過對殘煙工序可控參數進行正交優化實驗，可以確定提升喂料機頻率U3、分離裝置打輥轉速U1對殘次煙支處理效果有較大影響。

2.2 解決思路

通過調研及分析可知，目前打棒機構其結構及運行形式存在一定問題，如打棒為通軸，軸上各打棒的速度均勻一致，而煙支的形態在打棒中存在很大的差距，從而造成了每階段的差異性，進而導致煙紙與煙絲分離不徹底或者設備結構不具有一定的過程針對性。

具體思路：煙支在進入打棒系統后，分兩個階段。前階段為：在高速運行的打棒系統中，煙絲迅速脫離出來，實現煙紙與煙絲的分離，此階段作用時間短，以盡量減少此階段的煙絲和煙紙造碎，保證整絲率及降低煙紙的造碎，為后期絲中含紙率奠定基礎;第二階段為低速運行：在低速運行過程中，避免了打棒、濾筒及煙絲之間的摩擦，從而減少煙絲和煙紙的造碎，同時將煙支中殘留的煙絲剝離出來。

根據煙支過程形態，將其運行過程分為兩部分，相對應的打棒機的運行過程針對其過程形態分為兩個部分，通過在同一軸上設計出不同轉速以滿足需要。

2.2.1 新型打棒系統的設計

將單一結構的打滾主軸改為內、外套筒結構的復合型主軸，另增加一組傳動，以實現進料部位與其他部位轉速的不同（即實現分級打棒兩種速度）。在進料端采取加大轉速的方式以增加煙支的攪動效果，能使煙支充分旋轉，在棒機和網壁間形成有效的揉搓，使煙絲分離出來，提高出絲率。由于實現了分級控制，當出現頭部打棒磨損較為嚴重不能滿足生產，需更換棒軸。可根據每根軸的具體使用情況進行更換維修，而不用更換整軸。

2.2.2 電控系統改造

（1）硬件部分。此次設備改造新增兩臺電機的控制，兩臺電機均采用變頻控制，其控制回路器件安裝在原主控柜組變頻器控制柜中，本地開關和對應的手動操作雙位帶燈按鈕安裝在此變頻器控制柜面板上，新增器件選型同原系統選型產品。新增兩臺變頻器通過Profinet網卡連接到原系統的Profinet網絡中。

（2）軟件部分。在原控制系統中修改系統硬件組態及監控畫面，根據改造后的工藝要求插入新增設備的控制程序及監控畫面。

2.3 兩級打棒系統轉速（頻率）參數優化實驗

2.3.1 實驗設計

為達到兩級剝離無極調速系統中兩轉軸的最佳速度，以保證殘煙處理的最佳實際使用效果，對該兩個可控參數進行優化，即對U1（分離裝置打輥高速）、U2（分離裝置打輥低速）及提升帶頻率進行正交試驗，以達到最佳狀態。

2.3.2 實驗結果

經實驗，提升帶頻率穩定在35 Hz，煙支流量適中，高速打棒頻率為15 ～18 Hz，低速打棒頻率為13～15 Hz時，絲中含紙片率降低至5片/500 g，煙絲碎絲率小于5%，煙絲回收率≥75%，效果最佳。

3 結束語

通過打棒系統及煙支處理過程中殘煙的形態分析，設計制作出兩級剝離無極調速裝置，提升了煙支處理過程中的有效利用率，使絲中含紙片率降低至5片/500 g，煙絲碎絲率小于5%，煙絲回收率≥75%，提升了殘煙處理的煙絲有效利用率，同時絲中含紙率下降，保障了卷煙過程的質量。

（1）設計出新型兩級剝離無極調速系統，并應用到實際生產過程中，取得了較好的應用效果。兩級剝離打棒系統，采用同一主軸不同速度，有針對性地對煙支進行剝離，避免因同一轉速或轉速無法調節導致的過度揉打問題，降低了煙支分離過程中的煙絲和煙紙造碎情況，提升了煙絲的回收再利用率。

（2）采用新型打棒材料—聚氨酯，硬度調節到80%作為打棒的原材料進行開模加工。增加了其硬度和耐磨性，降低了打棒在使用過程中耗損過快的問題，保障了煙支分離過程中質量的穩定性。

參考文獻

[1] 國家煙草專賣局.卷煙工藝規范[M].北京：中國輕工業出版社，2016.

[2] 成大先，王德夫，姬奎生.機械設計手冊（第4版）[M].北京：化學工業出版社，2004.