正六邊形煙草薄片分切裝置的開發(fā)與研究

伍銳 WU Rui；李栓 LI Shuan；王浩 WANG Hao；問雙雙 WEN Shuang-shuang；章盛 ZHANG Sheng；李強 LI Qiang；王水明 WANG Shui-ming；陳勝 CHEN Sheng

（①湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，武漢 430040；②湖北新業(yè)煙草薄片開發(fā)有限公司，武漢 430056；③重組煙葉應(yīng)用技術(shù)研究湖北省重點實驗室，武漢 430040）

0 引言

煙草薄片的制造始于20世紀50年代，煙草薄片又稱重組煙葉、均質(zhì)煙葉，主要由煙末、碎片、煙梗或低次煙葉加入膠粘劑和其他添加劑等組成，用煙草薄片切成絲填充在煙絲中，具有成本低、填充性好并能減少煙氣中焦油含量等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛用作卷煙原料，目前國、內(nèi)外各再造煙葉薄片線上后處理過程中，對煙葉(片)片形進行控制是一種必不可少的加工工藝。煙片的片形直接影響切絲后卷煙的質(zhì)量，在打葉復(fù)烤中一般要求煙片的大小是按YC/T146-2010中的規(guī)定，規(guī)格多要求為菱形及正方形[1-2]；煙草薄片的片形的不同，對切絲后的薄片煙絲整絲率及碎絲率產(chǎn)生影響，進而影響帶來煙絲攙兌后的配比精度，最后直接影響煙絲的韌性和彈性以及燃燒性[3-5]；而不同片形的薄片對應(yīng)的分切設(shè)備也各有差異，因菱形及正方形刀具結(jié)構(gòu)較為簡單，故目前市場上薄片形狀為菱形和正方形兩種主流模式[6-7]，對其他片形煙草薄片的分切裝置研究較少。為提高卷煙的品質(zhì)，同時為適應(yīng)細支煙及新型煙草對于薄片品質(zhì)的要求，在結(jié)合了各家卷煙的配方特點，經(jīng)對不同片形的薄片形狀進行分析，分別進行切絲對比整絲率及長絲率，得出正六邊形（邊長為30mm）薄片切絲后煙絲結(jié)構(gòu)更好，更有利于配比攙兌，故采用滾刀式滾切法，通過采用動刀與定刀相互配合，相鄰兩排動刀錯開對角線長度間距，來實現(xiàn)六邊形薄片的成形分切，同時完成整臺薄片分切設(shè)備裝置的開發(fā)，最后通過在實驗線上穩(wěn)定持續(xù)的運行，驗證分切設(shè)備的可行性和穩(wěn)定性。

1 六邊形薄片對切片后煙絲結(jié)構(gòu)的影響

經(jīng)統(tǒng)計分析，得出現(xiàn)薄片企業(yè)多生產(chǎn)形狀在30mm～40mm的薄片，結(jié)合薄片生產(chǎn)工藝及分切設(shè)備的特點，無論是正方形或菱形薄片，在切絲后碎絲率和長絲的比例較高，絲長不均勻，對配比有一定的影響，提出將薄片分切成正六邊形，與打葉復(fù)烤片大片形更接近，通過對比不同邊形（邊長同為30mm）切絲后煙絲整絲率的分析，六邊形產(chǎn)品的煙絲結(jié)構(gòu)的整絲率、長絲率分別提高了2.77%、9.37%；而對于中絲率、短絲率及碎絲率分別下降了37.57%、36.09%和50.79%。因此，六邊形產(chǎn)品切絲后煙絲結(jié)構(gòu)更好，更有利于配比攙兌。

2 正六邊形薄片的分切方法

根據(jù)在線連續(xù)分切的特點，采用滾刀式滾切法來實現(xiàn)[8]，即采用動刀與定刀相互配合，動刀旋轉(zhuǎn)定刀固定的，且相鄰兩排動刀錯開對角線長度間距，滾切法示意圖見圖2、動定刀配合及形狀見圖3。

圖2 滾切法示意圖

圖3 動定刀配合及形狀

工作原理為：煙草薄片通過上游輸送設(shè)備送入到動定刀之間，通過第1排動刀將正六邊形撕切下1/2，再通過第2排動刀再將正六邊形撕切下剩下的1/2，切輥上的動刀排數(shù)為偶數(shù)，兩排刀撕切下1片完整的正六邊形薄片，切輥上刀的排數(shù)由生產(chǎn)線車速確定，車速越高，動刀排數(shù)越多，反之越少，相鄰兩排動刀間距大于最大對角線長度，相鄰兩排動刀之間錯開對接線長度尺寸，其切輥的轉(zhuǎn)速計算公式為：

式中：

n——切刀輥所需的轉(zhuǎn)速r/min；

圖1 各片形結(jié)構(gòu)對比

S——薄片來料速度m/min；

L——正六邊形上、下兩平行邊的尺寸mm；

N——切輥動刀排數(shù)。

切輥由傳動裝置帶動旋轉(zhuǎn)，在單片動刀前端設(shè)計有鷹嘴形結(jié)構(gòu)，且定刀與垂直面成20°夾角，當(dāng)薄片送入到動定刀之間后，利用動刀鷹嘴形結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)將薄片切開的同時往下撕扯，有效的對薄片進行分切，實際開發(fā)的動刀結(jié)構(gòu)圖如圖4。

圖4 動刀結(jié)構(gòu)圖

3 正六邊形薄片的分切裝置的開發(fā)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計與開發(fā)

通過以上分析，我們開發(fā)出了能分切出正六邊形的分切裝置，其主要由平臺及支架、分切機機體、電氣系統(tǒng)等組成，如圖5所示。

圖5 薄正六邊形薄片的分切裝置結(jié)構(gòu)簡圖

分切機機體主要由殼體1、翻板2、切輥體3、門4及氣動系統(tǒng)5等組成，如圖6所示。

圖6 分切機機體示意圖

殼體是承載打輥的主體，主要由鋼板焊接組合而成。定刀座焊接在殼體上，用于安裝定刀。翻板由導(dǎo)料板及翻轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，主要起導(dǎo)引薄片及安全保護作用。切輥體安裝在機體內(nèi)，主要由動刀、打輥等組成。通過打輥旋轉(zhuǎn)，在動刀與安裝在機體上定刀的相互作用下，將輸入的成型薄片切成所需形狀的葉片。門主要對機體進行密封，保證操作人員的安全和防止物料向外飛濺，主要由鋼板組合而成。

3.2 控制傳動系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

傳動系統(tǒng)是由減速電機、皮帶、皮帶輪組成，刀輥上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器，可在線檢測切輥體轉(zhuǎn)速。分切機采用皮帶傳動方式。并且采用了變頻調(diào)速裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊，無明顯的啟動沖擊，調(diào)速平穩(wěn)、可靠等優(yōu)點。減速機按變頻器給定的頻率輸出轉(zhuǎn)速。電氣系統(tǒng)與分切機相連的主要控制功能和回路有：

①刀輥轉(zhuǎn)速與進紙速度的匹配——采用變頻技術(shù)及閉環(huán)控制，確保調(diào)定的進紙速度與刀輥轉(zhuǎn)速匹配，并且刀輥速度在調(diào)定的范圍內(nèi)可任意調(diào)節(jié)，保證分切后的片形。

②狀態(tài)參數(shù)顯示功能——在上位機的顯示屏上，可切換顯示設(shè)定的或?qū)嶋H運行的狀態(tài)及參數(shù)。顯示的內(nèi)容有：紙幅寬度、刀輥轉(zhuǎn)速、進料速度、故障部位及原因等。

③過載及安全保護回路——如切削力超載時。設(shè)備將立即停止運行，以保護設(shè)備不至受到更大損害。當(dāng)安全回路未接通時，設(shè)備將不能正常工作。

4 實驗與結(jié)果

通過開發(fā)的切片裝置，實驗驗證，，在幅寬為3050mm，車速為150m/min的下，可在生產(chǎn)線上穩(wěn)定運行，并分切出了邊長為30mm的正六邊形薄片，設(shè)備運行狀態(tài)良好，運行時無薄片粘連、碎片現(xiàn)象，片形規(guī)矩，生產(chǎn)連續(xù)，該技術(shù)可直接推廣到所有薄片加工企業(yè)，切出的六邊形薄片見圖7所示。

圖7 正六邊形薄片

5 結(jié)語

本文系統(tǒng)分析了不同片形的薄片對于分別進行切薄片切絲后煙絲結(jié)構(gòu)的影響，得出正六邊形薄片切絲后品質(zhì)更高，更有利于提高攙兌，進而有助于提高卷煙品質(zhì)。本文系統(tǒng)介紹了正六邊形煙草薄片分切成的方法和裝置，供了一種提高薄片成絲后的品質(zhì)及攙兌均勻性的中試設(shè)備，充分滿足了切絲及下到工序的要求，通過該方法及裝置的實施驗證，為正六邊形薄片分切提供了可靠的技術(shù)及設(shè)備支撐，從而很好的滿足卷煙工藝的品質(zhì)上臺階的需求。