煙片復烤機輸送網帶在線清潔裝置研究

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，對煙葉原料生產的各個環(huán)節(jié)提出了更高的要求[1-3]，尤其是煙葉復烤工序，該過程加工的優(yōu)劣直接影響打包后成品的質量和安全性。然而煙片復烤機在生產過程中，煙片會產生粉末、粉塵、煙垢并隨著網帶的運行，經過一段時間后粉塵會在網帶堆積形成積灰，嚴重影響煙葉的品質。

近些年來，國外內對清掃設備做了一定的研究。例如，德國的凱馳系列清掃機比較具有代表性，該公司的設備已趨向智能化。隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，國內一些團隊開始自主設計及研發(fā)清潔設備，并取得良好的效果。2015年，孫紀周等[4]發(fā)明了一種煙片復烤機護板煙垢清掃裝置，該設備是用于對煙片復烤機護板所產生煙垢進行清掃的裝置。2018年，吳從禮等[5]設計了一套烤片機主網帶護板在線自動清潔裝置，其優(yōu)點清除垢物不需要停機檢修，提高了生產效率，降低了機修成本。同年，阮軍杉等[6]設計了一套煙葉復烤機內部熱交換器、網帶清洗裝置，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。通過反復的調試，成功應用到生產中。經過安裝前后的對比，裝置取得了良好的運行效果，有效預防了黑煙垢的生成和積累，減少了煙葉加工損耗，提高了煙葉加工質量。2020年，潘文等[7]開發(fā)出一種烤機物料輸送網帶自動清潔裝置，旨在通過降低網帶堵塞率來提高輸送網帶透氣效率，達到復烤片煙均質化加工的目的。經過方案的改進與驗證，網帶透氣效率由78%提升至97%。

通過上述的研究現狀發(fā)現，當前清掃裝置的設計與研發(fā)盡管解決了一些問題，但仍有很多不足，特別是針對于烤片、烤梗網帶托架的清掃裝置以及清掃裝置各個環(huán)節(jié)的匹配設計，目前還沒有專業(yè)團隊去研發(fā)。對于打葉復烤生產中烤片、烤梗網帶托架清掃裝置的研發(fā)亟待解決。

1 煙片復烤機輸送網帶在線清潔裝置設計

煙葉復烤要經過三個不同區(qū)域：干燥區(qū)、冷卻區(qū)、回潮區(qū)。在煙葉復烤中由于網帶受金屬材料加工極限的限制，其通風率不夠高；網帶連接部位和魚鱗片(護板)不能開孔，其烤機內橫向通風量不均勻，在烤機左、中、右部的物料含水率不一致。這些原因導致粉塵、煙末在熱氣流、水、煙油作用下逐步形成煙垢，網帶各處堵塞情況如圖1所示。

圖1 復烤機工作面污染情況

1.1 系統(tǒng)設計原理

煙片復烤機輸送網帶在線清潔裝置的原理如圖2所示。圖2中，引進完善的PLC控制單元[8]，該單元能夠準確控制智能圖像識別系統(tǒng)、往復式網板清潔系統(tǒng)以及負壓除塵系統(tǒng)，實現對煙葉復烤機輸送網帶、鏈條以及魚鱗板的清潔程度監(jiān)控。與此同時，PLC控制單元控制往復式網板清潔系統(tǒng)以及負壓除塵系統(tǒng)控制清掃電機在絲桿上(即網板上方)的往復運動，實現在線清掃和在線吸塵的作用。

圖2 煙葉復烤機輸送網帶在線清潔裝置原理示意圖

除此之外，電控系統(tǒng)還可以進入手動模式，脫離自動模式是根據需求單獨進行設備操作。手動控制根據需求能對網板進行在線清掃，當只需要對網帶上局部區(qū)域進行清掃時，只需切換在手動模式下操作便可。手動模式主要控制的是往復式鏈條清掃裝置和往復式魚鱗板控制裝置。

1.2 系統(tǒng)設計方案

煙葉復烤機輸送網帶在線清潔裝置整體方案設計如圖3所示。整體在線清潔裝置研究主要分為：電控系統(tǒng)設計、網板正面清掃裝置設計、網板反面清掃裝置設計、魚鱗板清掃裝置設計、鏈條清掃裝置設計、圖像識別系統(tǒng)設計、雙側正壓噴頭設計以及負壓除塵裝置設計八大板塊。

電控系統(tǒng)設計部分重點研究自動控制模式以及自動控制模式下所涉及的PLC控制、顯示器件和電機等匹配情況，以及電控系統(tǒng)手動模式的切換；四大清潔板塊重點研究清掃毛刷[9-10]、清掃電機、橫移電機、設備框架、導軌滑塊軸承、積灰箱以及固定裝置的設計和匹配情況；圖像識別系統(tǒng)設計重點在于攝像設備、網絡數據處理、交換機以及PLC控制的相關設計和整體匹配；雙側正壓噴頭以及負壓除塵裝置主要以外采購為主，重要研究當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匹配情況；通過上述各個環(huán)節(jié)的設計和試驗進而達到整體設計方案設計。

圖3 煙葉復烤機輸送網帶在線清潔裝置的整體方案設計

經過調查、討論、試驗及驗證，煙片復烤機輸送帶在線清潔裝置整體方案的各個細節(jié)，包括硬件和實施方法均得到了最終確認。除常規(guī)材料及設備外，一些特殊設備及選材主要有：圖像識別系統(tǒng)選用8個MER2-160-75GC型工業(yè)數字相機。網板正面清掃裝置選用 Ф0.25 mm 耐磨尼龍絲毛刷輥；毛刷滾動力源選用86BYGH250C型步進電機；框架采用20號矩形方鋼管、壁厚為 3 mm；積灰箱選用優(yōu)質鋼板(Q235A厚度 1.5 mm)。網板反面清掃裝置選用尼龍612材料毛刷輥。魚鱗板(護板)清掃裝置選用金屬毛刷。鏈條掃裝置選用尼龍612材料。負壓除塵裝置選用G-800負壓除塵裝置。電控系統(tǒng)中自動模式主要包括顯示器、德國西門子SIMATIC S7-200 PLC控制器、檢測器件(接近開關)選用上海滬豐機床電器生產(型號：LJ12A3-4-Z/BX)。根據最終方案，現場加工安裝情況如圖4所示。

2 結果與分析

2.1 煙片復烤機輸送網在線清潔裝置有無安裝對比統(tǒng)計

為了進一步比較煙片復烤機輸送網在線清潔裝置的有效性，工作人員分別對煙片復烤機輸送網帶在線清潔裝置的實際清掃結果與人工清掃結果進行比對，其中網板正面煙片復烤機輸送網在線清潔裝置的實際清掃結果與人工清掃結果進行比對結果如圖5所示。從圖5中看出，在線清潔裝置在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，網板正面煙片復烤機輸送網在線清潔裝置的清掃效率是人工的1.958倍。其中，在11月19日，網板正面煙片復烤機輸送網在線清潔裝置的清掃效率是人工的3.152倍。反面在線清潔裝置在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，網板正面煙片復烤機輸送網在線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，在線清潔裝置與人工清潔效果差距較大，在線清潔裝置遠好于人工清潔。

圖4 新型配方打葉投料系統(tǒng)現場示意圖

圖5 網板正面在線清掃設備與人工清掃情況對比

圖6 網板反面在線清掃設備與人工清掃情況對比

煙片復烤機輸送網在線清潔裝置中鏈條清掃裝置的實際清掃結果如圖7所示。由于鏈條特殊，人工很難實現清洗，因此無人工清洗數據。鏈條清掃裝置在11—12月期間每天的清掃平均值為：左側鏈條為 0.397 kg；右側鏈條為 0.431 kg。其清掃污漬重量小于網板正反面的原因是鏈條并沒有直接接觸煙葉，主要積灰是由于粉塵分散所引起的。

圖7 鏈條在線清掃設備清掃情況

煙片復烤機輸送網帶在線清潔裝置中魚鱗板清掃裝置的實際清掃結果如圖8所示。魚鱗板位置較為隱蔽，人工很難實現清洗，因此無人工清洗數據。鏈條清掃裝置在11—12月期間每天的清掃平均值為：魚鱗板為 0.258 kg；魚鱗板為 0.342 kg，該期間左側魚鱗板清掃污漬最大值達到 0.320 kg；右側魚鱗板清掃污漬最大值達到 0.390 kg，清掃效果是顯著的。

圖8 魚鱗板在線清掃設備清掃情況

2.2 清掃前后網板通孔率統(tǒng)計

網板通孔率是網板清掃效果評定的重要指標，通孔率越高代表網板上排布的孔洞被污漬封堵的數量越少，相對的清掃效果越好，網板通風換熱控干水分能力越強。通過前期對20塊使用過后但未清洗的網板進行通孔率的測算發(fā)現，網板正面孔洞被堵數量平均值達到510個，網板反面孔洞被堵數量平均值達到762個，總的封堵率達到4.1356%，通孔率為95.8644%。圖9為網板編號分別為W001和W008兩塊網板清掃前后網板通孔率的餅狀圖，圖9中更加直觀的顯示出清掃前后的效果對比。煙片復烤機輸送網帶在線清潔裝置對網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5.66%。

圖9 清掃前后網板通孔率情況分析

圖10為25塊測試網板清掃前后的通孔率提升百分比柱狀圖，從圖10中看出,煙片復烤機輸送網帶在線清潔裝置清掃過后網板通孔率提升百分比的平均值達到2.984%，最大提升為W008號網板提升百分比為5.66%。

圖10 清掃后網板通孔率提升情況分析

3 結論

1) 針對云南某煙草公司煙片復烤機在生產過程中，煙片會產生粉末、粉塵、煙垢并隨著網帶的運行，經過一段時間后粉塵會在網帶堆積形成積灰，嚴重影響煙葉的品質這一現狀，構建了一種新型的煙片復烤機輸送網帶在線清潔裝置。

2)在線清潔裝置在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，網板正面煙片復烤機輸送網在線清潔裝置的清掃效率是人工的1.958倍，最高達3.152倍，在線清潔裝置遠好于人工清潔。

3)網板通孔率是網板清掃效果評定的重要指標，通孔率越高代表網板上排布的孔洞被污漬封堵的數量越少，相對的清掃效果越好。使用煙片復烤機輸送網帶在線清潔裝置清掃過后網板通孔率提升百分比的平均值達到2.984%，最大提升達到5.66%。