一種卷接機(jī)組自清潔翻板機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

張卜雄，陳 闖，劉興瑞

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，云南曲靖 654200）

1 問題的提出

ZJ17卷接機(jī)組煙絲腔是存放煙絲的容器，落料閘門“閉”的狀態(tài)決定煙絲腔“集存煙絲”，落料閘門“開”的狀態(tài)決定“卸載煙絲”，前述其他組件皆圍繞落料閘門的兩種狀態(tài)開展工作。落料閘門打開放空煙絲的過程中，翻板（翻板為落料閘門的一個組件）表面會殘存煙絲，當(dāng)落料閘門閉合集存煙絲時，落料閘門快速關(guān)閉，殘存煙絲被壓緊壓實(shí)，造成殘存煙絲更緊密地附著于翻板，在靠近落料閘門旋轉(zhuǎn)方軸一側(cè)的翻板上更為嚴(yán)重。如圖1所示。

由于落料閘門與煙絲腔的結(jié)合面處附著煙絲，使落料閘門與煙絲腔貼合不嚴(yán)，密封度降低，造成煙絲集存不良，產(chǎn)生因煙絲供應(yīng)不上而導(dǎo)致的停機(jī)。

2 問題分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，出現(xiàn)上述問題，大部分情況下只需要把翻板、煙絲腔結(jié)合處的塊狀煙絲清理干凈，保證風(fēng)力送絲機(jī)構(gòu)的密封度，便可使風(fēng)力送絲機(jī)構(gòu)煙絲的吸取恢復(fù)正常。由此可見，風(fēng)力送絲機(jī)構(gòu)的密封度是解決上述問題的關(guān)鍵，確保翻板、煙絲腔結(jié)合處清潔，沒有塊狀煙絲粘附在上面送絲機(jī)構(gòu)良好密封度就得到了保障。

生產(chǎn)過程是動態(tài)的，所有的因素不是一成不變的。所以，翻板、煙絲腔結(jié)合處有煙絲粘附的情況不可避免，對翻板、煙絲腔結(jié)合處進(jìn)行清理是生產(chǎn)中必不可少的內(nèi)容。但是ZJ17型卷接機(jī)組的翻板機(jī)構(gòu)是不具備自清潔功能的，給實(shí)際生產(chǎn)中帶來了諸多不利，不僅影響設(shè)備效率提升同時人工清理還存在著很多隱患。

3 方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)一種新的翻板機(jī)構(gòu)，使該機(jī)構(gòu)具備自清潔功能，對殘留于落料閘門翻板上的煙絲進(jìn)行清潔，避免停機(jī)人工清潔，確保煙絲集存腔體始終保持良好的密封度，提高設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性、穩(wěn)定性。項(xiàng)目主要由兩部分組成：清潔執(zhí)行部分、氣源控制部分。

3.1 清潔執(zhí)行部分的設(shè)計(jì)

清潔執(zhí)行部分各組件如圖2、圖3、圖4所示。翻板材質(zhì)為硬質(zhì)合金鋁，自清潔翻板機(jī)構(gòu)的主要部件，一扇可以開、關(guān)的門。銅管是對壓縮空氣進(jìn)行集存、分配的管路。螺紋孔是用來把自清潔翻板機(jī)構(gòu)固定在指定位置。進(jìn)氣口是壓縮空氣接入的端口。氣流噴射孔是壓縮空氣的釋放出口，噴射出氣流對翻板的工作表面進(jìn)行清理。圓弧槽安裝承托銅管。

圖2 自清潔翻板機(jī)構(gòu)（背面）示意圖

圖3 自清潔翻板機(jī)構(gòu)示意圖（正面）

圖4 翻板示意圖（未安裝銅管）

卷接機(jī)組自清潔翻板機(jī)構(gòu)主要由翻板和銅管組成。翻板背面開有一定深度的圓弧槽，槽的位置與落料閘門翻板與煙絲腔的貼合處的位置成對應(yīng)狀態(tài)。銅管起到氣流儲存及分配的作用，銅管應(yīng)用一定的技術(shù)手段固定在翻板背面的圓弧槽內(nèi)，與翻板形成一個組合體。翻板、銅管組合完成后，在翻板的正面按一定的規(guī)則、數(shù)量加工氣流噴射孔，氣流噴射孔與銅管的腔體連通，氣流噴射孔的加工位置與落料閘門翻板與煙絲腔貼合處對應(yīng)。

螺紋孔通過利用螺釘可將翻板、銅管組合體固定在指定工作位置，銅管進(jìn)氣口接入可控壓縮空氣源，當(dāng)壓縮空氣源接通時，壓縮空氣進(jìn)入銅管腔體經(jīng)氣流噴射孔噴射出，利用噴射氣流產(chǎn)生的動能，結(jié)合翻板上合理布局的氣流噴射孔，對翻板上殘留的煙絲進(jìn)行噴吹清潔。

3.2 清潔方案的確立

3.2.1 噴射氣流基準(zhǔn)速度的確立

根據(jù)伯努利定律，動能+重力勢能+壓力勢能=常數(shù)，即：

式中，P為流體中某點(diǎn)的壓強(qiáng)，v為流體該點(diǎn)的速度，ρ為流體密度，g為重力加速度，h為該點(diǎn)所在的高度，C為伯努利常數(shù)。

在自清潔翻板機(jī)構(gòu)中，壓縮空氣受電磁閥控制，直接接入該機(jī)構(gòu)。現(xiàn)假定，電磁閥與該裝置之間壓縮空氣的輸送距離忽略不計(jì)，電磁閥接通的同時壓縮空氣就充滿了銅管的腔體，即流動阻力不計(jì)，壓縮空氣流至出口時壓力能全部轉(zhuǎn)化為動能。此時伯努利方程為：

自清潔翻板機(jī)構(gòu)工作時，壓縮空氣通過氣流噴射孔噴射出，對自清潔翻板機(jī)構(gòu)對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行清潔。此時，根據(jù)能量守恒定律，可推導(dǎo)：

由自清潔翻板機(jī)構(gòu)的工作原理可知，出口端（氣流噴射孔）釋放的氣流的速度v出口以及氣流噴射孔數(shù)量是影響該裝置清潔效果的關(guān)鍵因素，v出口的大小直接決定其清潔干凈程度，數(shù)量決定清潔范圍。此時求解出口端氣流速度：

結(jié)合壓縮空氣流量計(jì)算公式：

式中，L為流量，A為管道壓縮空氣出口面積，v為壓縮空氣平均流速。

現(xiàn)選取自清潔翻板機(jī)構(gòu)工作時的一種狀態(tài)作為基準(zhǔn)。假定該機(jī)構(gòu)工作時，環(huán)境溫度為25 ℃，h入口=h出口=2 m，P入口=0.5 MPa，根據(jù)公式ρ入口=1.293×可得ρ入口=5.8455 kg/m3，ρ出口=1.1846 kg/m3。將前述已知條件代入公式（1），經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)壓縮空氣的重力勢能對最終計(jì)算結(jié)果v出口影響非常小，可以忽略不計(jì)，求得此時v出口=29.05 m/s，此速度作為基準(zhǔn)速度。

當(dāng)銅管內(nèi)徑為6 mm 時，假設(shè)銅管內(nèi)氣流通過φ6 mm 的孔完全釋放，此時v出口=29.05 m/s；現(xiàn)將氣流噴射孔的尺寸直徑加工為φ0.8 mm，數(shù)量為n，此時根據(jù)公式（2）可知：nAφ0.8v出口=L=Aφ6v出口，現(xiàn)在為了保證清潔效果，在保證氣流出口v出口不變的前提下，此時n=57。

3.2.2 噴射氣流孔數(shù)量的確立

結(jié)合上述內(nèi)容，可知增大入口端壓縮空氣的壓力勢能，減少壓縮空氣出口的面積（減少噴射孔數(shù)量n），都可以提升出口壓縮空氣的動能。但供料成條機(jī)最大只能提供0.5 MPa 的氣壓，要獲得較大的氣壓必須安裝“增壓裝置”，該裝置的安裝需要較大空間，同時較大的壓力帶來了一定的安全隱患。而減少氣流噴射孔數(shù)量n，減小了清潔范圍。

可取的方案應(yīng)該是不需要加裝增壓裝置，同時為確保清潔效果，壓縮空氣出口的面積A需要增加一些（氣流噴射孔數(shù)量增加），氣流噴射速度應(yīng)盡可能接近基準(zhǔn)速度29.05 m/s，確保足夠?qū)挼恼{(diào)整范圍。

根據(jù)模擬測算，按照氣流噴射孔直徑為φ0.8 mm，孔間距10 mm，對翻板、煙絲腔結(jié)合處全覆蓋清潔，此時n=228。

基準(zhǔn)速度下的57個噴射孔遠(yuǎn)不能滿足要求。假如一次清潔只對一半的區(qū)域進(jìn)行噴吹，此時n=114，但57個孔只完成了一半的清潔工作。根據(jù)觀察，翻板、煙絲腔結(jié)合處容易板結(jié)成塊狀煙絲的區(qū)域不足全區(qū)域的50%，可采取將銅管分隔為兩個獨(dú)立區(qū)域讓噴射氣流對關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行清潔時的方案。

3.3 氣源控制部分的設(shè)計(jì)

（1）可控氣源部分應(yīng)具有以下特點(diǎn)：①氣源壓力穩(wěn)定，確保清潔效果；②氣源釋放時間可控，確保翻板在合適的位置時釋放清潔氣流；③接入清潔裝置的壓縮空氣流速可調(diào)，確保清潔執(zhí)行組件清潔氣流可控。④在自清潔翻板機(jī)構(gòu)一個工作周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)2次供氣，即在“開”的過程中進(jìn)行一次供氣，“關(guān)”的過程中進(jìn)行一次供氣。

（2）組件選擇：調(diào)速閥、時間繼電器、直動式二位三通電磁閥（常閉型），快插氣接頭、壓縮氣管等。

（3）工作過程。自清潔翻板機(jī)構(gòu)接入2路可控氣源，當(dāng)煙絲集存滿落料閘門得到“開啟”信號時，時間繼電器同時獲取信號并開始計(jì)時，達(dá)到設(shè)定值后，電信號傳遞至電磁閥，電磁閥工作，壓縮空氣依次經(jīng)過調(diào)壓閥、管路，進(jìn)入自清潔翻板機(jī)構(gòu)，經(jīng)過噴射小孔噴出，在翻板表面的一半?yún)^(qū)域形成氣簾進(jìn)行清潔。當(dāng)落料閘門卸載完煙絲得到“關(guān)閉”信號，另一半?yún)^(qū)域得到清潔。氣源控制電路如圖5所示。

圖5 氣源控制電路

4 結(jié)束語

作為一款橫跨兩個世紀(jì)的中速卷接機(jī)，盡管國內(nèi)外高速設(shè)備日新月異，自動化、智能化程度越來越高，該機(jī)型稍顯落后，但在高端卷煙、中細(xì)支卷煙的制造設(shè)備中，ZJ17型卷接機(jī)憑借穩(wěn)定的質(zhì)量、較低的物耗依然承擔(dān)著繁重的生產(chǎn)任務(wù)。如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，對ZJ17型卷接機(jī)進(jìn)行優(yōu)化提升，更好的服務(wù)于高端、中細(xì)支卷煙是各卷煙生產(chǎn)廠一直致力于探索的課題。本文從送絲機(jī)構(gòu)的組成部分翻板機(jī)構(gòu)入手，對翻板機(jī)構(gòu)處夾有塊狀煙絲的問題進(jìn)行了探討，圍繞該機(jī)構(gòu)處煙絲的有效清潔展開，充分利用原機(jī)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、氣源特點(diǎn)、控制模塊特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款具有自主清潔功能的翻板機(jī)構(gòu)。由于所學(xué)知識有限，本文只是在粗淺的層面探索及尋求可行的解決方案，提供一種可行的思路。