一種煙梗深加工成型裝置設計

唐 軍，胡書文，劉 靜，朱大昌，陳 勇

（1.江西理工大學，江西贛州 341000；2.江西環(huán)境工程學院，江西贛州 341000）

0 前言

據(jù)BP世界能源統(tǒng)計[1]，2011年中國能源消費消耗量世界第一，其中石油增長了5.5%，煤炭增長了8.8%，占全球煤炭產(chǎn)量增長的69%。隨著工業(yè)日益發(fā)展，今后的能源消耗將持續(xù)遞增，由于地球上的資源是有限的，終將枯竭，因此尋求能源的替代品迫在眉睫，刻不容緩。煙草作為一種經(jīng)濟農(nóng)作物，在當前經(jīng)濟發(fā)展中具有舉足輕重的作用，大量的原材料經(jīng)過多道加工工藝，去煙梗，留煙葉。在復烤廠內(nèi)煙梗堆積如山，對于一個中型復烤廠，一年大致會留存一萬多噸左右煙梗廢料。不焚燒處理，一旦流入市場，會擾亂煙草市場。因此，對于復烤廠經(jīng)常將其作為燃料，取代部分燃煤。但是松散的煙梗在爐膛內(nèi)經(jīng)常掉落，且加入的煙梗雜亂地堆積，致使各自不能充分燃燒，尤其是滲出的焦油不充分燃燒產(chǎn)生硫化物，污染空氣，致使在環(huán)保評估方面存在嚴重問題[2]。對此，本文提出大截面棒料燃燒方式，既能凝結(jié)松散的煙梗，又能充分與空氣接觸，實現(xiàn)完全燃燒。因此，此種棒料的成型是關(guān)鍵，對此，本文設計一種自動化程度較高、易操作的綠色環(huán)保型模壓成型裝置，并制作成樣機。

1 總體方案設計

煙梗模壓成型裝置應具有自動布料、自動壓縮、自動保壓、自動卸料功能；為了提高生產(chǎn)率，棒料一次成型視用戶需求，可以一排亦可以多排。其具體方案設計如圖1所示。

2 煙梗模壓成型裝置的工作原理

煙梗在傳送帶的運輸下被運送到工作臺，啟動小車上的連桿機構(gòu)，伸出刮板并運動至工作臺進料邊緣。啟動電機，在PLC控制下驅(qū)動小車從工作臺的近端運動到工作臺的遠端，在此過程中小車帶動刮板推動煙梗落入凹模，實現(xiàn)自動進料；完成第一次加料后小車將刮板收起，電機反轉(zhuǎn)帶動小車回到初始位置，多次重復第一次布料過程，使得凹模內(nèi)填滿煙梗，從而實現(xiàn)全自動智能加料。

圖1 總體設計方案

自動加料動作完成后，PLC芯片向模壓氣缸發(fā)出信號，啟動控制閥，高壓氣體進入氣壓缸內(nèi)，氣壓缸向下移動，帶動凸模向下壓縮煙梗，同時彈簧儲能。當擠壓壓力達到一定值（該壓力為實測壓力，在此壓力的作用下，煙梗焦油滲出率高，棒料的硬度較好，燃燒較為充分）后，保壓一段時間（由實驗測定），完成該裝置的自動擠壓、保壓過程，實現(xiàn)棒料完全成型。

保壓結(jié)束后，PLC發(fā)出指令，啟動泄壓閥，活塞回程。凸模在彈簧回復力的作用下，跟隨氣壓缸回到初始位置；同時，PLC發(fā)出指令，啟動換向閥，使卸料氣壓缸動作，驅(qū)動連桿機構(gòu)運動，使得擋板與棒料分離，棒料在其自重的作用下掉落。當卸料結(jié)束后，卸料機構(gòu)中的氣壓缸泄壓，擋板回到原位，實現(xiàn)自鎖，從而實現(xiàn)自動卸料與復位。

3 煙梗模壓成型裝置的自動控制[3]

根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出以及外部連接設備，本控制系統(tǒng)的外部接線圖如圖2所示，根據(jù)工藝要求和控制要求，I/O分配如下[3-4]。

輸入端：啟動／停止按鈕：2點；用于位置控制的極限開關(guān)：2點；用于檢測布滿和擠壓壓力的信號輸入：2點；緊急處理按鈕：1點；復位信號：1點，以上輸入共計8點。

輸出端：用于顯示啟動、停止、復位、報警狀態(tài)的顯示控制：4點；傳送帶和刮板2臺電動機運行控制：2點；用于12個氣缸的啟動的電磁閥控制：12點；氣壓泵的控制：1點，以上輸出共計19點。

圖2 PLC控制接線圖

利用組態(tài)軟件編寫控制程序，其控制框圖如圖3所示。

圖3 PLC控制接線圖

4 樣機開發(fā)及應用

樣機尺寸按圖紙1:1加工，并對缸套、活塞、凸模進行淬火處理，經(jīng)裝配調(diào)試，運行狀態(tài)良好。該樣機在贛南煙草廠贛州復烤分公司使用，至樣機運行半年多來，已處理煙梗量五千多噸并生產(chǎn)成大截面合格棒料，代替燃煤，直接節(jié)省煤炭一千多噸，折合人民幣一百多萬元，增加了公司的利潤同時也增強了與同行的競爭力；另外，大截面棒料在爐膛內(nèi)燃燒充分，減少了因燃燒引起的硫化物、一氧化碳排放量，從而起到保護大氣環(huán)境的作用；其次是大截面棒料燃燒后，其氧化物被制成鉀肥，為農(nóng)作物提供肥料[3]。至此，煙草生產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟的雛形基本形成。

5 結(jié)語

本文設計了一種自動化程度較高、綠色環(huán)保的煙梗處理裝置，它具有自動進料、自動布料、自動成型、自動卸料的功能，并開發(fā)成樣機。經(jīng)實驗，結(jié)果表明該裝置運行穩(wěn)定、可靠，生產(chǎn)出來的成品合格，節(jié)省了成本，增強了競爭能力。

［1］BP集團.BP世界能源統(tǒng)計［Z］.2012：30-32.bp.com/statistical review.

［2］Baena-Cagnani CE，Gomez RM，Baena-Cagnani，R，et al.Impact of Environmental tobacco smoke and ac?tive tobacco smoking on the development and outcomes of asthma and rhinitis［J］.Current opinion in allergy and clinical immunology，2009（9）：136-140.

［3］顏伊慶，潘麗萍.基于PLC的自動分揀系統(tǒng)［J］.機電工程，2012（9）：1286-1289，1317.

［4］黃偉，胡青龍.機械手PLC控制系統(tǒng)的設計［J］.機電工程技術(shù)，2008，37（11）：91-92.