丁福軍，楊天濤，王瑞陽

1. 許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河南省許昌市永昌路6 號 461000

2. 什邡長城雪茄煙廠，四川省什邡市鎣華山路南段128 號 618400

ZJ19 卷接機(jī)組是引進(jìn)英國莫林斯公司PASSIM 7000 技術(shù)設(shè)計轉(zhuǎn)化的高速卷接設(shè)備，生產(chǎn)速度為7 000 支/min，自動化程度高，運行穩(wěn)定可靠，是國內(nèi)卷煙企業(yè)的主流卷接設(shè)備。該機(jī)組經(jīng)過改進(jìn)現(xiàn)已形成ZJ19A、ZJ19B 等系列化產(chǎn)品，其中 ZJ19B 是 ZJ19A 卷接機(jī)組的升級改造機(jī)型［1-3］。回絲系統(tǒng)是ZJ19 系列卷接機(jī)組的重要組成部分，主要將平準(zhǔn)器修剪后下落的煙絲輸送至供料系統(tǒng)，但生產(chǎn)中存在回絲輸送帶容易損壞、更換繁瑣、計量料槽中煙絲分布不均等問題，導(dǎo)致設(shè)備故障停機(jī)，影響生產(chǎn)效率。對此，龔道平［4］采用螺旋回絲系統(tǒng)替代ZJ17 卷接機(jī)組原有皮帶輸送系統(tǒng)，解決了漏灰、漏煙絲及堵絲問題；朱敏智［5］采用Pro/E 軟件設(shè)計了回絲系統(tǒng)的三維模型，并分析了回絲系統(tǒng)中壓強(qiáng)與生產(chǎn)速度的關(guān)系，為減少煙絲造碎提供了參考；周詩偉［6］通過對螺旋輸送機(jī)工作原理進(jìn)行分析和計算，得到螺旋輸送機(jī)應(yīng)用于PROTOS M5 卷接機(jī)組回絲系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計參數(shù)，以及各參數(shù)對輸送效率的影響。PROTOS M5 卷接機(jī)組回絲系統(tǒng)中，經(jīng)平準(zhǔn)器修剪后下落的煙絲被三級螺旋回絲槽傳輸至煙絲儲庫，由陡角輸送帶定量松散后進(jìn)入篩分器，再由篩分器除雜后進(jìn)入計量料槽，槽中煙絲分布均勻，降低了煙支空頭率和煙支質(zhì)量標(biāo)偏。為此，借鑒PROTOS M5 卷接機(jī)組回絲系統(tǒng)的設(shè)計原理，對ZJ19B 卷接機(jī)組回絲系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，旨在改善煙絲分布均勻性，提高卷煙產(chǎn)品品質(zhì)。

1 問題分析

ZJ19B 卷接機(jī)組回絲系統(tǒng)主要由回絲輸送帶、回絲振槽、振動器、計量料槽、平準(zhǔn)器等部分組成，見圖1。煙絲經(jīng)平準(zhǔn)器修剪后，通過回絲輸送帶輸送至回絲振槽，再進(jìn)入計量料槽。由于回絲輸送帶運轉(zhuǎn)速度較高，導(dǎo)致輸送帶使用壽命較短（30 ～45 個工作日），而更換輸送帶需要將組件整體拆卸，操作繁瑣且耗時長，影響生產(chǎn)效率。此外，經(jīng)平準(zhǔn)器修剪后煙絲下落在輸絲帶上時橫向分布不均，雖然振槽上安裝有勻絲器，但落入計量料槽中的煙絲仍存在分布不均等問題，影響卷煙產(chǎn)品品質(zhì)。

圖1 改進(jìn)前回絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of excess tobacco recycling system before modification

2 改進(jìn)方法

改進(jìn)后回絲系統(tǒng)由平準(zhǔn)器、螺旋回絲裝置、傳送鼓、低速輸絲帶和計量料槽等部分組成，見圖2。平準(zhǔn)器將風(fēng)室導(dǎo)軌中的煙絲束修剪整形，使其符合煙支卷制要求。修剪后的煙絲依次經(jīng)過一級和二級螺旋回絲裝置，由二級螺旋回絲裝置將煙絲均勻拋撒在位于供料系統(tǒng)上游的低速輸絲帶上，即將煙絲的接入點向工藝流程的上游移動，使煙絲再次經(jīng)過定量和松散后進(jìn)入計量料槽，以提高計量料槽中煙絲分布均勻性。改進(jìn)后采用雙螺旋回絲裝置替代回絲輸送帶和回絲振槽，以解決輸送帶使用壽命短、更換頻繁等問題。

2.1 雙螺旋回絲裝置

2.1.1 結(jié)構(gòu)組成

圖2 改進(jìn)后回絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of excess tobacco recycling system after modification

雙螺旋回絲裝置分為一級和二級，結(jié)構(gòu)見圖3。一級螺旋回絲裝置由一級螺旋回絲槽和一級回絲螺旋棒組成，用于收集經(jīng)平準(zhǔn)器修剪后煙絲，并將煙絲進(jìn)行輸送和提升；二級螺旋回絲裝置由二級螺旋回絲槽、二級回絲螺旋棒和煙絲擋板組成，主要將一級螺旋回絲裝置輸送的煙絲均勻地拋撒在低速輸絲帶上，并通過煙絲擋板1 和2 調(diào)整煙絲分布均勻性。

圖3 雙螺旋回絲裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure of double-screw tobacco recycling system

2.1.2 參數(shù)設(shè)置

雙螺旋回絲裝置的煙絲輸送能力和螺旋回絲棒轉(zhuǎn)速是影響設(shè)備性能的重要參數(shù)。煙絲輸送能力是一定時間內(nèi)輸送的煙絲量，當(dāng)煙絲輸送能力低于平準(zhǔn)器修剪量時，會造成煙絲堵塞；當(dāng)高于平準(zhǔn)器修剪量時，會導(dǎo)致二級螺旋回絲槽中煙絲量過少，影響煙絲分布均勻性。螺旋回絲棒轉(zhuǎn)速對煙絲造碎影響較大，轉(zhuǎn)速越高，煙絲造碎越大，煙支質(zhì)量標(biāo)偏和空頭率也會增大，因此螺旋回絲棒轉(zhuǎn)速不能超過300 r/min，生產(chǎn)中通過調(diào)節(jié)螺旋回絲棒直徑和螺距可以調(diào)整轉(zhuǎn)速。

已知ZJ19B 卷接機(jī)組額定生產(chǎn)能力為8 000支/min，單支煙的煙絲量約為0.75 g，故8 000 支煙的煙絲量約為6 kg［7-8］，平準(zhǔn)器修剪量（煙絲冗余量）約為25%［9］，因此ZJ19B 機(jī)組每分鐘需要的煙絲量為6/（1-25%）=8 kg，即T=8 kg/min，由此可得螺旋回絲裝置的煙絲輸送能力為：

式中：K為冗余系數(shù)，取值 4.8；T為額定生產(chǎn)能力時卷接機(jī)組每分鐘所需煙絲量，kg/min；G為螺旋回絲裝置的煙絲輸送能力，kg/min。

如圖4 所示，根據(jù)設(shè)備預(yù)留空間及所需煙絲輸送能力，選用螺旋回絲棒直徑為100 mm，螺距為100 mm，螺旋軸芯軸直徑為40 mm，由此可得螺旋回絲棒一個螺距范圍內(nèi)攜帶的煙絲量為：

螺旋回絲棒的轉(zhuǎn)速為：

式（2）和式（3）中：M為螺旋回絲棒一個螺距范圍內(nèi)攜帶的煙絲量，即螺旋回絲棒旋轉(zhuǎn)一圈攜帶的煙絲量，kg/r；ρ為松散煙絲的密度，kg/m3，取值 75 kg/m3［10-11］；V1為螺旋回絲棒一個螺距范圍內(nèi)攜帶的煙絲體積，m3；N為螺旋回絲棒轉(zhuǎn)速，r/min；G為螺旋回絲裝置的煙絲輸送能力，kg/min。

圖4 螺旋回絲棒尺寸示意圖Fig.4 Schematic diagram of size of screw tobacco recycling shaft

2.2 回送煙絲接入點

改進(jìn)后回絲系統(tǒng)中計量料槽和低速輸絲帶均可作為回送煙絲接入點，由于計量料槽對煙絲分布均勻性要求較高，為避免因煙絲不均勻?qū)е略O(shè)備故障停機(jī)，故將低速輸絲帶作為回送煙絲接入點。當(dāng)煙絲均勻拋撒在低速輸絲帶上時，回送煙絲與低速輸絲帶上的煙絲混合在一起，被低速輸絲帶輸送至傳送鼓；傳送鼓上的鉤刺將煙絲鉤起，使煙絲松散并將煙絲帶離低速輸絲帶；傳送鼓上方安裝有均絲輥，可將傳送鼓上的多余煙絲剝落，起到定量煙絲的作用；經(jīng)過傳送鼓和均絲輥松散及定量后的煙絲傳送至計量料槽，保證了煙絲在橫向上均勻分布。

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗設(shè)計

材料：“長城（淳雅薄荷）”牌卷煙（中支煙，直徑6.2 mm，由四川中煙工業(yè)有限責(zé)任公司什邡長城雪茄煙廠提供）。

設(shè)備：ZJ19B 卷接機(jī)組2 組（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

方法：采用雙螺旋回絲裝置對其中一臺機(jī)組回絲系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，另一臺機(jī)組仍采用原回絲系統(tǒng)。選用同一卷煙品牌各30 批次分別對2 臺機(jī)組進(jìn)行測試，每批次取樣30 支，根據(jù)GB/T 22838—2009［12］的要求對煙支質(zhì)量、吸阻和總通風(fēng)率進(jìn)行檢測，取平均值；分別統(tǒng)計2 臺機(jī)組回絲系統(tǒng)的維修次數(shù)，測試周期為12 個月。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1 可見，改進(jìn)后回絲系統(tǒng)未對煙支質(zhì)量標(biāo)偏造成顯著影響，吸阻標(biāo)偏由改進(jìn)前的63 Pa 下降為53 Pa，總通風(fēng)率標(biāo)偏由改進(jìn)前的1.9%下降為1.6%，提升了卷煙產(chǎn)品品質(zhì)。統(tǒng)計結(jié)果表明，改進(jìn)后回絲系統(tǒng)維修次數(shù)由5 次/年減少為0，雙螺旋回絲裝置運行穩(wěn)定、維護(hù)簡便，有效提高了設(shè)備生產(chǎn)效率。

表1 改進(jìn)前后煙支物理指標(biāo)對比Tab.1 Comparison of physical indexes of cigarettes before and after modification

4 結(jié)論

采用低速輸絲帶和雙螺旋回絲裝置對ZJ19B卷接機(jī)組回絲系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，并將回送煙絲接入點由計量料槽改為低速輸絲帶，改進(jìn)后經(jīng)平準(zhǔn)器修剪的煙絲回送至低速輸絲帶，再經(jīng)傳送鼓定量后進(jìn)入計量料槽，提高了計量料槽中煙絲分布均勻性。以什邡長城雪茄煙廠生產(chǎn)中“長城（淳雅薄荷）”牌卷煙為對象進(jìn)行測試，結(jié)果表明：改進(jìn)后回絲系統(tǒng)生產(chǎn)運行穩(wěn)定，未對煙支質(zhì)量標(biāo)偏造成影響，吸阻標(biāo)偏下降10 Pa，總通風(fēng)率標(biāo)偏下降0.3 百分點，系統(tǒng)維修次數(shù)由5 次/年減少為0，減少了設(shè)備故障停機(jī)次數(shù)，提高了卷煙產(chǎn)品品質(zhì)。