ZJ116B型卷接機(jī)組梗簽二次分選裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

潘恒樂(lè)，王 俊，陳 鍇，盛浩然

常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南省常德市武陵區(qū)長(zhǎng)庚路999號(hào)415000

在卷煙生產(chǎn)過(guò)程中，梗簽分離系統(tǒng)利用氣流將煙絲和梗簽分離，質(zhì)量密度較小的煙絲被吸附在吸絲帶上形成煙絲束，質(zhì)量密度較大的梗簽被篩選出來(lái)進(jìn)入回收系統(tǒng)處理［1］。梗簽影響卷煙燃燒性能及感官質(zhì)量，會(huì)造成煙支表面刺破、單支煙質(zhì)量偏差較大等質(zhì)量問(wèn)題［2-3］。為提升梗簽分選效果，劉瀾波等［4］設(shè)計(jì)了煙梗打散裝置，熊克林等［5］將直通型漂浮室改為“之”字形漂浮室，柏世繡等［6］研制了S型二次分選氣流通道，張皓天等［7］研制了一種外置式梗簽分離裝置，白雪等［8］設(shè)計(jì)了基于真空懸浮和離心風(fēng)分相結(jié)合的梗簽分離系統(tǒng)，廖艷培等［9］研制了一種梗簽分離三次風(fēng)選裝置。此外，劉小川等［10］設(shè)計(jì)了一套以PLC為遠(yuǎn)程控制中心的梗簽分離回收在線控制系統(tǒng)，提高了梗簽分離的穩(wěn)定性與可靠性。胡中軍等［11］分析了梗導(dǎo)向板高度和小風(fēng)機(jī)壓力兩個(gè)因素對(duì)梗簽分離效果的影響。任志立等［12］利用ANSYS Workbench軟件對(duì)不同形狀的懸浮腔進(jìn)行仿真分析，得出方形懸浮腔的梗簽分離效果最好。

ZJ116B型卷接機(jī)組是以成熟的ZJ116A型卷接機(jī)組為技術(shù)平臺(tái)研制的新一代國(guó)產(chǎn)細(xì)支卷煙卷接機(jī)組，該機(jī)型使用了經(jīng)典的雙煙道技術(shù)［13-14］，由于難以對(duì)前后煙道均勻輸送煙絲，且兩煙道無(wú)法獨(dú)立調(diào)節(jié)，當(dāng)來(lái)料煙絲不均勻時(shí)，會(huì)造成前后吸絲通道間梗簽分離效果不一致，造成卷煙質(zhì)量波動(dòng)，前后道卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性出現(xiàn)較大差異。目前針對(duì)雙煙道卷煙機(jī)前后道質(zhì)量穩(wěn)定性的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，通過(guò)分析ZJ116B型卷接機(jī)組的梗簽分選原理，設(shè)計(jì)了獨(dú)立的二次分選調(diào)節(jié)裝置，并將分選通道由直通型改成Z型，以期提高梗簽分選效果，使各煙道的卷煙質(zhì)量特性基本保持一致。

1 分選系統(tǒng)原理與問(wèn)題分析

1.1 分選系統(tǒng)運(yùn)行原理

ZJ116B型卷接機(jī)組的梗簽分選系統(tǒng)由一次分選和二次分選組成，該分選系統(tǒng)見(jiàn)圖1。運(yùn)行時(shí)，煙絲經(jīng)過(guò)彈絲轆1和針輥2的共同作用后，均勻松散地落下，順著落絲通道3到達(dá)一次分選噴嘴4處，噴嘴向前方噴出正壓氣流，氣流均勻分布于左右兩墻板之間的整個(gè)寬度上。在正壓氣流的作用下使較輕的煙絲和較重的梗簽分離，煙絲被氣流直接吹入前方的流化床10上，梗簽則落入下方的閘輥6上，即實(shí)現(xiàn)了梗簽的第1次分選。

圖1梗簽分選系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of stem separator

通過(guò)閘輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，閘輥上的葉片會(huì)把落在上面的梗簽帶走并拋入到分選通道7中。二次分選噴嘴5位于分選通道7上端，在整個(gè)橫向?qū)挾壬暇鶆蚍种昧?85個(gè)噴射口。通過(guò)噴嘴向上噴出正壓氣流，使噴嘴下方的分選通道形成壓差，它會(huì)在通道中形成從下往上流動(dòng)的氣流，通過(guò)向上流動(dòng)的氣流升力對(duì)梗簽進(jìn)行第2次分選，其中較輕的煙絲在氣流的作用下進(jìn)入流化床中，較重的梗簽落入下方的回收通道9中。二次分選調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)8則用于調(diào)節(jié)梗簽二次分選的效果。

片狀物的懸浮速度計(jì)算公式［15］為：

式中：V為片狀體的體積，m3；S為迎流面積，m2；ρx為片狀物密度，kg/m3；ρ氣流為氣流密度，kg/m3；g為重力加速度，9.8 N/kg；vx為片狀物懸浮速度，m/s。

每種物料因具有不同的迎流面積、體積和密度，在相同的空氣密度下均有不同的懸浮速度，相同尺寸的梗簽與煙絲比較，顯然ρx梗簽＞ρx煙絲，則vx梗簽＞vx煙絲，只要?dú)饬魉俣葀氣流滿足條件vx梗簽＞v氣流＞vx煙絲，就能將煙絲、梗簽分離，實(shí)現(xiàn)梗簽的二次分選。

梗簽二次分選調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖2，由調(diào)節(jié)板、刻度尺、星型旋鈕以及連桿機(jī)構(gòu)等組成。需要調(diào)節(jié)分選效果時(shí)，旋開(kāi)星型旋鈕5，使連桿機(jī)構(gòu)6的調(diào)節(jié)桿在刻度尺4上移動(dòng)，可改變調(diào)節(jié)板3的位置，從而改變分選通道底部的截面積大小。流量公式［16］為：

式中：Q為分選通道流量，m3/h；S為分選通道底部的截面積，m2；v為向上流動(dòng)氣流速度，m/s。

由于分選通道中的流量Q是由二次分選噴嘴噴出的正壓氣流大小決定的，所以在工作過(guò)程中，流量Q基本是不變的，當(dāng)?shù)撞拷孛娣eS發(fā)生變化時(shí)v就會(huì)發(fā)生變化，這樣就可達(dá)到調(diào)整梗簽二次分選效果的目的，當(dāng)分選效果滿足要求后，再擰緊星型旋鈕，固定整個(gè)連桿機(jī)構(gòu)。

1.2 問(wèn)題分析

為分析ZJ116B型卷接機(jī)組前后煙道生產(chǎn)卷煙的質(zhì)量特性，對(duì)南京卷煙廠1組ZJ116B型卷接機(jī)組生產(chǎn)的“金陵十二釵”牌卷煙進(jìn)行取樣檢測(cè)，將機(jī)組運(yùn)行速度設(shè)定為10 000支/min，在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行2 h后，分別取20支前煙道卷煙和20支后煙道卷煙，連續(xù)取5次，統(tǒng)計(jì)20支卷煙總質(zhì)量和卷煙質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差（即卷煙質(zhì)量SD值），結(jié)果見(jiàn)表1。

圖2梗簽二次分選調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of control mechanism for secondary stem separation

表1改進(jìn)前卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of cigarette weight consistency before modification

根據(jù)南京卷煙廠的工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，20支細(xì)支卷煙總質(zhì)量為（10.60±0.20）g，單支細(xì)支卷煙標(biāo)準(zhǔn)偏差≤15 mg。由表1可見(jiàn)，前煙道和后煙道的卷煙總質(zhì)量均滿足工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，前煙道生產(chǎn)的卷煙平均總質(zhì)量為10.54 g，后煙道卷煙平均總質(zhì)量為10.66 g，兩者基本一致。前煙道卷煙質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差除第5次取樣結(jié)果外均滿足工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而后煙道卷煙質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差均未能滿足要求，前煙道卷煙質(zhì)量的平均SD值比后煙道平均SD值小1.68 mg，說(shuō)明后煙道卷煙質(zhì)量波動(dòng)較大。

ZJ116B型卷接機(jī)組采用雙煙道技術(shù)，經(jīng)過(guò)兩次分選后的煙絲在流化床上一分為二，最終分別到達(dá)前后吸絲通道中的吸絲帶上。而現(xiàn)有的ZJ116B型卷接機(jī)組的二次分選的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在左右2塊主墻板之間，由1個(gè)調(diào)節(jié)桿調(diào)節(jié)整個(gè)煙絲輸送寬度上的分選效果，不能對(duì)分選通道分開(kāi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)來(lái)料煙絲不均勻時(shí)，會(huì)造成前后吸絲通道間梗簽分離效果不一致。且梗簽二次分選通道是直通型的，其內(nèi)部氣流速度基本恒定，閘輥有時(shí)會(huì)帶入一些煙絲團(tuán)進(jìn)入分選通道中，成團(tuán)的梗簽和煙絲難以分離，或隨氣流上升進(jìn)入流化床，或下落排出到回收通道中。這些均會(huì)導(dǎo)致卷煙質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)，造成前后煙道卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性出現(xiàn)較大差異。

2 改進(jìn)方法

2.1 前后煙道風(fēng)選獨(dú)立調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

圖3改進(jìn)后的梗簽二次分選調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of modified control mechanism for secondary stem separation

重新設(shè)計(jì)了二次分選調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)對(duì)分選通道底部的截面積進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，見(jiàn)圖3。改進(jìn)后的調(diào)節(jié)裝置由左右兩個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，均安裝在連接架9上。每個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)均由調(diào)節(jié)板、刻度尺、星型旋鈕、連桿機(jī)構(gòu)以及擋風(fēng)塊等組成，其使用方法與原調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)基本一致，改變右調(diào)節(jié)板4的位置，可以改變前吸絲通道的梗簽分選效果；改變左調(diào)節(jié)板6的位置，可以改變后吸絲通道的梗簽分選效果，實(shí)現(xiàn)前后煙道梗簽分選效果的獨(dú)立調(diào)節(jié)。

當(dāng)左右調(diào)節(jié)板的位置變化時(shí)，相鄰兩個(gè)調(diào)節(jié)板之間可能會(huì)出現(xiàn)間隙，會(huì)造成相鄰?fù)L(fēng)口的通風(fēng)量隨之變化。因此在兩個(gè)調(diào)節(jié)板相鄰的位置均安裝了擋風(fēng)塊5，用來(lái)封閉調(diào)節(jié)板之間的間隙，避免梗簽二次分選效果受到影響。

2.2 Z型分選通道

為了提高在二次分選過(guò)程中對(duì)煙絲團(tuán)的分選效果，借鑒其他卷接設(shè)備的除梗技術(shù)，將直通式的分選通道設(shè)計(jì)成Z型［17］，增加了4個(gè)三角形導(dǎo)流塊，將其錯(cuò)位安裝于分選通道的兩側(cè)，使導(dǎo)流塊之間的氣流通道變成Z型，見(jiàn)圖4。根據(jù)文丘里效應(yīng)，當(dāng)風(fēng)吹過(guò)阻擋物時(shí)，在阻擋物的背風(fēng)面上方端口附近氣壓相對(duì)較低，從而產(chǎn)生吸附作用并導(dǎo)致空氣的流動(dòng)［18］。所以迎風(fēng)面A處的壓力PA高于背風(fēng)面B處的壓力PB，氣流從高壓點(diǎn)向低壓點(diǎn)流動(dòng)，就會(huì)形成圖4中所示的順時(shí)針旋向的小循環(huán)氣流。在Z形通道中，煙絲團(tuán)隨主氣流向上流動(dòng)，與通道內(nèi)的迎風(fēng)面撞擊后轉(zhuǎn)向。撞擊后，含有梗簽的煙絲團(tuán)會(huì)在自重及小循環(huán)氣流作用下，向下運(yùn)行，再次循環(huán)，在流動(dòng)中左右撞擊、上下翻轉(zhuǎn)，使梗簽與煙絲得到充分分離。

圖4 Z型分選通道示意圖Fig.4 Schematic diagram of Z-shaped separation passage

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：“金陵十二釵”牌卷煙（江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南京卷煙廠）。

設(shè)備：ZJ116B型卷接機(jī)組（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司），MW3220型煙支水分及密度剖面微波快速測(cè)量?jī)x（德國(guó)TEWS公司生產(chǎn)），OM-VA型煙支/濾棒在線取樣綜合檢測(cè)臺(tái)（北京歐美利華科技有限公司生產(chǎn)）。

方法：將ZJ116B型卷接機(jī)組的運(yùn)行速度設(shè)定為10 000支/min，在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行2 h后，利用濾棒/煙支綜合測(cè)試儀對(duì)卷煙進(jìn)行取樣檢測(cè)，每次分別取20支前煙道卷煙和20支后煙道卷煙，連續(xù)取5次，統(tǒng)計(jì)改進(jìn)后取樣的20支卷煙總質(zhì)量和卷煙質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差（即卷煙質(zhì)量SD值）；使用在線梗簽分離回收裝置對(duì)改進(jìn)前后的設(shè)備分別進(jìn)行5次1 min的梗簽收集檢測(cè)。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表2可見(jiàn)，改進(jìn)后的前后煙道生產(chǎn)出卷煙的總質(zhì)量基本一致，符合卷煙企業(yè)的工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；前后煙道的卷煙質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)偏差也都滿足工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中前煙道卷煙質(zhì)量的平均SD值由改進(jìn)前的14.40 mg降到13.16 mg，后煙道卷煙質(zhì)量的平均SD值由改進(jìn)前的16.08 mg降到13.44 mg，有效降低了卷煙質(zhì)量SD值水平，減小了煙支質(zhì)量的波動(dòng)；前后煙道卷煙質(zhì)量的平均SD值差值由改進(jìn)前的1.68 mg降到了0.28 mg，有效減少了前后煙道卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的差異，提高了卷煙質(zhì)量的穩(wěn)定性。

表2改進(jìn)后卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of cigarette weight consistency after modification

由表3可見(jiàn)，排出的梗簽中的平均含絲率由改進(jìn)前的18.4%降到了改進(jìn)后的9.0%，降低了9.4百分點(diǎn)，排出梗簽中含絲率大大減少，降低了原輔材料的消耗，有效提高了梗簽分選效果。

表3改進(jìn)前后排出梗簽的含絲率比較Tab.3 Comparison of tobacco fiber content in rejected stems before and after modification

4 結(jié)論

通過(guò)設(shè)計(jì)梗簽二次分選獨(dú)立調(diào)節(jié)裝置，將直通型的分選通道改進(jìn)成Z型分選通道，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ZJ116B型卷接機(jī)組的前后煙道梗簽分選的獨(dú)立調(diào)節(jié)，提高了梗簽分選效果和卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性。以ZJ116B型卷接機(jī)組生產(chǎn)的“金陵十二釵”牌卷煙為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明:前煙道的卷煙質(zhì)量的平均SD值由改進(jìn)前的14.40 mg降到13.16 mg，后煙道的卷煙質(zhì)量的平均SD值由改進(jìn)前的16.08 mg降到13.44 mg，前后煙道卷煙質(zhì)量的平均SD值差值由改進(jìn)前的1.68 mg降到了0.28 mg，排出的梗簽中含絲率降低了9.4百分點(diǎn)。該技術(shù)可在ZJ119、PROTOS2-2等雙煙道卷接設(shè)備上推廣應(yīng)用。