王德懿

(貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司遵義卷煙廠，貴州 遵義 563000)

PASSIM卷煙機(jī)是煙草行業(yè)常用的一種高速卷接設(shè)備，在煙支卷制成型過程中，高速運(yùn)行的未上膠的煙絲束容易飛濺出煙末，當(dāng)吸塵盒未能有效清除飛濺的煙末時(shí)，煙末會吸附在卷煙紙膠線上并粘在煙支搭口處造成煙支搭口夾末質(zhì)量缺陷，影響煙支外觀質(zhì)量。根據(jù)卷煙國標(biāo)相關(guān)規(guī)定，煙支搭口夾末長度≤0.1 mm時(shí)，為卷煙C類質(zhì)量缺陷；煙支搭口夾末長度>0.1 mm時(shí)，為卷煙B類質(zhì)量缺陷。PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒是控制煙支夾末質(zhì)量的關(guān)鍵部件之一，對煙支搭口夾末質(zhì)量缺陷的管控至關(guān)重要。

當(dāng)前，煙草行業(yè)對PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒的技術(shù)改造大多立足于優(yōu)化改進(jìn)吸塵盒尺寸及覆蓋區(qū)域，很少對吸塵盒內(nèi)吸塵口進(jìn)行改進(jìn)。本文根據(jù)吸風(fēng)量相等原則及風(fēng)速變化規(guī)律，對吸塵口尺寸進(jìn)行改進(jìn)，為吸塵盒改造提供必要的數(shù)據(jù)支撐。將原吸塵盒與加長吸塵盒進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)制作，并在兩者間增加隔板避免逆向氣流的產(chǎn)生從而提高煙末清吸效果，對降低PASSIM卷煙機(jī)煙支搭口夾末率具有重要意義。

1 問題分析

煙草行業(yè)主要的卷煙機(jī)型為PASSIM卷煙機(jī)和PROTOS卷煙機(jī)，由于兩種機(jī)型的吸塵盒、煙槍及上膠器等部件的結(jié)構(gòu)差異，PROTOS卷煙機(jī)生產(chǎn)的煙支搭口夾末率較低，而PASSIM卷煙機(jī)生產(chǎn)的煙支搭口夾末率偏高。PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒安裝在煙槍上膠器前方，吸塵盒與煙槍前底板形成一個密閉空間，盒內(nèi)的吸塵口與負(fù)壓吸風(fēng)裝置相通，通過負(fù)壓吸風(fēng)實(shí)現(xiàn)對上膠器噴膠嘴附近煙末、膠垢、灰塵等雜質(zhì)的清除，保證卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒示意圖如圖1所示。

圖1 PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒示意圖

在PASSIM卷煙機(jī)煙槍內(nèi)，煙絲束卷制成型需要上膠器噴膠嘴對卷煙紙進(jìn)行涂膠。為了確保上膠器噴膠嘴的涂膠均勻性，煙槍前底板、小壓板、固定壓板形成的煙條通道在小壓板與固定壓板之間預(yù)留了一定的間隙，煙末就容易通過這個間隙飛濺到煙槍內(nèi)，并堆積在煙槍前底板、小壓板和固定壓板上，清除不及時(shí)容易吸附在卷煙紙膠線上形成煙支搭口夾末質(zhì)量缺陷。PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒由于其自身設(shè)計(jì)的缺陷[1]，一方面吸塵盒內(nèi)的吸塵口易被膠塊與煙末的混合物堵塞，清除不及時(shí)將造成負(fù)壓吸風(fēng)壓力降低或吸風(fēng)失靈；另一方面吸塵盒只覆蓋了上膠器噴膠嘴前方煙槍前底板與小壓板的區(qū)域，并未覆蓋上膠器噴膠嘴后方煙槍固定壓板與大壓板的區(qū)域。PASSIM卷煙機(jī)盡管在上膠器噴膠嘴后方設(shè)置了吸塵口，但對煙末、膠垢等雜質(zhì)的清吸效果欠佳。另外，吸塵盒與固定接口處的密封失效，也會影響煙末清吸效果。

2 改進(jìn)方法

某卷煙企業(yè)組織技改小組對PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒進(jìn)行優(yōu)化改造，通過對PASSIM卷煙機(jī)和其他類別卷煙機(jī)吸塵盒及關(guān)聯(lián)部件的工作原理[2-7]、除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則[8-9]進(jìn)行分析后，制定了“吸塵盒覆蓋上膠器噴膠嘴后方位置”和“增大吸塵盒內(nèi)吸塵口尺寸”的改造方案。對改造方案的可行性和科學(xué)性進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證如下。

2.1 吸塵盒尺寸及相關(guān)數(shù)據(jù)測量

吸塵盒尺寸測量數(shù)據(jù)如下：吸塵盒主體尺寸(長×寬×高)為112 mm×44 mm×16 mm；吸塵管負(fù)壓值Wp=80 Pa，吸塵管內(nèi)徑D=10 mm，吸塵管橫截面面積A=0.314×10-3m2；吸塵盒內(nèi)吸塵口尺寸(長×寬)為28 mm×12 mm，吸塵盒外吸塵口尺寸(長×寬)為80 mm×13 mm。

2.2 吸塵盒覆蓋上膠器噴膠嘴后方區(qū)域必要性驗(yàn)證

2.2.1吸塵管內(nèi)風(fēng)速Vp

伯努利方程為：

(1)

式中：Ro為空氣密度，kg/m2；R為空氣重度，kN/m2；g為重力加速度，m/s2。

已知Wp=80 Pa=0.08 kN/m2，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(氣壓為1 013 hPa、溫度為15 ℃)，R=0.012 25 kN/m2，g=9.8 m/s2，代入式(1)計(jì)算得Vp=11.31 m/s。

2.2.2吸塵盒覆蓋前吸塵口風(fēng)速Vp2

根據(jù)吸風(fēng)量相等原則，吸塵口四周的空氣以半球形的等速面流向吸塵口中心，吸風(fēng)量Q為：

Q=3 600AVp=3 600A2Vp2

(2)

式中：A2為以吸風(fēng)口到煙支處距離R2為半徑的半球面面積，m2。

已知R2=28 mm(由吸塵口到煙絲束距離確定)，A2=4.924×10-3m2，代入式(2)計(jì)算得Vp2=0.72 m/s。

2.2.3吸塵盒覆蓋后吸塵口風(fēng)速Vp3

參照PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒主體尺寸，吸塵盒覆蓋上膠器噴膠嘴后方區(qū)域的尺寸(長×寬×高)設(shè)為80 mm×44 mm×16 mm。根據(jù)吸風(fēng)量相等原則，吸塵盒內(nèi)的吸風(fēng)從吸風(fēng)盒橫截面流過，吸風(fēng)量為：

Q=3 600AVp=3 600A3Vp3

(3)

式中：A3為吸塵盒橫截面面積，m2。

已知A3=1.28×10-3m2，代入式(3)計(jì)算得Vp3=2.77 m/s。

2.2.4計(jì)算結(jié)果分析

通過計(jì)算得知，吸塵盒覆蓋上膠器噴膠嘴后方位置后吸塵口風(fēng)速Vp3遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吸塵盒覆蓋前吸塵口風(fēng)速Vp2，吸塵口清除煙末能力提升3.85倍，吸塵盒覆蓋上膠器噴膠嘴后方區(qū)域具有科學(xué)性和合理性。吸塵盒壁厚h為8 mm，故吸塵盒外框尺寸(長×寬×高)為88 mm×52 mm×24 mm。

2.3 吸塵盒內(nèi)吸塵口尺寸改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.3.1吸塵口尺寸計(jì)算

根據(jù)吸風(fēng)量相等原則，吸塵管和吸塵口吸風(fēng)量相等，吸風(fēng)量為:

Q=3 600AVp=3 600A4Vp4

(4)

式中：A4為吸塵口面積，m2；Vp4為吸塵口風(fēng)速，m/s。

已知Vp4=8 m/s(查“常見吸塵管和吸塵口吸塵風(fēng)速表”[10])，代入式(4)計(jì)算得A4=0.444×10-3m2。

2.3.2計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)吸塵盒內(nèi)吸塵口尺寸計(jì)算得吸塵口面積為0.336×10-3m2。優(yōu)化改進(jìn)后，吸塵口面積為A4=0.444×10-3m2，增加了0.108×10-3m2，吸塵口清除煙末能力提升了32.14%，優(yōu)化后吸塵口尺寸(長×寬)為28 mm×16 mm。

2.4 吸塵盒改造

由于加長吸塵盒后易出現(xiàn)與煙條運(yùn)動方向相反的逆向氣流影響煙末吸清，技改小組在吸塵盒中部設(shè)置了一道隔板，防止逆向氣流的產(chǎn)生，確保了煙末的清吸效果。改造后的吸塵盒示意圖如圖2所示。

1—吸塵盒外吸塵口位置；2—上膠器噴膠嘴位置；3—吸塵盒內(nèi)隔板；4—改造后吸塵口

2.5 改造前、后關(guān)鍵參數(shù)變化

改造前、后吸塵盒內(nèi)噴膠嘴后方區(qū)域吸塵口風(fēng)速、吸塵盒內(nèi)吸塵口面積及煙末清除效率的提升量見表1。

表1 改造前后關(guān)鍵參數(shù)變化

3 應(yīng)用效果

技改小組對某卷煙廠3#、5#、13#3組PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒進(jìn)行優(yōu)化改造。吸塵盒制作采用切削性能良好的鋁合金板，通過鋸切、粗車、粗銑、精車、精銑、拋光等系列工序加工而成。PASSIM卷煙機(jī)煙支搭口夾末質(zhì)量還受其他裝置影響，通過此次對吸塵盒的改造完全消除煙支搭口夾末現(xiàn)象是不現(xiàn)實(shí)的，因此技改小組嚴(yán)格按照隨機(jī)說明書對吸塵盒加強(qiáng)維護(hù)與保養(yǎng)，并在改造前、后對卷煙機(jī)煙支搭口夾末率進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)。通過對某卷煙廠PASSIM卷煙機(jī)和PROTOS卷煙機(jī)生產(chǎn)的煙支搭口夾末率進(jìn)行為期1個月的跟蹤，統(tǒng)計(jì)得出PASSIM卷煙機(jī)的平均夾末率為0.233%，PROTOS卷煙機(jī)平均夾末率為0.112%。因此，技改小組將此次PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒優(yōu)化改造目標(biāo)設(shè)定為煙支搭口夾末率為0.1%。

3.1 改造前煙支搭口夾末率

改造前，技改小組對3#、5#、13# 3組PASSIM卷煙機(jī)煙支搭口夾末率進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。

表2 改造前煙支搭口夾末率統(tǒng)計(jì)

3.2 改造后煙支搭口夾末率

改造后，技改小組對3#、5#、13# 3組PASSIM卷煙機(jī)煙支搭口夾末率進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表3。

表3 改造后煙支搭口夾末率統(tǒng)計(jì)

3.3 改造效果分析

通過對PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒的優(yōu)化改造，3組PASSIM卷煙機(jī)的煙支搭口平均夾末率從0.233%降至0.093%，達(dá)到預(yù)期設(shè)定的0.1%的改造目標(biāo)。經(jīng)過改造，PASSIM卷煙機(jī)煙支搭口平均夾末率與PROTOS卷煙機(jī)煙支搭口平均夾末率相當(dāng)，處于煙草行業(yè)良好水平。由此可見，卷煙機(jī)吸塵盒的優(yōu)化改造對于維護(hù)煙支產(chǎn)品外觀質(zhì)量具有重要現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值。

4 結(jié)束語

在卷煙國標(biāo)中，煙支搭口夾末率是卷煙外觀質(zhì)量的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)，夾末率高就意味著煙支外觀質(zhì)量差。本文通過對PASSIM卷煙機(jī)吸塵盒進(jìn)行優(yōu)化改造，進(jìn)一步降低了煙支搭口夾末率，提升了煙支外觀質(zhì)量。改造后，煙支搭口平均夾末率從0.233%降至0.093%，下降了60個百分點(diǎn)，使PASSIM卷煙機(jī)的煙支搭口夾末率管控水平達(dá)到了PROTOS卷煙機(jī)的管控水平。