陸俊平， 楊小雨， 袁玉通， 劉 文， 阮紅倩

（紅塔集團玉溪卷煙廠復烤二車間， 云南 玉溪 652600）

引言

在現(xiàn)行卷煙工藝背景下，打葉復烤工藝將煙葉分成煙片和煙梗兩部分，煙梗的重量約占煙葉重量的四分之一，其同樣含有焦油、尼古丁等，與煙片相近。而制絲工藝將煙片和煙梗分別加工成片絲和梗絲，再與再造煙絲或回用煙絲按比例配置成煙絲。隨著煙梗的切絲加工、減害降焦、卷煙均質(zhì)化等技術的快速發(fā)展，煙梗在卷煙工藝中扮演的角色越來越濃重，對復烤成品梗的質(zhì)量要求越來越高。梗絲結構對卷煙質(zhì)量有明顯影響[1]，目前復烤成品梗拐剔除設備的剔除率控制不穩(wěn)定，使得制梗絲工序來料質(zhì)量不穩(wěn)定，不利于后續(xù)工序的加工質(zhì)量。梗拐含水率與梗絲厚薄不一致，致使含水率不一樣，較多的梗拐將影響后續(xù)工序的加工效果[2]。研究還發(fā)現(xiàn)，不同梗絲的吸食感官質(zhì)量不一，上部煙梗的品質(zhì)總體較差[3]。因此，開發(fā)一套高效復烤成品梗拐剔除設備，篩除梗拐等對后續(xù)加工工序有不良影響的煙梗，能確保成品煙梗滿足新型膨脹梗工藝及卷煙內(nèi)在品質(zhì)的需求。

1 打葉復烤行業(yè)煙梗篩分設備現(xiàn)狀研究

目前，打葉復烤行業(yè)中，煙梗篩分設備主要有以下幾種形式：多級振動篩分機；筒式（鼠籠式）煙梗篩分機；光電成像剔除篩分機等。

多級振動篩分機一般為串聯(lián)的多級、多個振篩組合篩分機，篩面采用孔篩、條篩、棒狀篩面等，煙梗進入振篩后，在振動下前進。梗拐尺寸較大，短梗細梗尺寸較小，通過設置不同尺寸的篩孔（條），將煙梗中的不合格梗在振動中剔除。這種篩分設備形式結構簡單，成本低，為目前大多數(shù)企業(yè)使用的煙梗篩分設備形式，對細梗、短梗的剔除效果較好；缺點是梗拐形狀不規(guī)則，在振動時與篩面的相對運動比較劇烈，容易卡在篩面上，清理較為困難，卡住的梗拐堵住篩面，影響了設備的篩分能力。

筒式（鼠籠式）煙梗篩分機是近年來使用較多的新型煙梗篩分設備，同樣由不同尺寸的篩孔（條）進行篩分。篩面是筒（鼠籠）狀的，煙梗進入設備后，隨著篩面的旋轉向前運動。與振動篩分不同的是，煙梗不是依靠振動向前運動，而是主要依靠重力向前運動，與篩面的相對運動較小，因此卡梗情況有一定改善。但是，由于篩面大部分是閉合的，從外界清理卡梗和檢修設備都存在困難。煙梗某時刻在筒（鼠籠）狀篩面內(nèi)，不可能完全充滿整個筒的空間，因此有一部分篩面在某時刻是空的，因此篩面尺寸需要加大，因此該設備造價高。

光電成像剔除篩分機是將煙梗的圖像用工業(yè)攝像設備拍下，再進行圖像分析，找到不合格梗的位置，將不合格梗剔出。這種篩分設備目前技術還未完全成熟，煙梗的圖像處理技術和不合格梗剔除環(huán)節(jié)還存在應用技術問題，且設備成本較高，需要專業(yè)人員調(diào)試維護。

2 梗拐剔除設備技術原理設計

根據(jù)打葉復烤行業(yè)煙梗篩分設備現(xiàn)狀研究，主要需解決的問題是梗拐卡在篩孔中的問題，目的是提高設備篩分效率。梗拐的形狀不規(guī)則，運動到篩孔時，容易掛在篩孔里。強烈的振動，使得梗拐和篩孔間有劇烈運動，可能會讓梗拐緊緊卡在篩孔上。若使用人工清理卡梗，造成人工浪費和安全隱患。因此，為解決卡梗拐問題，應該降低煙梗和篩面的相對運動劇烈程度。

根據(jù)上述分析，項目小組改良梗拐清理設備，采用往返運行的圓筒篩形式，將物料的進入方向定義為縱向，本方案篩面為多個橫向排列的直圓筒組合，圓筒由鏈條組合和帶動（如圖1所示）。本方案篩面不震動，物料進入篩面后，鏈條被驅(qū)動向前運動時帶動篩面圓筒向前運動。

圖1 篩面結構原理示意圖1

篩面是往返運動的形式，在篩面一側有主動輪，給篩面提供前進動力。為使得煙梗的篩面之間的相對運動劇烈程度降到最低，并保證設備可以可靠長時間地運行，設備必須不進行振動。但是，不進行振動會導致煙梗松散、翻轉不徹底，煙梗產(chǎn)生堆料現(xiàn)象，梗頭或者尺寸較大與篩面篩孔交叉排列的合格梗會覆蓋在篩面上，使得其他合格梗不能落下。為解決這個問題，在上面上增加張緊鏈輪，使得篩面形成起伏波浪結構（如圖2、圖3所示）。煙梗進入設備后，被向前運動的篩面帶動運轉，并沿著波浪結構篩面運動；不能從篩面間隙落下的梗拐，運動到篩面盡頭后掉出篩面；其他梗則從篩面間距落下，從上下層篩面中間離開設備。這種結構的篩分設備，煙梗靠自身重力及與篩面的摩擦力向前運動，與篩面的相互運動并不劇烈，卡梗情況較少（篩分設備總裝配如圖4所示）。

圖2 篩分結構原理示意圖2

3 梗拐剔除設備實施方案設計

篩分裝置主結構關鍵參數(shù)設計：從上述梗拐剔除設備的原理可知，影響設備篩分效果的參數(shù)主要是篩面圓筒的直徑、間距以及篩面波浪結構的尺寸和數(shù)量。首先對上述參數(shù)對篩分效果的影響進行定性分析：第一，圓筒直徑分析。篩面圓筒直徑過大，會造成煙梗難以逾越圓筒本身的高度差，且會使得篩面波浪結構的有限尺寸變小，可能造成物料翻滾不徹底，影響篩分效果。篩面圓筒直徑過小，主要是加工困難，且影響篩面的強度。第二，篩面圓筒間距分析。圓筒間距過大，會使得部分尺寸較小梗拐從篩面間隙落下，進入后級工序，降低剔除效率。圓筒間距過小，使得合格梗不容易從篩面間隙落下，使得部分合格梗被剔除，造成誤剔除。第三，波浪結構的尺寸和數(shù)量。波浪結構數(shù)量和尺寸太小，使得煙梗翻轉不夠劇烈，部分合格梗自始至終都橫跨在篩面間隙上，堵住篩面，使得其他一些合格梗不能落下，從篩面盡頭被剔除走，造成誤剔除，容易使得煙梗在篩面堆料，翻轉不徹底，篩分效果差。篩分結構數(shù)量少，同樣會導致煙梗翻轉不徹底，部分合格梗還來不及被翻轉到篩面間隙處落下，就運動到篩面盡頭被剔除。篩面結構尺寸太大，可能使得梗拐難以從波浪結構尺寸底部運動到頂部，造成梗拐堆料。篩分結構數(shù)量受到篩面整體尺寸限制，有最大數(shù)量制約。具體定量分析，將在實驗中進行。

圖3 篩分結構透視立體圖

圖4 篩分設備總裝配圖

實際設備的制造應考慮生產(chǎn)條件的復雜性，并留有設計余量，設計合適的輔助結構有助于設備高效率運行，保證設備的安全順暢運行，具體設計如下。

梗拐自動清理結構設計：由于梗拐結構的復雜性，會有部分梗拐由于結構各異，導致會有梗拐大頭在篩面外，小頭在篩面內(nèi)，卡在篩面間隙的情況。類似這種結構的梗拐，可能在沿著篩面運動到盡頭，并翻轉到篩面另一面時，不能自然落下。篩面是往復運動的，若這部分梗頭在后續(xù)運轉過程中落下，會造成漏料，或這部分梗拐再次運動到篩面正面，會影響其他煙梗的篩分。由于本篩面結構的特點，梗拐不會卡得非常緊，可以增加自動清理梗的裝置。由于設備篩面篩孔為長條狀，因此設計帶齒圓輥結構，圓輥面上有凸起齒形結構，可以插入篩面間隙，將梗拐推出。圓輥兩側為鏈輪，為較少圓輥對設備篩面轉動造成的功耗、減低對梗拐的擠壓破壞，圓輥與篩面之間有彈簧等軟連接設計。該種清潔結構可采用不銹鋼等材質(zhì)，強度較好，避免了使用柔性球等橡膠制品清理煙梗[4]可能造成的橡膠等打葉復烤行業(yè)“一類雜物”進入煙梗。

煙梗朝向預排列結構設計：設備篩面篩孔為長條形，在無振動情況下，為使得合格梗盡快從篩面篩孔落下，可在篩面前設計振動波浪形篩。煙梗在振動波浪形振動篩的作用下，隨著振動將趨向于與圓筒篩篩孔統(tǒng)一朝向，有助于合格梗落入振動篩時盡快與篩面篩孔朝向統(tǒng)一，在煙梗前進過程中，盡快離開篩面，提高篩分效率。

煙梗朝向再排列結構設計：煙梗在落入圓筒篩面并前進一段時間會后，朝向已經(jīng)趨向于不一致。為了使得篩面篩分效率提高，可在波浪圓筒篩中間增加煙梗朝向再排列結構。再排列結構可用多種形式，如耙釘、分料塊等。這些結構將直接接觸煙梗，將煙梗在運動、篩分途中改變整體結構，充分松散，再次將煙梗朝向趨向于與篩面篩孔一致，讓合格煙梗盡快落下。煙梗朝向再排列結構由電機驅(qū)動，可按照生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)運行參數(shù)。

檢修預留結構：為使得設備檢修方便，設計檢修預留結構。設備設計手動盤車設備，在動力輪軸心處預留鎖形結構，加工與鎖形裝置配合使用的手柄。當設備異常停轉時，可將手柄插入動力輪軸心處，進行手動盤車，避免直接用手接觸篩面。設備設計觀察窗，在篩面及轉動部件處設計觀察窗，便于及時監(jiān)控設備運行情況。設備外殼可開啟，用永磁鐵、鉸鏈鎖定，需要時可開啟，方便設備檢修。

其他輔助結構設計：上下層篩面中間設置接料板，將可以從篩面間隙落下的煙梗接走；設備篩面下部設計托輪，限制設備篩面和鏈條的移位；設備最下部加接灰盤，收集篩面下層回帶的煙灰和異物；為保證安全，設備所有外部轉動部件上加防護罩，設備增加急停按鈕；機架腳高度設計調(diào)平螺絲進行調(diào)平。為防止篩面與設備外殼相接的兩側漏料，在這兩側增加軟密封皮，阻止煙梗下落且盡量較少對篩面運行的阻礙。

4 梗拐剔除設備方案的實施

項目小組按照技術方案設計，進行設備制造實施。為確定合適的設備關鍵參數(shù)，項目小組制造樣機進行過料實驗。

將圓筒直徑和間距取、波浪形尺寸作為控制參數(shù)進行實驗，取正常生產(chǎn)中所用煙梗，進行多次帶料實驗，實驗結果如表1。

從上述實驗結果可看出，圓筒直徑取11 mm，圓筒間距取8 mm，波浪形結構尺寸取寬400 mm，深分別為（130，150，170）mm時，設備達到最大有效篩分率88.60%，比項目小組現(xiàn)有設備的平均有效篩分率81.90%有顯著提高。

表1 實驗結果表

5 結語

本設備的優(yōu)勢是落在篩面間隙的梗與篩面無劇烈運動，不存在卡梗難以清除現(xiàn)象，所有卡住的梗都會向前移動至篩面盡頭，前面的卡梗不影響后面的梗篩分，設備后端的梗拐自動清理結構能避免人工清理煙梗造成的篩面變形和安全隱患。煙梗朝向預排列和再排列結構設計留有一定的參數(shù)調(diào)節(jié)余量，為設備篩分工況的后期調(diào)節(jié)打下基礎。整個設備運行順暢，篩分效率與項目小組原使用設備比有提高。

煙梗、梗拐由于其結構的復雜性，在實際生產(chǎn)中互相區(qū)分存在一定的困難。本方案實驗得到的最佳設計參數(shù)，是在項目小組本地生產(chǎn)環(huán)境中，使用特定品種、穩(wěn)定、水分等屬性的煙葉經(jīng)過過料實驗測定而得，可供其他打葉復烤企業(yè)參考。

整個設備的原理明確，結構簡潔，總體造價適中，占地面積與普通梗拐篩分裝置一致，該設備易于制造和安裝。隨著國內(nèi)打葉復烤企業(yè)的技術升級加快，自動化、高效化、多參數(shù)化的設備是今后發(fā)展的基礎。消費者對卷煙產(chǎn)品的要求逐漸提高，對卷煙生產(chǎn)各工序的控制精度、控制能力提出了新的要求，本設備提高了煙梗的篩分精度，一定程度上提高了設備的自動化程度。更加純凈的煙梗是更高質(zhì)量卷煙的基礎，也是消費者滿意的基礎。