徐煒辰 李 云 鄭 燁

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 昆明卷煙廠 昆明650000）

1 設(shè)備功能及原理

某打葉復(fù)烤生產(chǎn)線采用滾筒篩的方式，將煙葉內(nèi)的散碎片煙及煙葉上粘附的大部分沙土予以篩除。一方面能夠減少散碎片煙的打葉造碎，另一方面能夠減少后續(xù)工序的粉塵污染，減少對(duì)打葉去梗等設(shè)備的磨損。

滾筒篩篩分的加工方法是：轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒密封在外罩殼內(nèi)，滾筒內(nèi)開有長(zhǎng)方口并鑲上篩網(wǎng)，形成篩網(wǎng)筒，煙葉在篩網(wǎng)筒內(nèi)翻滾前進(jìn)，沙土和散碎片煙從網(wǎng)中篩出，由篩網(wǎng)筒下方的螺旋輸送機(jī)輸出[1]。滾筒篩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 滾筒篩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 存在問題

2.1 螺旋輸送機(jī)堵料

該生產(chǎn)線每年需完成約1.5萬(wàn)噸的配方模塊片煙加工任務(wù)。在配方模塊片煙加工過程中，滾筒篩螺旋輸送機(jī)易發(fā)生堵料。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，堵料頻次為0.36次/班。

2.2 疏通時(shí)間長(zhǎng)

螺旋輸送機(jī)一旦發(fā)生堵料，操作人員需及時(shí)停機(jī)，并通過人工方式對(duì)螺旋輸送機(jī)內(nèi)的堵料進(jìn)行疏通，疏通時(shí)間為1.5 h/次。整個(gè)過程中生產(chǎn)處于停滯狀態(tài)，設(shè)備整體有效作業(yè)率有所降低。

2.3 安全隱患

由于螺旋輸送機(jī)葉片邊緣鋒利，其安裝位置較為狹窄，人員需頻繁將手伸入輸送機(jī)內(nèi)部進(jìn)行疏通。因此在疏通過程中存在一定的安全隱患。

2.4 螺旋輸送機(jī)葉片校準(zhǔn)

螺旋輸送機(jī)堵料后，其葉片受到擠壓、推拉等力的作用，易出現(xiàn)變形。因此，為保證螺旋輸送機(jī)達(dá)到生產(chǎn)要求，車間每周需組織維修人員對(duì)螺旋輸送機(jī)葉片進(jìn)行校準(zhǔn)，平均耗時(shí)2 h/次。

3 原因分析

3.1 散碎片煙流量大

由于設(shè)備的客觀原因，在預(yù)處理工序段，配方模塊片煙加工工藝路線與初烤煙相同，均需經(jīng)過一次熱風(fēng)潤(rùn)葉機(jī)、滾筒篩等設(shè)備。由于一次潤(rùn)葉后配方模塊片煙含水率約為15.0%～17.0%，低于初烤煙17.0%～20.0%，所以配方模塊片煙造碎較初烤煙更加嚴(yán)重。經(jīng)過測(cè)算，滾筒篩螺旋輸送機(jī)處散碎片煙平均流量約為50 kg/h，瞬時(shí)流量最高可達(dá)90 kg/h左右。

3.2 散碎片煙粘結(jié)性強(qiáng)

由于一次潤(rùn)葉后配方模塊片煙含水率約為15.0%～17.0%，其還含有一定的糖分、油分，因此散碎片煙具有一定的粘結(jié)性。根據(jù)螺旋輸送機(jī)的維保及疏通經(jīng)驗(yàn)，使用過一段時(shí)間及發(fā)生堵料的螺旋輸送機(jī)，其葉片上均有大量的散碎片煙、煙垢粘結(jié)，且較難清除。

3.3 螺旋輸送機(jī)輸送能力不滿足生產(chǎn)需求

螺旋輸送機(jī)的輸送能力用輸送量進(jìn)行衡量[2]，其計(jì)算公式為：

式中：Q為螺旋輸送機(jī)輸送量（t/h）；F為料槽內(nèi)物料層橫截面積（m2）。

式中：φ為填充系數(shù)；D為螺旋葉片直徑（mm）；λ為物料的單位容積質(zhì)量（t/m3）；ε為傾斜輸送系數(shù)。

在實(shí)際工作中，通常不考慮物料軸向阻滯的影響，因此物料在料槽內(nèi)的軸向移動(dòng)速度：

即： Q=47D2Snφλε

其中：S=K1D

式中：S為 螺距（mm）；n為螺旋轉(zhuǎn)速（r/min）。

根據(jù)車間實(shí)際，螺距S=90 mm，葉片直徑D=150 mm，螺旋轉(zhuǎn)速n=20 r/min；

查設(shè)計(jì)手冊(cè)可知[3]：

物料的單位容積質(zhì)量λ≈0.25 t/m3，填充系數(shù)φ =0.25；

由于螺旋輸送機(jī)的傾斜角度為β=10°，取傾斜輸送系數(shù)ε=0.94。

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，雖然螺旋輸送機(jī)的輸送能力大于散碎片煙平均流量和瞬時(shí)流量，但與散碎片煙瞬時(shí)流量接近。

隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，散碎片煙粘結(jié)在螺旋輸送機(jī)葉片上后，其輸送能力會(huì)受到較大影響，最終不滿足生產(chǎn)需求。

4 設(shè)計(jì)思路

從上述分析可見，由于配方模塊片煙加工過程中，散碎片煙流量大，粘結(jié)性強(qiáng)，螺旋輸送機(jī)輸送能力不滿足生產(chǎn)需求等原因的綜合作用，導(dǎo)致了螺旋輸送機(jī)堵塞頻次高的問題。為此，考慮使用帶式輸送機(jī)代替原有螺旋輸送機(jī)。

帶式輸送機(jī)運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于維護(hù)，適應(yīng)性強(qiáng)，布置靈活，運(yùn)行速度快、平穩(wěn)，噪音低[4]。由于物料與輸送帶幾乎無(wú)相對(duì)移動(dòng)，不僅使運(yùn)行阻力小，而且對(duì)物料的磨損小，不易粘結(jié)散碎片煙及煙垢。因此，帶式輸送機(jī)在打葉復(fù)烤生產(chǎn)線已得到廣泛應(yīng)用。

5 帶式輸送機(jī)選型

根據(jù)該生產(chǎn)線滾筒篩設(shè)備使用情況及實(shí)際尺寸，確定以QD80輕型固定式膠帶輸送機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，輸送機(jī)部分特殊部件可根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況進(jìn)行布置。QD80輕型固定式膠帶輸送機(jī)輸送帶較薄、載荷較輕，運(yùn)輸距離一般不超過100 m，電機(jī)容量不超過22 kW，能夠滿足散碎片煙輸出需求[5]。

5.1 QD80輕型固定式膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)和布置

QD80輕型固定式膠帶輸送機(jī)布置形式如表所示。主要包括輸送帶、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)滾筒、改向滾筒、托輥、拉緊裝置、中間機(jī)架、頭架、尾架、清掃器、密封罩、安全保護(hù)裝置等。輸送機(jī)布置形式如表1所示。

表1 QD80輕型膠帶輸送機(jī)布置形式

根據(jù)使用實(shí)際，選取輸送機(jī)為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)長(zhǎng)7770 mm，帶寬300 mm，上、下托輥槽角為0°，布置形式為傾斜式，平形托輥，工作傾角β=10°。

5.2 標(biāo)準(zhǔn)部件的選用

1）輸送帶的選擇

QD80輕型固定式膠帶輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒、改向滾筒直徑較小，因此選用了帶芯薄、重量輕、強(qiáng)力高的薄型橡膠輸送帶與之配套。

由于維尼綸帆布芯輸送帶質(zhì)量好，價(jià)格低，因此選擇輸送帶帶芯種類為維尼綸帆布芯。根據(jù)相關(guān)廠家數(shù)據(jù)，其層數(shù)為 2層，經(jīng)向扯斷強(qiáng)力σ=400 N/mm，厚度2.2 mm，上膠3.0 mm，下膠1.5 mm，最大工作張力11000 N，膠帶總厚度6.7 mm，密度8.7kg/m3。

2）驅(qū)動(dòng)裝置

根據(jù)輸送機(jī)布置位置，選定驅(qū)動(dòng)裝置為減速電機(jī)，初步確定電機(jī)功率為1.5kW。

3）傳動(dòng)滾筒

根據(jù)帶寬確定傳動(dòng)滾筒直徑為Φ240mm，其許用扭矩為500N·m。

4）改向滾筒

此處改向滾筒用作輸送帶的180°改向，也用于輸送機(jī)尾部作張緊輪。因此，改向滾筒直徑為Φ240mm。

5）其他部件

根據(jù)輸送機(jī)帶寬、形式及槽角，選定托輥直徑為Φ60 mm，上托輥間距為500 mm，下托輥間距為2500 mm。由于輸送機(jī)長(zhǎng)度＜80000 mm，因此，拉緊裝置使用尾部螺旋拉緊裝置，拉緊行程為500 mm。輸送機(jī)頭架、尾架、清掃器、密封罩、安全保護(hù)裝置等根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況進(jìn)行選用和布置。

5.3 校驗(yàn)計(jì)算

1） 輸送帶速度

由于輸送物料主要是散碎片煙及沙土，因此選定帶速v=1m/s。

2）堆料面積計(jì)算

帶面堆料面積計(jì)算公式為：

式中，A為帶面堆料面積（m2）；y為斷面系數(shù)；B為帶寬（m）。

由于輸送機(jī)上、下托輥槽角為0°，平行托輥，因此其斷面系數(shù)y = 0.046。

式中，B為輸送帶寬度（m）；Q′為所需輸送量（t/h）；γ為物料的單位容積質(zhì)量（t/m3）；v為帶速（m/s）；c為傾角系數(shù)；k為裝載系數(shù)，一般取k=0.8～0.9。

即：A=y·B2=0.046×0.32=0.00414 m2

3) 帶寬的計(jì)算

輸送帶帶寬的計(jì)算公式為：

4）輸送量計(jì)算

散狀物料的輸送量計(jì)算公式為：

式中，Q為最大輸送量（t/h）；γ為物料的單位容積質(zhì)量（t/m3）；c為傾角系數(shù)。

根據(jù)輸送機(jī)傾角β=10°°，可知其傾角系數(shù)c=0.94。

此輸送機(jī)輸送量符合使用要求。

5) 傳動(dòng)滾筒軸功率計(jì)算

傳動(dòng)滾筒軸功率N0計(jì)算公式為：

式中，N0為傳動(dòng)滾筒軸功率（kW）；N1為空載功率（kW）；N2為水平負(fù)載功率（kW）；N3為垂直負(fù)載功率（kW）；N4為附加功率（kW）；f為托輥?zhàn)枇ο禂?shù)，取f =0.03；L為傳動(dòng)滾筒至尾部滾筒的水平中心距（m）；l0為中心距修正值（m），取l0=49m；H為垂直提升高度（m）；W為除物料外，輸送機(jī)單位長(zhǎng)度內(nèi)所有運(yùn)動(dòng)部件重量之和（kg/m）。

附加功率N4計(jì)算公式為：

式中，N4為附加功率（kW）；P1為導(dǎo)料槽阻力（kg）；P2為犁式卸料器阻力（kg）；P3為內(nèi)、外清掃器阻力（kg）；v為帶速（m/s）；B為帶寬（m）；γ為物料的單位容積質(zhì)量（t/m3）；l1為導(dǎo)料槽長(zhǎng)度（m）；q為膠帶上每米長(zhǎng)度物料的重量（kg/m）；a為犁式卸料器阻力系數(shù)。

6）電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算

電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式為：

式中，N為電動(dòng)機(jī)功率（kW）；N0為傳動(dòng)滾筒軸功率（kW）；η為傳動(dòng)總效率；K為備用系數(shù)。當(dāng)N0＜5Kw，取K =1～1.1。

對(duì)于減速電機(jī)，傳動(dòng)總效率η可取0.9。

7）最大張力計(jì)算

在單驅(qū)動(dòng)的膠帶輸送機(jī)中，驅(qū)動(dòng)滾筒的趨入點(diǎn)Sn的張力，通常為膠帶的最大張力。單驅(qū)動(dòng)膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒趨入點(diǎn)圖如圖2所示。

圖2 單驅(qū)動(dòng)膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒趨入點(diǎn)圖

最大張力計(jì)算公式為：

式中：Sn為趨入點(diǎn)張力（kg）；e為自然對(duì)數(shù)的底；μ為膠帶與滾筒的摩擦系數(shù)；θ為膠帶在輥筒上的包角。

根據(jù)設(shè)計(jì)，膠帶在輥筒上的包角θ≈190°，查表可知：膠帶與滾筒的摩擦系數(shù)μ=0.25，eμθ=2.29。

8）輸送帶層數(shù)計(jì)算

輸送帶層數(shù)計(jì)算公式為：

式中，Z為輸送帶帶芯層數(shù)（層）；m為安全系數(shù)，一般多層帶取m=8～10；B為輸送帶寬度（cm）；σ為帶芯經(jīng)向扯斷強(qiáng)力（kg/cm·層）

查表可知：帶芯經(jīng)向扯斷強(qiáng)力σ=70kg/cm·層。

5.4 校驗(yàn)計(jì)算結(jié)論

從以上計(jì)算結(jié)果來(lái)看，所選用的QD80輕型固定式膠帶輸送機(jī)符合要求，輸送機(jī)部件如傳動(dòng)滾筒、改向滾筒、托輥組等均根據(jù)輸送機(jī)安裝位置，在滿足使用的前提下進(jìn)行布置。輸送機(jī)簡(jiǎn)圖如圖3所示。

圖3 輸送機(jī)簡(jiǎn)圖

6 使用效果

滾筒篩帶式輸送機(jī)安裝后，能夠有效輸出沙土及散碎片煙，堵料頻次大幅降低。對(duì)2018年3月～5月配方模塊片煙加工過程中的輸送機(jī)堵料情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

表2 2018年3月～5月配方模塊片煙加工過程中輸送機(jī)堵料情況

從表中可以看出，輸送機(jī)堵料頻次由設(shè)計(jì)前的0.36次/班降低為0.01次/班，疏通時(shí)間由設(shè)計(jì)前的1.5 h/次降低為0.32 h/次。另一方面，帶式輸送機(jī)維保方便，運(yùn)行穩(wěn)定。一般情況下，僅需每烤季對(duì)輸送帶、傳動(dòng)部件、軸承、清掃器等進(jìn)行更換即可，進(jìn)一步提高了設(shè)備的有效作業(yè)率。