孫冬陽，葉長毅，周 凱，楊沛雷，李晨旭，張 宏，王建強(qiáng)，楊喜玲，尚小藝，卜海福

1.許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河南省許昌市魏都區(qū)永昌路6號 461000 2.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，貴陽市小河區(qū)開發(fā)大道96號 550000

ZL29型濾棒成型機(jī)組是引進(jìn)德國HAUNI公司KDF4機(jī)組技術(shù)，經(jīng)轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)而成的單通道濾棒生產(chǎn)設(shè)備［1-3]，由YL19型開松上膠機(jī)和YL29型濾棒成型機(jī)組成，最大生產(chǎn)速度為600 m/min，是目前國內(nèi)濾棒生產(chǎn)的主流機(jī)型之一。該機(jī)組的濾棒輸出系統(tǒng)主要是將經(jīng)刀盤上的刀頭切割后的濾棒通過濾棒加速器進(jìn)行加速［4]，再利用鼓輪將合格濾棒輸送至下游設(shè)備，因此濾棒加速器是ZL29機(jī)組濾棒輸出系統(tǒng)的重要組成部分。但濾棒加速器在工作一段時(shí)間后，由于負(fù)壓腔內(nèi)粉塵堆積容易造成加速輪吸風(fēng)孔處吸風(fēng)不穩(wěn)定等問題，影響濾棒加速器工作穩(wěn)定性，因此需要定期對其進(jìn)行拆卸清理。針對粉塵堆積問題，施學(xué)貴等［5]對顆粒在湍流氣流中的受力情況進(jìn)行了分析；黃優(yōu)等［6]從微觀角度分析了粉塵顆粒在氣流中受力對顆粒運(yùn)動軌跡的影響；支學(xué)藝等［7]研究了堆積粉塵返回氣流的相關(guān)條件。但對于濾棒加速器負(fù)壓腔內(nèi)粉塵堆積及改進(jìn)的研究則鮮見報(bào)道。為此，根據(jù)粉塵顆粒在氣流中受力以及負(fù)壓腔內(nèi)氣流分布情況，對ZL29機(jī)組濾棒加速器進(jìn)行了改進(jìn)及仿真分析，以期提升濾棒加速器工作穩(wěn)定性，提高成型機(jī)組運(yùn)行效率。

1 問題分析

1.1 存在問題

ZL29機(jī)組濾棒加速器主要由同步帶輪、張緊輪、齒形帶、驅(qū)動輪、加速器板、電機(jī)、負(fù)壓軟管、支架、加速輪等部分組成，見圖1。當(dāng)濾棒加速器工作時(shí)，由電機(jī)6帶動驅(qū)動輪4，通過齒形帶3驅(qū)動加速輪9旋轉(zhuǎn)；負(fù)壓軟管7與加速輪9的風(fēng)閥相連，在加速輪處產(chǎn)生負(fù)壓吸風(fēng)，吸附濾棒并對濾棒進(jìn)行加速。當(dāng)經(jīng)刀盤上的刀頭切割后的濾棒通過V型導(dǎo)軌輸送到加速輪時(shí)，由于加速輪吸風(fēng)孔處產(chǎn)生吸附力，濾棒被吸附在加速輪上，隨加速輪旋轉(zhuǎn)并跟隨加速輪旋轉(zhuǎn)半徑的變化而得到連續(xù)加速。

在濾棒加速過程中，當(dāng)濾棒吸附于加速輪上時(shí)，通過加速輪吸風(fēng)孔處的吸風(fēng)會將切割濾棒時(shí)產(chǎn)生的粉塵，以及濾棒在輸送過程中成型紙與導(dǎo)軌摩擦產(chǎn)生的粉塵吸入負(fù)壓腔內(nèi)。當(dāng)大量粉塵無法及時(shí)排出時(shí)則會堆積在負(fù)壓腔內(nèi)，造成加速輪吸風(fēng)孔處吸風(fēng)不穩(wěn)定，影響濾棒加速器工作穩(wěn)定性，進(jìn)而出現(xiàn)濾棒掉棒、飛棒、褶皺等問題。

1.2 原因分析

濾棒加速器中的負(fù)壓軟管主要用于提供負(fù)壓吸風(fēng)，同時(shí)具有除塵功能。負(fù)壓軟管的一端連接負(fù)壓腔，當(dāng)負(fù)壓腔內(nèi)粉塵受到負(fù)壓吸風(fēng)作用時(shí)，大部分粉塵被吸入負(fù)壓軟管中并通過軟管排出。由于加速器結(jié)構(gòu)緊湊且負(fù)壓腔內(nèi)氣流方向單一，氣流不可能流過整個(gè)負(fù)壓腔，即負(fù)壓腔內(nèi)存在氣流死角或氣流速度過低區(qū)域。當(dāng)粉塵附著在負(fù)壓腔內(nèi)氣流死角位置時(shí)會逐步堆積，造成負(fù)壓腔內(nèi)堵塞，進(jìn)而影響加速輪吸風(fēng)孔處吸風(fēng)的穩(wěn)定性。由圖2a可見，負(fù)壓腔體主要是軸承座內(nèi)部空間。應(yīng)用Creo軟件對負(fù)壓腔體進(jìn)行三維建模（圖2b），并通過Ansys有限元分析軟件對負(fù)壓腔內(nèi)氣流路徑進(jìn)行仿真模擬［8-9]。圖2c中顯示右上角部分沒有氣流經(jīng)過，因此粉塵容易在此處堆積，這與現(xiàn)場拆卸濾棒加速器后觀察到的負(fù)壓腔內(nèi)積灰位置相吻合。

2 改進(jìn)方法

由于ZL29機(jī)組濾棒加速器結(jié)構(gòu)緊湊且負(fù)壓腔內(nèi)部空間小，為了不增加濾棒加速器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，改進(jìn)后通過在負(fù)壓腔內(nèi)增加正壓氣流對粉塵施加作用力，使粉塵脫離負(fù)壓腔內(nèi)壁繼續(xù)運(yùn)動，直到通過負(fù)壓軟管從負(fù)壓腔內(nèi)排出，從而避免粉塵在負(fù)壓腔內(nèi)產(chǎn)生堆積。

2.1 軸承座

軸承座內(nèi)部空間是負(fù)壓腔內(nèi)氣流的主要流通路徑。改進(jìn)后將軸承座的左側(cè)棱邊倒角并加工一個(gè)M5螺孔（圖3），利用螺孔安裝插入式螺紋管接頭，并通過氣管引入正壓氣流。

2.2 氣路結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后將原氣路結(jié)構(gòu)中的吹氣板（圖4a）拆除，并利用插入式螺紋管接頭將與吹氣板連接的氣管連接到改進(jìn)后軸承座上新增的螺孔處（圖4b）。正壓氣流的通斷由電磁閥控制［10]，由于濾棒加速器負(fù)壓腔內(nèi)粉塵堆積需要一定時(shí)間，正壓氣流并不要求持續(xù)接通。為此，設(shè)置正壓氣流氣路開機(jī)時(shí)接通兩個(gè)scp脈沖時(shí)間，生產(chǎn)中每隔5 min接通2 s正壓氣流，設(shè)備停機(jī)時(shí)再接通2 s，以盡可能排出粉塵。

2.3 仿真分析

應(yīng)用Creo軟件對改進(jìn)后濾棒加速器負(fù)壓腔體進(jìn)行三維建模，并通過Ansys18.2 CFX對濾棒加速器負(fù)壓腔內(nèi)的氣流路徑進(jìn)行仿真分析，結(jié)果見圖5。與圖2c相比，圖5b中右上角部分有大量氣流經(jīng)過，表明改進(jìn)后增加的正壓氣流路徑能夠覆蓋到原負(fù)壓腔內(nèi)氣流死角位置，粉塵不會在此處堆積。

3 改進(jìn)效果

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料：“貴煙”牌卷煙（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司貴陽卷煙廠提供）。

設(shè)備：ZL29濾棒成型機(jī)組2臺（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

方法：在生產(chǎn)過程中，當(dāng)經(jīng)過濾棒加速器的濾棒頻繁出現(xiàn)掉棒、飛棒、褶皺等現(xiàn)象時(shí)對加速器進(jìn)行拆卸清理。機(jī)組平均生產(chǎn)速度500 m/min，按兩班制8 h運(yùn)行，分別統(tǒng)計(jì)改進(jìn)前后2臺ZL29機(jī)組濾棒加速器的拆卸清理次數(shù)，統(tǒng)計(jì)時(shí)間為2個(gè)月，取平均值。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1可見，改進(jìn)后ZL29機(jī)組濾棒加速器的拆卸清理次數(shù)由15次/月減少到4次/月，拆卸清理以及調(diào)試時(shí)間由610 min/月減少到160 min/月，濾棒加速器工作穩(wěn)定，生產(chǎn)中濾棒掉棒、飛棒、褶皺現(xiàn)象顯著減少。

表1 改進(jìn)前后濾棒加速器拆卸清理次數(shù)①Tab.1 Maintenance frequency of filter rod accelerator before and after modification

4 結(jié)論

采用Ansys有限元分析軟件對改進(jìn)前ZL29機(jī)組濾棒加速器負(fù)壓腔內(nèi)氣流分布進(jìn)行仿真分析，得到負(fù)壓腔內(nèi)氣流死角位置；通過在濾棒加速器負(fù)壓腔內(nèi)增加正壓氣流，解決了因負(fù)壓腔內(nèi)存在氣流死角而產(chǎn)生的粉塵堆積問題。以貴陽卷煙廠使用的2臺ZL29機(jī)組為對象進(jìn)行測試，結(jié)果表明：濾棒加速器改進(jìn)后濾棒掉棒、飛棒、褶皺現(xiàn)象顯著減少，拆卸清理次數(shù)減少11次/月，維保時(shí)間減少450 min/月，有效提高了成型機(jī)組運(yùn)行效率。