李秀芳，鄭智毅，江豪

1.河南中煙工業(yè)有限責任公司 黃金葉生產(chǎn)制造中心， 河南 鄭州 450016；

2.吉林大學 管理學院， 吉林 長春 130022；

3.鄭州輕工業(yè)大學 電氣信息工程學院， 河南 鄭州 450001

0 引言

帶式輸送機[1]是卷煙廠制絲生產(chǎn)過程中重要的輔機，是流程生產(chǎn)之間實現(xiàn)工藝連接的關鍵設備，常用于將物料從低位設備向高位設備輸送的工藝環(huán)節(jié).為防止物料滑落造碎或鋪料不均勻，帶式輸送機一般會采用有坡度的防滑帶. 由于煙葉富含油分，在加工過程中，特別是經(jīng)過回潮、增溫增濕、加料工藝處理后，防滑輸送帶上粘結積累的煙油易形成煙垢. 雖然在輸送帶端頭設置的清掃毛刷和接觸式刮板[2-3]可以清理浮土，但不能徹底清潔煙垢. 煙垢若粘結到托輥上，易造成輸送皮帶跑偏、撕裂，甚至損壞輸送機，而這種故障的維修通常需要3個機電維修人員耗時4～6 h. 斜坡輸送機爬坡較高、距離較長，人工保潔不方便且不安全，長時間清潔不徹底會滋生煙蟲[4-5]，影響產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量. 對此行業(yè)內(nèi)已有相關的研究，如樂承星等[6-7]對煙葉倉庫和復烤片煙的防蟲措施與效果進行研究，發(fā)現(xiàn)熏蒸和空間物理隔離對煙葉倉儲物流環(huán)節(jié)降低蟲情有一定的效果；洪金華等[8]使用YOLOV3模型識別卷煙廠煙蟲，利用誘捕器減少蟲情，但未涉及優(yōu)化清潔設備以根治蟲情方面；馬福濤等[9-12]分析了蟲情影響因素，認為設備保潔不徹底仍是關鍵因素，但只從管理和制度方面提出加強設備保潔工作，未提出自動清潔方案；太振旭[13]通過研究煙草產(chǎn)品生產(chǎn)車間的防蟲治理，提出了采用工業(yè)機器人清潔平行管道的方案，但未針對防滑帶式輸送機給出具體措施.鑒于此，本文擬設計一種防滑帶式輸送機自動清潔裝置，在防滑式輸送帶下方增加吊裝自動升降電解裝置、清洗毛刷和霧化噴頭，實現(xiàn)防滑輸送帶的徹底清潔，達到節(jié)約人力、降本增效、提高設備運行可靠性的目的.

1 系統(tǒng)設計

1.1 結構組成

由于防滑帶式輸送機都是傾斜的，所以設計清潔裝置時考慮懸掛式安裝，將懸掛支架安裝在輸送帶的下方. 清潔裝置主要包括毛刷組件、毛刷升降機構、電解裝置、刷毛清洗噴頭，對應附件包括污水收集水槽、壓力水泵、供應收集水箱等，其結構示意圖如圖1所示.

1.懸掛支架；2.毛刷組件；2-1.毛刷輥筒；2-3.刷毛；2-4.集水槽；2-5.噴頭安裝支架；2-6.支架本體；2-7.絕緣板；2-8.刷毛刮水板；2-9.皮帶；2-10.輸送帶刮水板；2-11.沖洗噴頭；2-12.刷毛清洗噴頭；3.霧化噴頭；4.升降機構；5.高壓吹氣裝置. 圖1 自動清潔裝置結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of automatic cleaning device

1.1.1 毛刷組件由于防滑帶式輸送機一般都是上部敞開或帶有密封、除雜等輔助功能裝置，自動清潔裝置放在上部不美觀且清潔用水不易收集，所以自動清潔裝置的毛刷組件和霧化噴頭均正對輸送帶的下表面，采取U型懸掛方式. 刷毛是清潔的主要部件，與皮帶的接觸面積越大越好，所以安裝方式采取沿輥筒軸向?qū)ΨQ螺旋式排布，覆蓋面全，無死角. 按照毛刷輥筒相向?qū)ΨQ旋轉，有利于液體向中間匯集.

1.1.2 毛刷升降機構為了保護皮帶，清潔毛刷只有在對輸送機皮帶進行清潔時才能和皮帶緊密接觸，故必須設計毛刷升降機構. 根據(jù)行程要求，選擇工業(yè)電動推桿，在清潔工作模式時，毛刷組件的刷毛接觸輸送帶的下表面，并使刷毛有一定的彎曲，以保證接觸效果. 在清潔結束和正常生產(chǎn)時，毛刷回到初始位置，不影響帶式輸送機的正常運行，且避免刷毛磨損.

1.1.3 電解裝置煙草加工過程中既有高溫處理，也有加料處理，所以帶式輸送機上會殘留煙垢、料液等，特別是斜坡帶式輸送機設計時還要考慮防滑功能，故更易殘存污垢. 由于煙草中的成分和添加劑不同，直接用水清洗的效果并不好. 相對于化學藥劑，使用電解水進行清潔，產(chǎn)品的添加成分不易發(fā)生變化，尤其符合煙草行業(yè)和食品行業(yè)的安全要求，所以設計增加電解水裝置.在煙草加工過程中，清潔不僅是設備維護的必要手段，更應發(fā)揮蟲情防治的作用，故設計運用高頻高壓脈沖電流進行殺菌.

1.1.4 刷毛清洗噴頭長時間使用的刷毛需要清洗，所以設計了刷毛清洗噴頭對其進行清洗. 為了保持現(xiàn)場的整潔，又增加了可產(chǎn)生沖擊力很強氣流的空氣放大器高壓吹氣裝置，吹掃皮帶表面遺留的水.設計收集水槽收集高速清潔時甩出的水，水槽設有排放口，可接軟管到移動式污水收集桶.

1.2 功能設計

本裝置主要用于生產(chǎn)結束后的保潔，一般由操作人員操作.考慮到易操作性，只加裝一個小控制箱，內(nèi)設啟動按鈕和對應的時間繼電器.

按下啟動按鈕，接通電源，為各模塊供電，兩個時間繼電器同時閉合接通電路開始工作；升降機構啟動，驅(qū)動輸送帶清洗裝置行走至設定的行程終點，使刷毛充分接觸皮帶；同步開啟輥筒、電解裝置、壓力水泵和輸送帶；從供應收集水箱抽水，霧化噴頭將經(jīng)過電解、帶有高頻高壓脈沖電流的水霧噴灑在輸送帶表面，對輸送帶表面的污垢進行分解和乳化，同時高壓電對輸送帶表面進行殺菌處理；毛刷輥筒轉動對輸送帶表面進行擦洗. 在此過程中，一對輥筒和毛刷高速運轉，將含有油污的水滴向中間聚攏并甩落，從兩個毛刷之間落入集水槽中；刮水板也將毛刷攜帶的水滴刮落到集水槽中，有效避免了污水滴落到地面.

根據(jù)生產(chǎn)車間防滑帶式輸送機皮帶長度L和電機轉速V，設定噴淋時間N=L/V，適宜的噴淋時間可以保證輸送帶被霧化噴灑均勻、污垢得到充分乳化. 電解裝置和水霧噴淋停止工作后，毛刷輥繼續(xù)運行一段時間M，對應繼電器自動斷開，通過多次試驗并結合設備保潔標準(班、周、月保潔標準)確定M，繼續(xù)運行2 min后，清潔工作及高壓吹氣裝置停止，吹干皮帶上的水，對應繼電器斷開，毛刷停止工作，同時，升降機構歸位，完成整個作業(yè)過程. 在整個流程中，只需要操作1次啟動按鈕.

2 應用效果驗證

選擇昆明船舶設備集團有限公司生產(chǎn)的DPH型防滑帶式輸送機(此種機型大量應用于煙廠制絲線)，在班保潔標準、兩班制生產(chǎn)方式下，對比人工保潔和自動清潔裝置的工作效率和效果.

DPH型防滑帶式輸送機的皮帶長度L=14.5 m,電機轉速V=0.25 m/s，噴淋時間N=58 s，M=3 min. 所以自動清潔裝置保潔時長5.97 min(為方便計算取6 min). 人工保潔挑選5名有2年以上工作經(jīng)驗的熟練操作人員，使用的工具包括抹布、水、棕毛刷、平臺梯，對同一臺DPH型防滑帶式輸送機進行班保潔，測試時間為5個班次，保潔用時分別為31 min、32 min、34 min、32 min和36 min，人工保潔平均時間為33 min. 綜上，平均每班專職保潔時間縮短27 min，單臺平均節(jié)省保潔時間82%. 目前車間共計有此類防滑帶式輸送機190臺，人力保潔需要每班10人；自動清潔裝置在制絲生產(chǎn)線推廣應用后，由主機操作人員按下啟動按鈕就可以按標準進行保潔，工作效率大幅提高. 按兩班制計算，每天每臺設備共減少保潔時間54 min，人員崗位編制減少了20人，每年降低的人力成本約合人民幣52.8萬元.

煙草制絲生產(chǎn)線煙蟲的生長有一定的季節(jié)性，6—9月份屬高發(fā)季節(jié)，跟蹤統(tǒng)計車間蟲情以驗證防滑帶式輸送機自動清潔裝置的應用效果. 該裝置從2020年6月投入使用，對其使用前后煙蟲的同期情況進行對比，結果如圖2所示，其中2019年是人工保潔的蟲情表現(xiàn)，2020年是自動清潔裝置保潔的蟲情表現(xiàn). 由圖2可知，人工保潔只有在2019年的7月和10月進行專門殺蟲處理后，蟲情大幅下降，但是仍有反復；自2020年6月份使用自動清潔裝置后，同期蟲情明顯降低且趨勢向好無反復，2020年12月份比2019年同期降低76.52%，效果明顯.

圖2 自動清潔裝置使用前后蟲情趨勢圖Fig.2 Infestation trend chart before and after use of automatic cleaning device

3 結論

通過在防滑輸送帶下方加裝自動清潔裝置，在清潔輸送帶時，將帶毛刷的輥筒升至接觸輸送帶，利用壓力水泵將帶有高頻高壓脈沖電流的水霧化噴灑在輸送帶的表面，轉筒轉動，對輸送帶表面進行清潔并吹干,且清潔時間可根據(jù)保潔標準(班、周、月)設定. 應用效果表明：運用自動清潔裝置進行防滑帶的保潔，工作效率大幅提高；人員崗位編制減少了20人，每年降低的人力成本約合人民幣52.8萬元；減少了安全隱患，保障了人身安全；設備保潔徹底，同期煙蟲明顯減少且趨勢向好無反復，有效解決了設備保障工藝質(zhì)量核心問題；防滑帶式輸送機防滑皮帶由一年更換4次減少到0次，提高了設備運行的可靠性，降低了維修費用. 綜上，采用防滑帶式輸送機自動清潔裝置可以提升卷煙內(nèi)在質(zhì)量，提高了設備運行的可靠性，實現(xiàn)了降本增效.