陳加坤，劉銀初，張嘉妮，彭斌，查成

（江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司井岡山卷煙廠制絲車間，江西吉安 343100）

0 引言

在煙草制絲線上，帶式輸送機(jī)是傳遞輸送煙草在線制品的主要設(shè)備[1-4]，由于長(zhǎng)期與在線制品接觸，輸送帶表面會(huì)逐漸積攢黏附煙灰、煙膏和煙油等雜質(zhì)。當(dāng)前，輸送帶清潔方式僅依靠落料口端部毛刷輥在線滾刷其表面而達(dá)到清灰清垢的作用，然而毛刷輥在運(yùn)行一定時(shí)間后因毛刷的擠壓變形而無(wú)法滿足高效清潔輸送帶的目的，進(jìn)而使得未被完全滾刷下來(lái)的煙灰、煙膏和煙油隨之黏附至與輸送帶配合運(yùn)行的托輥外圓表面上，日積月累后托輥的外部圓周外形發(fā)生形變，逐漸造成輸送帶跑偏、變形、撕裂等不良影響，設(shè)備故障率隨之增高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致輸送中途堵料、延誤生產(chǎn)等后果。原始托輥清潔方法主要采用人工定期用水擦試或自制T型鏟刀配合鏟除，危險(xiǎn)系數(shù)高、操作不便、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率極低。為解決此類問(wèn)題，劉于真等[5]、劉智平等[6]、郭文生等[7]分別設(shè)計(jì)了一種托輥清垢鏟刀，主要利用人工操作鏟刀式清垢的方法，但效率低，且使用時(shí)存在人身與設(shè)備的安全隱患。閆雙輝等[8]、黃夢(mèng)菊等[9]、李明偉等[10]、邱竹恒等[11]、張俊華等[12]分別設(shè)計(jì)了一種基于刮板式結(jié)構(gòu)的清垢裝置，其刮板均能夠?qū)崿F(xiàn)與托輥同步配合自動(dòng)清垢，效果較好且有效降低了人工清垢勞動(dòng)強(qiáng)度，但實(shí)際使用過(guò)程中易存在刮板變形、松動(dòng)等現(xiàn)象，運(yùn)行一定時(shí)間后便無(wú)法有效地實(shí)現(xiàn)清垢作用，且額外增加了維護(hù)時(shí)間。郭越等[13]設(shè)計(jì)了一種新型清理托輥裝置，利用將清理刀具安裝至行走座后同步與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合行走，實(shí)現(xiàn)清理刀具往復(fù)式與托輥外圓周面點(diǎn)接觸式清垢，提高了清垢工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了人工清理過(guò)程中存在的安全隱患，但功效單一、安裝調(diào)節(jié)不便、實(shí)用范圍較為局限。為此，以托輥為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種實(shí)用范圍廣、安裝操作簡(jiǎn)便的裝置，在滿足帶式輸送機(jī)穩(wěn)定高效運(yùn)行的前提下，提高托輥清垢效率，降低維保勞動(dòng)強(qiáng)度，減少維保安全隱患，降低輸送帶故障率，提高輸送帶使用壽命。

1 問(wèn)題分析

經(jīng)調(diào)查制絲車間設(shè)備故障管理系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在帶式輸送機(jī)常見故障中，因托輥問(wèn)題引起的故障率占比明顯較高，直接造成的故障現(xiàn)象主要有輸送帶跑偏、變形、撕裂和漏料等，甚至出現(xiàn)中途堵料、中斷生產(chǎn)等嚴(yán)重情況，同時(shí)經(jīng)運(yùn)維人員依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行故障分析后得出，造成上述故障率的癥結(jié)就是托輥積垢。為此，車間提出需定期對(duì)全線帶式輸送機(jī)的托輥表面進(jìn)行嚴(yán)格深度清潔維護(hù)?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)清垢方式為提高清垢效率，在輸送帶運(yùn)行時(shí)，人工采用自制T型鏟刀配合抹布及鋼刷鏟除同步旋轉(zhuǎn)的托輥外圓表面積垢。由于托輥分布范圍廣、數(shù)量多及安裝位置高低不同，致使清垢過(guò)程中不僅存在登高作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，而且操作時(shí)極易出現(xiàn)鏟刀劃破、割裂皮帶和鏟刀同手臂卷入托輥皮帶間等安全隱患，危險(xiǎn)系數(shù)高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、操作不便、效率低。據(jù)2020年3月—7月有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知，因托輥積垢造成的輸送帶故障率每月占全線皮帶輸送機(jī)故障率的84.4%，每月安全事故次數(shù)達(dá)3.6次，單托輥清垢時(shí)間達(dá)28.8 min，嚴(yán)重影響帶式輸送機(jī)的運(yùn)行，甚至引起全線設(shè)備停機(jī)斷流。為解決上述問(wèn)題，通過(guò)觀察分析人工利用自制T型鏟刀鏟除同步旋轉(zhuǎn)的托輥外圓表面積垢過(guò)程發(fā)現(xiàn)，其原理與車床車削原理相同，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)循環(huán)往復(fù)車削清垢裝置，以消除人工清垢過(guò)程所帶來(lái)的弊端。

圖1 DPH帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

表1 2020年3月—7月有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2 裝置組成

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

帶式輸送機(jī)托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置主要由機(jī)架、循環(huán)往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、清垢機(jī)構(gòu)和清洗機(jī)構(gòu)等部分組成，如圖2所示。其工作原理為：由帶有固定腳架部件的左右機(jī)架支撐固定整個(gè)托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置，通過(guò)循環(huán)往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制驅(qū)動(dòng)整個(gè)清垢機(jī)構(gòu)，清垢過(guò)程借鑒車床車削原理，清垢機(jī)構(gòu)上的清垢刀具左右往復(fù)車削低速旋轉(zhuǎn)的托輥外圓表面積垢，并在清洗機(jī)構(gòu)的協(xié)同配合下完成整個(gè)托輥?zhàn)詣?dòng)清潔過(guò)程，同時(shí)在循環(huán)往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)底部導(dǎo)軌兩端自帶可調(diào)式的限位開關(guān)控制下，滿足不同帶寬下的托輥清垢需求。

圖2 帶式輸送機(jī)托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 機(jī)架

托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置主體支撐結(jié)構(gòu)主要由左右機(jī)架和左右固定腳架部分組成，整體機(jī)架選用工業(yè)鋁合金方管流水線自動(dòng)化設(shè)備框架設(shè)計(jì)而成，其框架四面帶有安裝凹槽，用于實(shí)現(xiàn)其它組成機(jī)構(gòu)的安裝拆卸和上下調(diào)節(jié)，以滿足不同高度、不同帶寬位置處的托輥清垢安裝調(diào)整需求。同時(shí)，左右機(jī)架底部位置分別安裝有左右對(duì)稱的固定腳架部分，其結(jié)構(gòu)由L形固定塊和手搖螺桿式支撐腳盤設(shè)計(jì)而成，主要用于確保托輥清垢過(guò)程中能夠使托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置整體與地面鎖緊貼合，避免清垢過(guò)程中托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置的移動(dòng)，進(jìn)而保障清垢過(guò)程的連續(xù)性和有效性。另外，左右機(jī)架間安裝有循環(huán)往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及托盤，右機(jī)架上安裝有整體控制單元和清洗機(jī)構(gòu)的主體部分。

2.3 清垢機(jī)構(gòu)

托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置核心部分清垢機(jī)構(gòu)主要由手搖式滾珠絲桿滑臺(tái)、清垢刀具、清輥半圓弧毛刷和位置標(biāo)尺等組成，其中清垢刀具、清輥半圓弧毛刷和位置標(biāo)尺均安裝在手搖式滾珠絲桿滑臺(tái)上，如圖3所示。帶有自鎖功能設(shè)計(jì)的手搖式滾珠絲桿滑臺(tái)主要用于實(shí)現(xiàn)手搖往返驅(qū)動(dòng)進(jìn)給清垢刀具、清輥半圓弧毛刷和位置標(biāo)尺，其中自鎖功能能夠有效確保車削積垢過(guò)程中在不同需求下的進(jìn)給量恒定不變。同時(shí)，清垢刀具采用直接固定安裝方式，以確保車削積垢過(guò)程中刀具穩(wěn)定且不易松動(dòng)，目的用于循環(huán)車削托輥外圓表面積垢，而清輥半圓弧毛刷和位置標(biāo)尺則采用便于調(diào)節(jié)的腰形孔固定安裝方式，其中位置標(biāo)尺主要用于車削前調(diào)整選擇最佳車削點(diǎn)，以滿足在整個(gè)車削積垢過(guò)程中有著恒定的車削進(jìn)給量，進(jìn)而減少車削積垢過(guò)程中所產(chǎn)生波動(dòng)不均的振動(dòng)量；而清輥半圓弧毛刷則采用比托輥半徑略大的半圓弧設(shè)計(jì)，內(nèi)嵌食品級(jí)毛刷，主要用于清垢結(jié)束后在清洗機(jī)構(gòu)的配合下完成最終的清潔托輥過(guò)程。

圖3 清垢機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 循環(huán)往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置另一核心部分為循環(huán)往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是以步進(jìn)式滾珠絲桿滑臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為載體，主要由控制單元、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、滾珠絲桿、防塵套、滑臺(tái)、限位開關(guān)等部件組成，用于驅(qū)動(dòng)清垢機(jī)構(gòu)，如圖4所示?？刂茊卧惭b于右機(jī)架上，用于控制整個(gè)循環(huán)往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的啟停，內(nèi)設(shè)有如控制器、電源等電器控制元器件；其主體部分采用步進(jìn)式滾珠絲桿滑臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿滑臺(tái)，使其帶動(dòng)清垢機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)左右循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)；為有效避免因清垢過(guò)程中產(chǎn)生的煙垢掉入滾珠絲桿中造成循環(huán)往復(fù)過(guò)程卡滯阻停，又另配套加裝了一伸縮式波紋防塵罩，伸縮式波紋防塵罩兩端分別固定連接于滾珠絲桿滑臺(tái)上和循環(huán)往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的端面機(jī)體上；在底部導(dǎo)軌兩端位置處加裝了可調(diào)式限位開關(guān)，主要用于控制滑臺(tái)在所需不同行程范圍間的往復(fù)啟停，進(jìn)而滿足不同帶寬下的托輥清垢需求，實(shí)現(xiàn)了托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置的一機(jī)多用性。同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為使得清垢過(guò)程的水平滿載速度既能滿足安全清垢需求，又能盡量縮短清垢時(shí)間，因此通過(guò)實(shí)測(cè)輸送帶托輥轉(zhuǎn)速及實(shí)際設(shè)計(jì)所需的滾軸絲桿驅(qū)動(dòng)水平負(fù)載質(zhì)量后，選擇了一個(gè)較佳的滾珠絲桿導(dǎo)程，通過(guò)計(jì)算后擇取了57三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

圖4 循環(huán)往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

1.滾珠絲桿 2.滑臺(tái) 3.聯(lián)軸器 4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 5.限位開關(guān)

2.5 清洗機(jī)構(gòu)

托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置的清洗機(jī)構(gòu)主要由按壓式分裝瓶、軟管、微型坦克鏈等組成。按壓式分裝瓶固定安裝在右機(jī)架上，瓶?jī)?nèi)盛有托輥專用清洗液，該專用清洗液已在多家煙廠得以認(rèn)證后使用，屬于食品級(jí)清洗料液。分裝瓶出口端連接有一定長(zhǎng)度的軟管，軟管整體內(nèi)嵌于微型坦克鏈中，軟管出口端延伸固定至微型坦克鏈末端，使軟管出口呈適宜角度且朝向托輥中心平面偏上位置。另外，微型坦克鏈?zhǔn)级斯潭ㄓ谟覚C(jī)架上，末端固定于循環(huán)往復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)滑臺(tái)側(cè)部，進(jìn)而使托輥專用清洗液能夠通過(guò)軟管隨微型坦克鏈同移動(dòng)滑臺(tái)左右往復(fù)噴淋至整個(gè)托輥區(qū)域，既滿足了托輥清垢前潤(rùn)濕托輥積垢以減少車削積垢阻力的需求，又能滿足托輥清垢結(jié)束后配套清輥半圓弧毛刷再次深度清潔托輥的需求。

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以制絲車間相同生產(chǎn)條件下的DPH帶式輸送機(jī)為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)研制的托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置應(yīng)用效果進(jìn)行測(cè)試和對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)試方法：1）觀察統(tǒng)計(jì)托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置使用過(guò)程的實(shí)際效果及隱患問(wèn)題；2）在基本滿足相同前提條件下，對(duì)比使用人工清垢和托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置的單個(gè)托輥清垢平均所耗時(shí)間；3）統(tǒng)計(jì)2020年9月—2021年1月有關(guān)使用自動(dòng)清垢裝置清垢后所產(chǎn)生的安全事故次數(shù)；4）統(tǒng)計(jì)2020年9月—2021年1月有關(guān)使用自動(dòng)清垢裝置清垢后所產(chǎn)生的因托輥積垢造成的輸送帶故障率。

3.2 數(shù)據(jù)分析

1）現(xiàn)場(chǎng)安裝托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置并進(jìn)行清垢過(guò)程，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)瓮休伹骞笗r(shí)間約為3.3 min，且清垢過(guò)程中左右機(jī)架無(wú)移位、過(guò)程無(wú)較大振動(dòng)及異響、限位開關(guān)檢測(cè)靈敏等無(wú)其他明顯隱患異常。

2）滿足上述測(cè)試條件后，在基本相同前提條件下，觀察統(tǒng)計(jì)并對(duì)比使用人工清垢和托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置的單個(gè)托輥清垢平均所耗時(shí)間，確定托輥清垢過(guò)程中單托輥清垢時(shí)間約為3.3 min，同人工清垢方式對(duì)比，耗時(shí)下降87.3%，如表2所示。

表2 人工清垢和托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置的單個(gè)托輥清垢耗時(shí)統(tǒng)計(jì)min

3）觀察統(tǒng)計(jì)2020年9月—2021年1月有關(guān)使用自動(dòng)清垢裝置清垢后所產(chǎn)生的安全事故次數(shù)數(shù)據(jù)，確定因托輥清垢造成的每月安全事故次數(shù)為0次，有效消除了因托輥清垢所帶來(lái)的安全隱患。

表3 人工清垢和托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置清垢造成的每月安全事故次數(shù)數(shù)據(jù)

4）觀察統(tǒng)計(jì)2020年9月—2021年1月有關(guān)使用自動(dòng)清垢裝置清垢后所產(chǎn)生的因托輥積垢造成的輸送帶故障率數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示因托輥積垢造成的每月輸送帶故障率為0，有效解決了輸送帶故障率居高的癥結(jié)問(wèn)題，如表4所示。

表4 托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置使用前后因托輥積垢造成的輸送帶故障率對(duì)比數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

應(yīng)用帶式輸送機(jī)托輥?zhàn)詣?dòng)清垢裝置后，有效解決了當(dāng)前制絲車間帶式輸送機(jī)存在托輥清垢難、效率低、危險(xiǎn)系數(shù)高等問(wèn)題。應(yīng)用效果顯示，自動(dòng)清垢裝置穩(wěn)定性好、可靠性高，對(duì)比人工清垢所產(chǎn)生的效益顯著，其中，清垢時(shí)間同比減少22.7 min，效率提升87.3%；因托輥積垢造成的輸送帶故障率下降至0%，因托輥清垢造成安全事故次數(shù)下降至0次。另外，該裝置實(shí)用范圍廣、安裝操作簡(jiǎn)便，可以一機(jī)多用，提高了輸送帶的使用壽命，進(jìn)而確保了帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定高效運(yùn)行。