潘恒樂,朱宇,王俊

(1.常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司,湖南 常德,415000;2.中國煙草機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司,北京,100055)

在卷煙生產(chǎn)過程中,制絲環(huán)節(jié)可能會帶來一些非煙類雜物進(jìn)入卷接設(shè)備中,最后生產(chǎn)出含異物的煙支,這類煙支嚴(yán)重影響著卷煙產(chǎn)品的感官質(zhì)量[1-3]。因此,剔除含有異物的煙條是當(dāng)前卷接設(shè)備中不可或缺的功能,其作用是將檢測出來的含有異物的無濾嘴煙條從鼓輪中剔除。近年來,針對煙草異物剔除已進(jìn)行了許多研究,韓龍等[4]對ZJ112型卷接機(jī)組的二次分切輪的剔除氣路進(jìn)行改進(jìn),提高了卷煙機(jī)剔除含異物煙支的準(zhǔn)確性。張紹堂等[5]采用優(yōu)化的高斯同態(tài)濾波算法在系統(tǒng)中增設(shè)了圖像增強(qiáng)功能,較好地解決了異物剔除系統(tǒng)隨照度衰減導(dǎo)致剔除性能下降的問題。馬亞等[6]設(shè)計(jì)了一種垂直風(fēng)送片煙異物剔除系統(tǒng)提高了非煙類雜物的剔除率。雷光潔等[7]在PASSIM卷接機(jī)組原剔除電路上外接一個(gè)直流固態(tài)繼電器,提高了剔除的可靠性。倪敏等[8]采用高靈敏度光電傳感技術(shù)研制了一種紙接頭剔除檢測裝置,提高了成型機(jī)組剔除紙接頭的可靠性;朱文魁等[9]采用低能X射線透射成像,實(shí)現(xiàn)了打葉片煙中煙梗的在線檢測識別及剔除。ZJ116A型卷接機(jī)組是基于ZJ116型卷接機(jī)組升級改進(jìn)而成的國產(chǎn)超高速卷接設(shè)備,該機(jī)型的額定生產(chǎn)速度為14 000 cig/min[10-11]。但目前針對ZJ116系列機(jī)型的異物剔除的研究鮮見報(bào)道。為此,通過對ZJ116A型卷接機(jī)組剔除含異物煙條的工作原理進(jìn)行分析,對其剔除氣路進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),避免發(fā)生含異物煙條被漏剔現(xiàn)象,提升卷煙生產(chǎn)品質(zhì)。

1 問題分析

ZJ116A型卷接機(jī)組異物煙條剔除氣路如圖1所示,其中,高速閥Ⅰ控制前排氣路的壓縮空氣的開啟,壓縮空氣最終到達(dá)鼓輪上的出口A和B,來剔除前排含異物的煙條。高速閥Ⅱ控制后排氣路的壓縮空氣的開啟,壓縮空氣到達(dá)出口C和D,來剔除后排含異物的煙條。

在ZJ116A型卷接機(jī)組運(yùn)行過程中,組合式傳感器會利用微波對煙條所含的異物進(jìn)行檢測,各種物質(zhì)在經(jīng)過微波諧振腔時(shí),微波檢測信號會不一樣,通過對正常煙絲的微波信號和各種異物微波信號的分析對比,實(shí)現(xiàn)對煙條中的金屬絲、塑料和橡膠等各種異物的在線檢測。如果對比出的微波信號不一致,則檢測出來的煙條將被標(biāo)記,同時(shí)IPC控制器會接收到信號,通過IPC高速處理算法后,控制高速閥的開啟,使壓縮空氣通過前排或后排的氣路到達(dá)鼓輪的出口處,正好將被標(biāo)記的煙條剔除。

統(tǒng)計(jì)前后排高速閥到剔煙出口的理論距離,即剔除氣路的距離,由于前排出口A和出口B位置非常接近,可視為1個(gè)雙倍面積的出口來計(jì)算,后排出口C和出口D位置非常接近,也可視為1個(gè)雙倍面積出口來計(jì)算,見表1。

表1 異物煙條剔除氣路距離統(tǒng)計(jì)

由表1可知,后排剔除氣路的距離比前排剔除氣路距離更長,流量公式[12]為

式中:P為氣路壓力,bar;V為剔除氣路容積,mm3;t為充氣時(shí)間,s。

式中:S為氣路通道截面積,mm3;L為剔除氣路長度,mm。

由(1)式和(2)式可得Q=P SL/t。而前后排氣路的Q值、P值和S值是相同的,可推出剔除氣路的長度L與充氣時(shí)間t是成比關(guān)系,L越小,則充氣時(shí)間t越短,L越大,則充氣時(shí)間t越長。而在實(shí)際生產(chǎn)過程中,壓縮空氣會受到其他因素的影響導(dǎo)致壓力發(fā)生變化時(shí),影響到充氣時(shí)間,造成漏剔現(xiàn)象,使含異物的煙條進(jìn)入后續(xù)生產(chǎn)中。如果充氣時(shí)間t越短,則壓力變化影響越小,越不容易出現(xiàn)漏剔現(xiàn)象,剔除的準(zhǔn)確性將越高。

2 改進(jìn)方法

為避免出現(xiàn)漏剔的現(xiàn)象,對前后道的剔除氣路重新進(jìn)行設(shè)計(jì),出口A、B、C、D的位置不發(fā)生改變,將高速閥內(nèi)置于配氣座中,減少高速閥到剔煙出口的距離。改進(jìn)后的異物剔除氣路如圖2所示。壓縮空氣經(jīng)過管接頭進(jìn)入配氣座中的進(jìn)氣路里,到達(dá)閥口Ⅰ和閥口Ⅱ,當(dāng)組合式傳感器檢測到含異物煙條時(shí),將信號發(fā)送到IPC控制器,通過IPC高速處理算法后,控制高速閥Ⅰ或高速閥Ⅱ的開啟,壓縮空氣經(jīng)過分別通過閥塊Ⅰ和閥口Ⅱ到達(dá)前后道出口A、B、C、D,將含異物的煙條剔除。

通過CREO參數(shù)化設(shè)計(jì),建立改進(jìn)后異物煙條剔除氣路三維組裝模型,測量得到閥口到出口A、B、C、D的距離,即剔除氣路距離,結(jié)果見表2。

表2 改進(jìn)后異物煙條剔除氣路距離統(tǒng)計(jì)

由表1和表2可知,前道剔除氣路平均距離由改進(jìn)前的371.5 mm減少到71.35 mm,距離縮短了80.8%,后道剔除氣路平均距離由改進(jìn)前的405.5 mm減少到71.35,距離縮短了82.4%。改進(jìn)后前后排剔除氣路長度一致,能量損失相似,氣動(dòng)同步性更好。

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料:直徑為 7.8 mm 的卷煙配套煙絲以及輔料,尺寸為3 mm×1.5 mm×10 mm橡膠條異物樣本(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司提供)。

設(shè)備:ZJ116A型卷接機(jī)組(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司制造)。

方法:ZJ116A型卷接機(jī)組的運(yùn)行速度設(shè)定為14 000 cig/min,異物剔除的壓縮空氣設(shè)定為3 bar,對改進(jìn)前后的ZJ116A型卷接機(jī)組進(jìn)行調(diào)試,使其剔除準(zhǔn)確率達(dá)到100%,然后將壓縮空氣壓力分別調(diào)至2.5 bar和2.0bar進(jìn)行對比測試。每間隔5 s將1個(gè)橡膠條異物樣本放到異物投放點(diǎn),通過風(fēng)室的負(fù)壓將異物吸入,每次投放 40個(gè)。記錄廢品煙支報(bào)告中顯示的剔除含異物煙條的數(shù)量,檢查收集盒中被剔除的煙條,并逐個(gè)撕開檢查,統(tǒng)計(jì)含有異物樣本的煙條數(shù)量。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表3可知,當(dāng)剔除壓力分別變?yōu)?.5 bar和2.0 bar時(shí),改進(jìn)前機(jī)組在收集盒中的帶有異物樣本的廢煙條的數(shù)量分別為39支和38支,與廢品煙支報(bào)告顯示數(shù)量40支均不一致;而改進(jìn)后的機(jī)組中帶有異物樣本的廢煙條數(shù)量均為40支,與廢品煙支報(bào)告顯示的數(shù)量一致。這表明剔除壓力發(fā)生變化后,改進(jìn)前的ZJ116A型卷接機(jī)組會出現(xiàn)漏剔含異物煙條的現(xiàn)象,改進(jìn)后的ZJ116A型卷接機(jī)組則不存在漏剔現(xiàn)象,有效提高了異物剔除功能的可靠性。

表3 改進(jìn)前后異物剔除廢品煙條統(tǒng)計(jì)數(shù)量①/支

4 結(jié)論

通過CREO參數(shù)化設(shè)計(jì),對ZJ116A型卷接機(jī)組的異物煙條剔除氣路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),大大減少了前后道剔除氣路的距離。通過改變剔除氣路的壓力,對改進(jìn)前后的機(jī)組進(jìn)行對比測試。結(jié)果表明:當(dāng)壓力由3.0 bar降到2.5 bar后,改進(jìn)前機(jī)組剔除含異物煙條的準(zhǔn)確率由100%降到了97.5%,當(dāng)壓力再降到2.0 bar后,改進(jìn)前機(jī)組異物剔除的準(zhǔn)確率降到了95%,而改進(jìn)后機(jī)組剔除含異物煙條的準(zhǔn)確率一直保持在100%,沒有出現(xiàn)漏剔現(xiàn)象,有效地提高了異物剔除功能的可靠性。該方法可在ZJ17、ZJ118、ZJ112等卷接機(jī)組上推廣應(yīng)用。