余佑輝，趙曼莉，胡 煜，羅妍嫣，辛子健

（湖北中煙工業(yè)責任有限公司武漢卷煙廠，湖北武漢 430040）

0 引言

傳統(tǒng)卷煙除塊機有多根星輥，10～20 根，可根據(jù)實際工藝加工需求設(shè)置（圖1），集中組成一排固定在星輥架上。星輥之間彼此留有間隙，所有星輥由1 臺減速機通過鏈條驅(qū)動并朝同一方向旋轉(zhuǎn)。物料從星輥架上面輸入，星輥及散葉輸送機采用變頻控制，可調(diào)節(jié)速度。松散片煙通過星輥間的間隙落入到星輥下方的散葉輸送機上，由散葉輸送機送入散葉出料罩，散葉出料罩設(shè)在散葉輸送機尾端和最后一組星輥下方。結(jié)塊的片煙通過星輥后進入設(shè)在尾端的塊狀物料出料罩分選出來，人工將結(jié)塊打散后重新回潮，以提高煙葉的回透率。

圖1 卷煙除塊機

1 存在的問題及分析

實際生產(chǎn)中因不同類別牌號的卷煙所使用的煙葉原料物理特性存在差異，因此生產(chǎn)時對應(yīng)的星輥間隙也不一樣，必須進行調(diào)節(jié)（圖2），使除塊機達到正常的工作狀態(tài)。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，星輥通常利用星輥底座直接固定在機座上，當需要對星輥間隙進行調(diào)節(jié)時，需采用人工操作，松動星輥底座的固定螺栓，根據(jù)星輥底座上的標尺進行手動調(diào)整。這種調(diào)節(jié)方式不僅工作量大、調(diào)整難度高、消耗時間長，而且當遇到換牌生產(chǎn)的緊急任務(wù)時，難以及時對星輥間隙進行調(diào)整，無法滿足混流生產(chǎn)的需求。

圖2 星輥間隙調(diào)節(jié)

隨機抽查多個批類別的卷煙除塊機生產(chǎn)情況，抽查方式：一類、二類、三類、四類卷煙各抽查5 個批次，抽查時卷煙除煙塊機的基本參數(shù)見表1。從剔除的煙葉結(jié)塊中，將散葉和煙葉結(jié)塊人工分選后分別稱重，人工在后道工序中擇出煙葉中的結(jié)塊稱重，抽查數(shù)據(jù)見表2。

表1 卷煙除煙塊機基本參數(shù)

從表中統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，一類卷煙以煙包形式投料，由于煙葉油分多，煙葉中含有結(jié)塊較多，剔除出的結(jié)塊量較大，且有結(jié)塊未剔除，流入下道工序，說明星輥間歇設(shè)置偏小，現(xiàn)有星輥圓周之間的間距不適用此類卷煙生產(chǎn)；而一類卷煙由散葉形式投料，因全部為散葉，煙葉中無結(jié)塊，剔除散葉量過多，說明星輥間隙設(shè)置偏大，現(xiàn)有星輥圓周之間的間距同樣不適用此類卷煙生產(chǎn)；二類卷煙剔除的散葉和結(jié)塊的量比例較合理，無結(jié)塊流入下道工序，說明現(xiàn)有星輥圓周之間的間距適用此類卷煙生產(chǎn)；三類、四類卷煙由于煙葉油分少，煙葉較蓬松，從表2 中的數(shù)據(jù)中可以看出剔除大量煙葉，且還有結(jié)塊夾帶在散葉中流入下道工序，說明星輥間隙設(shè)置偏小。

表2 卷煙除塊機煙葉結(jié)塊剔除情況 kg

2 解決方案

2.1 研制一種按配方參數(shù)模式生產(chǎn)的卷煙除煙塊機

總體設(shè)計思路如圖3 所示，研制一種卷煙除煙塊機，包括兩根機架、可調(diào)式星輥裝置和控制器。卷煙除塊機的星輥可根據(jù)實際工藝加工需求采用10～20 個，集中組成一排固定在煙塊除塊機機架上與機架垂直，機架位于煙塊除塊機星輥的兩側(cè)。將所有星輥由1 臺減速機通過鏈條驅(qū)動，改為每個星輥都采用單獨減速機與星輥傳動軸直接連接的驅(qū)動方式，生產(chǎn)時所有星輥同時順時針旋轉(zhuǎn)。物料從星輥架上面輸入，為保證10～20 個星輥速度一致，所有星輥電機采用1 臺變頻器控制，使星輥旋轉(zhuǎn)速度可調(diào)節(jié)，而星輥間隙由人工停機調(diào)整改為在線自動調(diào)整。散葉從星輥間間隙落入星輥下方皮帶輸送機進入下道工序，結(jié)塊的片煙則通過星輥進入設(shè)在除塊機尾端的煙葉結(jié)塊剔除下料斗分選出來。

圖3 總體設(shè)計思路

可調(diào)式星輥裝置由多個星輥組件和多個與之匹配的推桿組件構(gòu)成（圖4）。星輥組件包括星輥、位于星輥兩端的星輥底座、星輥電機和變頻器。星輥底座設(shè)置有滑輪，與滑軌形成滑軌連接。

圖4 可調(diào)式星輥裝置

推桿組件包括推桿支架和設(shè)置于其上的電動推桿、推桿電機和編碼器（圖5）。電動推桿由推桿電機驅(qū)動伸縮，其包括推動端和固定端，推動端連接到星輥底座，固定端通過推桿支架安裝于機架上。

圖5 推桿組件

星輥與機架垂直設(shè)置，機架上設(shè)置有滑軌，星輥底座設(shè)置有與滑軌配套的滑輪，星輥底座與機架之間的固定方式為滑軌連接的形式。電動推桿的推動端與星輥底座相連，電動推桿的固定端固定于機架上。電動推桿在控制器的控制下進行伸縮運動，帶動星輥底座上的滑輪沿機架上的滑軌滑動，進而實現(xiàn)了對星輥間隙的電動調(diào)節(jié)。

滑軌包括上滑軌和下滑軌的雙層滑軌（圖6）。每根機架設(shè)置有2 條相互平行的上滑軌，機架2 條上滑軌之間的部分開設(shè)有凹槽。機架的兩道上滑軌之間開設(shè)有凹槽，使得機架的橫截面呈凹形。機架橫截面的上下寬度為250 mm，側(cè)面的高度為300 mm。將凹槽的槽深設(shè)置為100 mm，槽的寬度設(shè)置為110 mm。該尺寸既便于連接部件的安裝，又不影響兩側(cè)滑軌和滑輪的相對滑動。

圖6 雙層滑軌

圖7 為星輥組件的正面剖視圖，圖8 為圖7 中A 部分的放大結(jié)構(gòu)。其中，星輥底座包括上直角板和下直角板；上直角板和下直角板之間通過底座螺桿連接成方形框架；上直角板、下直角板朝向滑軌的一側(cè)均設(shè)置有滑輪。上直角板設(shè)置有至少一對與上滑軌配合的上滑輪，下直角板設(shè)置有與下滑軌配合的下滑輪。如圖6 所示，每個星輥底座上共設(shè)有至少3 個與滑軌對應(yīng)的滑輪（與2 條上滑軌配合的1 對滑輪以及與下滑軌配合的1 個滑輪），星輥底座與機架1 相接觸的位置，在橫截面上，3 處接觸點構(gòu)成了穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，使得星輥底座沿機架滑動的過程更加平穩(wěn)可靠，能夠提高確保星輥間隙調(diào)整的精度。

圖7 星輥組件正面剖視圖

圖8 A 部分放大結(jié)構(gòu)

星輥底座及滑軌（圖9），每個星輥底座上設(shè)置有6 個滑輪，其中包括與上滑軌配合的2 對上滑輪及與下滑軌配合的2個下滑輪，通過增加滑輪的數(shù)量進一步提高滑輪沿滑軌滑動的穩(wěn)定性。

圖9 星輥底座及滑軌

星輥底座還包括推桿連接架，推桿連接架連接于上直角板，容納于凹槽內(nèi)（圖8）。推桿連接架起到了將電動推桿的推動端與星輥底座相互連接的作用。采取在機架上直接開設(shè)凹槽作為容納連接機構(gòu)安裝的空間，使卷煙除煙塊機的整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，布局更加合理。

如圖10、圖11 所示，推桿連接架為一直板，其底端開設(shè)有安裝槽，電動推桿的推動端通過插入銷子與安裝槽固定連接。推桿支架為直角板，該直角板通過螺栓將兩個相互垂直的端面分別與電動推桿的固定端和機架固定連接。在直角板兩端的夾角處還安裝有三角形的支撐板，增加了固定架的穩(wěn)定性，確保了電動推桿運動過程中整體結(jié)構(gòu)的可靠性。

圖10 推桿連接架

圖11 銷子

控制器與電動推桿組件的編碼器和推桿電機電連接，控制器連接星輥組件的變頻器。其中，控制器為PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器），選用西門子S7-1500 系列。推桿組件中的推桿電機、編碼器及電動推桿為一體機設(shè)計，推桿組件選用23HS/57 型。

當需要對星輥間隙進行調(diào)整時，推桿組件的編碼器會采集推桿電機的位置信息，并將位置信息反饋至控制器?？刂破鹘邮盏轿恢眯畔⒑?，根據(jù)所需調(diào)整的星輥間隙，控制推桿電機運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電動推桿的伸縮調(diào)節(jié)。位于同一根星輥兩端星輥底座上的兩個推桿電機為一組，當需要調(diào)大星輥間隙時，位于同一根星輥兩端的電動推桿同時伸出，推動星輥底座向出口位置沿著滑軌滑動；當需要調(diào)小間隙時，推桿電機轉(zhuǎn)動帶動電動推桿同步縮回，拉動星輥底座向入口位置方向沿滑軌滑動，進而實現(xiàn)了對星輥間隙的快速調(diào)節(jié)。

2.2 建立卷煙除塊機星輥間隙參數(shù)配方庫

現(xiàn)場對不同類別牌號的卷煙的松散回潮后的煙葉通過卷煙除塊機的星輥間隙進行測試，找出各類別牌號卷煙在卷煙除塊機上生產(chǎn)時的最佳星輥間隙，建立卷煙除塊機星輥間隙自動調(diào)節(jié)參數(shù)配方庫（表3）。生產(chǎn)時根據(jù)生產(chǎn)牌號類別選擇相應(yīng)的配方，PLC 根據(jù)配方參數(shù)自動調(diào)整星輥間隙。

表3 星輥間隙自動調(diào)節(jié)參數(shù)配方庫 mm

3 改進效果驗證

卷煙除塊機星輥間隙自動調(diào)節(jié)裝置投入使用后，批次生產(chǎn)過程針對不同類別牌號卷煙按配方參數(shù)模式生產(chǎn)。隨機抽查多個批類別的卷煙除塊機按配方參數(shù)模式生產(chǎn)的情況，抽查方式：一類、二類、三類、四類卷煙各抽查5 個批次，抽查時卷煙除煙塊機測試的基本參數(shù)見表4。從剔除的煙葉結(jié)塊中將散葉和煙葉結(jié)塊人工分選后分別稱重，人工在后道工序中擇出煙葉中的結(jié)塊稱重，抽查數(shù)據(jù)見表5。

表4 卷煙除煙塊機基本參數(shù)

表5 配方模式生產(chǎn)煙葉結(jié)塊剔除情況 kg

一類、二類、三類、四類卷煙在卷煙除塊機采用按配方模式生產(chǎn)后散葉剔除量大幅下降，流入下道工序煙葉結(jié)塊數(shù)量為0。

4 結(jié)論

通過設(shè)計制作按配方參數(shù)模式生產(chǎn)的卷煙除煙塊機，解決了卷煙除煙塊機生產(chǎn)不同類型卷煙星輥間隙不匹配的問題。對比設(shè)備改造前后的星輥剔除散葉、結(jié)塊和流入后道工序的煙塊結(jié)塊量，結(jié)果表明本裝置能有效針對不同類別的卷煙按配方參數(shù)自動調(diào)節(jié)星輥間隙，生產(chǎn)后散葉剔除量大幅下降，達到減輕工人工作量，穩(wěn)定提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的。