葛宗国 叶宏音 胡欣鹏

[摘    要]随着推动烟草行业高质量持续发展的总体布局，企业对产品过程质量、投入产出消耗（过程消耗）等提出更高的要求。当前国内普遍存在残次烟支处理技术不够成熟，残次烟支出丝率低、过程损耗大、劳动环境灰尘量大等现象。残次烟支处理技术的研究和应用具有较大的发展空间，对烟支卷制质量和成本控制都具有积极的影响。通过对目前情况的分析，结合打棒系统及烟支处理过程中残烟的形态分析，设计制作出两级剥离无极调速装置，提升了烟支处理过程中的有效利用率，提升了残烟处理的烟丝有效利用率，同时丝中含纸率下降，保障了卷烟过程的质量。

[关键词]烟支卷制;残次烟;有效利用率

[中图分类号]TS4 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）04–00–02

Design and Application of Two-Stage Stripping Stepless Speed Regulation

Device in Residual Smoke Treatment Equipment

Ge Zong-guo，Ye Hong-yin，Hu Xin-peng

[Abstract]With the overall layout of promoting the high-quality and sustainable development of the tobacco industry， companies have put forward higher requirements for product process quality， input and output consumption （process consumption）， etc. At present， there is a widespread situation in China that the treatment technology of defective cigarettes is not mature enough and The phenomenon of low shredded rate of secondary cigarettes， large process loss， and large amount of dust in the working environment. The research and application of inferior cigarette processing technology has a large space for development， and has a positive impact on the quality and cost control of cigarette rolling. Through the analysis of the current situation， combined with the analysis of the morphology of the residual smoke in the sticking system and the cigarette processing process， a two-stage stripping stepless speed regulation device was designed and manufactured， which improved the effective utilization rate of the cigarette processing process and increased the residual smoke. The effective utilization rate of the shredded tobacco in the cigarette treatment， and the reduction of the paper content in the shred， guarantees the quality of the cigarette process.

[Keywords]cigarette rolling; defective cigarettes; effective utilization rate

1 廢烟支处理现存的问题

1.1 国内外现状与发展趋势

为节约资源和降低成本，在卷烟生产过程中产生的废烟支烟丝的回收利用已引起卷烟企业的重视。目前国内外废烟支处理设备种类较多，按其工作原理分为滚刀滚切式、打孔剖切式、喷蒸汽激振式和气吹式等。

滚刀滚切式和打孔剖切式废烟支处理设备在工作过程中会对烟支产生径向挤压，烟丝造碎较多，烟丝中纸片含量也较高;其中打孔剖切式装置在FY113和DEL-phi400废烟支处理机上得到应用，其额定处理能力达到400 kg/h，烟丝回收率也在80%以上，但是打孔剖切式的缺点在于烟丝的造碎率达到10%以上，回收烟丝中含纸片量达到40片/kg。喷蒸汽激振式处理方式在NTMS400废烟支处理机上运用，其额定处理能力达400 kg/h，烟丝回收率也在65%以上，但是烟丝的造碎率达到15%以上，回收烟丝中含纸片量达到80片/kg，显然优势不明显。另外一种柔性拍打技术在FY37废烟支处理机上得到应用，其额定处理能力达到120 kg/h，烟丝回收率也在58%以上，烟丝的造碎率小于8%，回收烟丝中含纸片量降低到20片/kg，相比前几种设备，虽然额定处理能力和回收率减小了，但是造碎率和纸片含量明显下降了，直接改善了烟丝回收的质量。

对于废烟支回收环节中烟丝的含纸片量，目前国内外还没有比较理想的处理方法，虽然FY37废烟支处理机回收出来的丝含纸量相比其他几种处理方式得到明显改善，但是回收率只有58%，造成了资源的浪费，并且经过跟踪调查，FY37型废烟支处理机的打棒轴是一条整轴，轴上装有绕轴径周向排列的乳胶棒，对烟头进行柔性拍打，经过长时间的揉打后，打棒轴上的乳胶棒磨损严重，烟丝的回收率将缩水到30%以下，造成了资源的严重浪费。

1.2 残烟处理情况及分析

残烟处理机为2012年投产，已使用7a，目前总体运行情况良好，残烟支处理后的纸中含丝、丝中含纸、出丝率等基本正常，但也发现有关参数有待完善。

1.2.1 存在问题

（1）烟支在经过打棒后，出现烟支中烟丝剥离不净、出丝率低的现象。另外打滚主轴为同一转速主轴，烟支进料端打棒磨损较快。

（2）烟支经过打棒机打出的烟丝经振槽筛网过滤后仍有部分较长烟丝未筛分出来。此种烟丝一般为20 mm长的较好烟丝，造成资源的浪费。

（3）经打棒后筛分出来的烟丝中含有散碎的纸皮。

（4）在残烟房环境方面，空气中粉尘含量较大。

1.2.2 原因分析

（1）因进料端烟支的整体密度大，当落入打棒后由于空间的限制，残烟支往往会紧贴在网壁上，不能在打棒和网壁之间形成有效的揉搓，使得烟支中的烟丝不能被很好地打出来。当提高转速时又会因后半部烟支充分搅拌及部分烟丝被打出，使得整体密度降低，过快的速度会使烟纸被打碎而影响出料烟丝的质量。另外以往使用的残烟支处理机，因进料端烟支在未经甩打前烟纸与烟丝的结合力最大，而且整体密度较大。存在着进料段部位打棒磨损较快的现象。

（2）打棒出料端烟支中的烟丝经打后会经过滚网后，部分较短的烟丝会随机落入下面的输送带上，最终经光电除杂后回收再利用。其中部分较长的烟丝由于孔径设计太大会造成烟纸含量增大。而很大一部分会随着出料端落入振筛上再次筛分，但是因为受宽度方向的限制，振筛长度不足，其中的长烟丝不易落下来，至落入输送皮带机时仍有部分烟丝未筛分出来，回收效果不太理想。

（3）回收烟丝中含有的主要为散碎的湿渍烟纸。其主要原因为烟支在经过高温蒸汽加湿过程中存在产生冷凝水的现象。当蒸汽遇到冷的室壁会有部分冷凝水产生，当其汇集滴落到烟支上，烟支在经过打棒过程被打碎，成为碎屑而被回收到烟丝中，成为影响回收烟丝质量的主要原因。

（4）针对影响室内环境的因素，主要是在光电除杂和进棒振槽处增加除尘设备，以改善工作环境。

（5）现用接杂下料振烟丝结构不筛网板与下底板为一个相对封闭空间，通过落料孔收集杂料，长时间的使用可能会出现杂料黏接在底板上或因其他因素造成堵塞。一旦出现堵塞其处理只有通过拆卸其上网板，维修起来比较麻烦。

（6）由于使用的卷烟纸、滤材不同，导致其间的结合力不一样，而处理残烟支时却采用相同的处理参数，影响到最终的处理效果。

2 残烟处理解决思路及可行性分析

2.1 残烟处理工序参数优化实验

通过调研及分析可知，目前打棒机构其结构及运行形式存在一定问题。项目组计划设计一种针对烟支各过程形态不同而采用不同方式处理的残烟处理系统，将残烟支的运行过程形态与设备结构相统一，使烟纸与烟丝在分离过程中，机械作用于不同阶段烟纸的形态，从而使设备对残烟支的处理更具有针对性。既满足工艺需要及设备运行稳定性，又提升了残烟处理机出丝率、降低造碎及丝中含纸率。

实验设计：为了进一步验证残烟处理工序过程加工实际能力，对可能影响残次烟支利用率相关参数利用正交试验设计对三个可控参数进行优化，即对U1（分离装置打辊转速）、U2（润后提升机电机频率）、U3（喂料提升机频率）进行优化实验，以期找到提升空间。

实验结论：通过对残烟工序可控参数进行正交优化实验，可以确定提升喂料机频率U3、分离装置打辊转速U1对残次烟支处理效果有较大影响。

2.2 解决思路

通过调研及分析可知，目前打棒机构其结构及运行形式存在一定问题，如打棒为通轴，轴上各打棒的速度均匀一致，而烟支的形态在打棒中存在很大的差距，从而造成了每阶段的差异性，进而导致烟纸与烟丝分离不徹底或者设备结构不具有一定的过程针对性。

具体思路：烟支在进入打棒系统后，分两个阶段。前阶段为：在高速运行的打棒系统中，烟丝迅速脱离出来，实现烟纸与烟丝的分离，此阶段作用时间短，以尽量减少此阶段的烟丝和烟纸造碎，保证整丝率及降低烟纸的造碎，为后期丝中含纸率奠定基础;第二阶段为低速运行：在低速运行过程中，避免了打棒、滤筒及烟丝之间的摩擦，从而减少烟丝和烟纸的造碎，同时将烟支中残留的烟丝剥离出来。

根据烟支过程形态，将其运行过程分为两部分，相对应的打棒机的运行过程针对其过程形态分为两个部分，通过在同一轴上设计出不同转速以满足需要。

2.2.1 新型打棒系统的设计

将单一结构的打滚主轴改为内、外套筒结构的复合型主轴，另增加一组传动，以实现进料部位与其他部位转速的不同（即实现分级打棒两种速度）。在进料端采取加大转速的方式以增加烟支的搅动效果，能使烟支充分旋转，在棒机和网壁间形成有效的揉搓，使烟丝分离出来，提高出丝率。由于实现了分级控制，当出现头部打棒磨损较为严重不能满足生产，需更换棒轴。可根据每根轴的具体使用情况进行更换维修，而不用更换整轴。

2.2.2 电控系统改造

（1）硬件部分。此次设备改造新增两台电机的控制，两台电机均采用变频控制，其控制回路器件安装在原主控柜组变频器控制柜中，本地开关和对应的手动操作双位带灯按钮安装在此变频器控制柜面板上，新增器件选型同原系统选型产品。新增两台变频器通过Profinet网卡连接到原系统的Profinet网络中。

（2）软件部分。在原控制系统中修改系统硬件组态及监控画面，根据改造后的工艺要求插入新增设备的控制程序及监控画面。

2.3 两级打棒系统转速（频率）参数优化实验

2.3.1 实验设计

为达到两级剥离无极调速系统中两转轴的最佳速度，以保证残烟处理的最佳实际使用效果，对该两个可控参数进行优化，即对U1（分离装置打辊高速）、U2（分离装置打辊低速）及提升带频率进行正交试验，以达到最佳状态。

2.3.2 实验结果

经实验，提升带频率稳定在35 Hz，烟支流量适中，高速打棒频率为15 ～18 Hz，低速打棒频率为13～15 Hz时，丝中含纸片率降低至5片/500 g，烟丝碎丝率小于5%，烟丝回收率≥75%，效果最佳。

3 结束语

通过打棒系统及烟支处理过程中残烟的形态分析，设计制作出两级剥离无极调速装置，提升了烟支处理过程中的有效利用率，使丝中含纸片率降低至5片/500 g，烟丝碎丝率小于5%，烟丝回收率≥75%，提升了残烟处理的烟丝有效利用率，同时丝中含纸率下降，保障了卷烟过程的质量。

（1）设计出新型两级剥离无极调速系统，并应用到实际生产过程中，取得了较好的应用效果。两级剥离打棒系统，采用同一主轴不同速度，有针对性地对烟支进行剥离，避免因同一转速或转速无法调节导致的过度揉打问题，降低了烟支分离过程中的烟丝和烟纸造碎情况，提升了烟丝的回收再利用率。

（2）采用新型打棒材料—聚氨酯，硬度调节到80%作为打棒的原材料进行开模加工。增加了其硬度和耐磨性，降低了打棒在使用过程中耗损过快的问题，保障了烟支分离过程中质量的稳定性。

参考文献

[1] 国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[M].北京：中国轻工业出版社，2016.

[2] 成大先，王德夫，姬奎生.机械设计手册（第4版）[M].北京：化学工业出版社，2004.