王益黃， 傅源鋒， 王輝創(chuàng)， 林必吉

(廣東省金葉科技開發(fā)有限公司，廣東汕頭 515100)

一種煙棒解棒設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

王益黃， 傅源鋒， 王輝創(chuàng)， 林必吉

(廣東省金葉科技開發(fā)有限公司，廣東汕頭 515100)

煙棒是造紙法再造煙葉的原料之一，需要解棒后才可以使用。傳統(tǒng)錘式破碎機(jī)解棒，會(huì)造成額外造碎，產(chǎn)生較多的細(xì)小組分和粉塵。針對(duì)現(xiàn)有錘式破碎機(jī)解棒缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一種新型解棒設(shè)備。介紹了其設(shè)計(jì)原理、安裝過(guò)程，并對(duì)其實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。

再造煙葉；煙棒；解棒；得率；粉塵

造紙法再造煙葉[1-2]是以煙草物質(zhì)為主要原料，用提取的方法將煙草中的可溶性成分與煙草纖維進(jìn)行分離，然后用制漿造紙的方法將煙草纖維制成紙狀基片，再將煙草可溶物濃縮后涂布到基片上，烘干后制成煙葉狀的產(chǎn)品，即為再造煙葉產(chǎn)品。再造煙葉又稱煙草薄片或均質(zhì)煙葉。由于此再造煙葉的生產(chǎn)過(guò)程與造紙相似，因此使用此方法生產(chǎn)的再造煙葉也稱為造紙法再造煙葉[3-4]。

造紙法再造煙葉的原料主要為煙草原料，包括煙葉、煙末、煙梗和煙棒[5]等。其中煙棒主要來(lái)源于卷煙工業(yè)企業(yè)。卷煙企業(yè)在處理廢棄的細(xì)小非煙絲狀煙草物料時(shí)，為了減少處理過(guò)程的粉塵，一般都使用專門的機(jī)械，將原料噴霧回潮后壓縮成圓柱形的塊狀物料，即為煙棒[6]。此做法可以減少卷煙企業(yè)由于廢棄煙草物料產(chǎn)生的粉塵，同時(shí)煙棒相對(duì)于沒(méi)有壓縮之前的松散物料，也更加便于運(yùn)輸處理。

煙棒雖然屬于煙草原料，但其外形尺寸較大、質(zhì)地致密且含有一定的雜物，不能直接用于再造煙葉的生產(chǎn)。煙棒在使用時(shí)，必須用設(shè)備將大塊狀煙棒離解成粒徑小于10 mm的物料(此過(guò)程稱為解棒)，再使用設(shè)備將煙棒碎末中的雜物去除后，才能用于再造煙葉的生產(chǎn)。因此，研究設(shè)計(jì)出煙棒解棒設(shè)備應(yīng)用于生產(chǎn)中有重要意義。

1 設(shè)計(jì)思路

傳統(tǒng)的煙棒解棒處理[7]設(shè)備是錘式破碎機(jī)[8]，其原理是利用高速運(yùn)動(dòng)的破碎錘將煙棒打碎從而達(dá)到解棒的效果。錘式破碎機(jī)在解棒時(shí)，由于是高速運(yùn)動(dòng)，會(huì)造成煙棒物料在解棒的同時(shí)被過(guò)度打碎，使得到的煙棒碎末中的細(xì)小組分(指粒徑小于80目的組分)比例偏高，且生產(chǎn)的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多的煙末粉塵，導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)境較差。煙棒解棒后，小于80目的物料很難用于生產(chǎn)[9]，會(huì)被當(dāng)作雜物篩除，因此細(xì)小組分含量的高低也直接影響著解棒得率的高低。細(xì)小組分比例越高，解棒得率越低；細(xì)小組分比例越低，解棒得率越高。

為了克服傳統(tǒng)解棒設(shè)備存在的不足，避免高速?zèng)_擊對(duì)煙棒形成造碎和產(chǎn)生粉塵，需要設(shè)計(jì)一種非沖擊力解棒的全新設(shè)備，運(yùn)用低速的剪應(yīng)力和壓應(yīng)力，進(jìn)行解棒作業(yè)。將此2種作用力用于設(shè)備中，研究設(shè)計(jì)出二級(jí)柔性解棒設(shè)備。

2 設(shè)備構(gòu)造

二級(jí)柔性解棒設(shè)備就是通過(guò)2次作業(yè)完成解棒的設(shè)備，解棒的過(guò)程作用力不是沖擊力，而是比較輕柔的剪應(yīng)力和壓應(yīng)力。其第1級(jí)作業(yè)為通過(guò)剪應(yīng)力進(jìn)行解棒，其主體設(shè)備為帶動(dòng)刀的刀輥-定刀組成的解棒系統(tǒng)；第2級(jí)作業(yè)為通過(guò)壓應(yīng)力進(jìn)行解棒，其主體設(shè)備為一組嚙合旋轉(zhuǎn)底輥組成的解棒系統(tǒng)。其他輔助設(shè)備包括電機(jī)、減速機(jī)、刮刀、設(shè)備外殼等。解棒設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 二級(jí)柔性解棒設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意Fig.1 The structure of second level flexible rod device

設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，煙棒從設(shè)備上部進(jìn)料。當(dāng)煙棒物料進(jìn)入解棒機(jī)時(shí)，首先與1級(jí)解棒系統(tǒng)接觸，帶動(dòng)刀的刀輥低速旋轉(zhuǎn)，與定刀相互嚙合形成剪切力，將粒徑約10 cm的煙棒離解成粒徑1～4 cm的煙棒顆粒，完成第1次解棒。小的煙棒顆粒由于重力作用會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，行至底輥處，被低速旋轉(zhuǎn)的底輥擠壓破碎，完成第2次解棒。

3 設(shè)備安裝與操作

該設(shè)備的主要部件有設(shè)備支架、2根底輥、2把底輥刮刀、刀輥、定刀、設(shè)備殼體，以及配套的軸承、齒輪、減速箱、電機(jī)、電柜、控制器等。

3.1 設(shè)備支架的制作 設(shè)備支架是整個(gè)設(shè)備的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)穩(wěn)定及支撐設(shè)備，其設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 設(shè)備支架設(shè)計(jì)Fig.2 Design of equipment support

設(shè)備支架主要由4根支座、2層具有承重功能的橫梁組成。支座和橫梁材料均為方鋼，整體通過(guò)焊接固定。橫梁分為上下2層，上層橫梁安裝刀輥和定刀，下層橫梁安裝底輥及底輥刮刀。制作和安裝需要嚴(yán)格控制各橫梁的水平度和高度。

3.2 底輥和底輥刮刀的安裝 底輥是由2個(gè)直徑30 cm的空心鋼輥組成，整體呈圓柱形，輥壁厚度10 mm，輥面光滑平整。輥的兩端由軸承經(jīng)過(guò)螺栓固定在設(shè)備支架的下層橫梁上，保持兩輥平行，兩輥輥面的間距為1～2 mm。其中一底輥的一端通過(guò)減速機(jī)與傳動(dòng)電機(jī)相連，兩根底輥的另一端有一組齒輪嚙合形成旋轉(zhuǎn)方向相反傳動(dòng)系統(tǒng)，齒輪的齒數(shù)不同，在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一定的速差。底輥安裝后的效果如圖3所示。

圖3 底輥安裝效果Fig.3 Bottom roller installation effect

當(dāng)?shù)纵伆惭b完畢后，需要在底輥的兩邊安裝2把刮刀。刮刀的目的是將部分粘到底輥上的物料刮下來(lái)，保持底輥的清潔，避免底輥輥面的間距變化，從而保持解棒壓力穩(wěn)定。底輥刮刀的安裝如圖4所示。

圖4 底輥刮刀安裝示意Fig.4 Sketch of bottom roller scraper installation

刮刀的材質(zhì)為高分子樹脂材料或鋼刮刀。刮刀架可以旋轉(zhuǎn)，可以使刮刀呈現(xiàn)打開或閉合狀態(tài)。在刮刀閉合時(shí)，刮刀與底輥緊緊相貼，其接觸角度一般控制在10°～30°。刮刀磨損嚴(yán)重后，需要將刮刀架置于打開狀態(tài)，更換新的刮刀。

3.3 定刀的安裝 當(dāng)?shù)纵伜偷纵伖蔚栋惭b完畢后，需要在上層橫梁上安裝定刀刀架，定刀刀架通過(guò)螺栓與機(jī)架固定。定刀刀架內(nèi)側(cè)呈圓弧形，定刀通過(guò)焊接或螺栓連接固定在刀架上。定刀呈上下兩排均勻分布，兩排定刀之間的距離為10～15 cm，定刀從側(cè)面看呈三角形或直角梯形。定刀刀架的結(jié)構(gòu)如圖5所示，定刀刀架安裝后的效果見圖6。

圖5 定刀刀架示意Fig.5 Sketch of the cutter holder

圖6 定刀刀架安裝后的效果Fig.6 Effect after installation of the cutter holder

3.4 刀輥的安裝 當(dāng)定刀安裝完畢后，將動(dòng)刀擺放到機(jī)架上，調(diào)整動(dòng)刀的位置，使定刀和動(dòng)刀按照一定的間隙(一般為1～2 cm)嚙合。嚙合后將動(dòng)刀兩端的軸承定位，使用螺栓進(jìn)行固定安裝。動(dòng)刀從側(cè)面看呈三角形或直角梯形，其嚙合情況如圖7所示。將動(dòng)刀安裝好之后，其效果如圖8所示。

圖7 定刀和動(dòng)刀嚙合示意Fig.7 A fixed knife and a movable knife meshing

圖8 動(dòng)刀安裝后的效果Fig.8 Movable knife after installation

3.5 輔助設(shè)備及外殼的制作及安裝 待底輥、定刀和動(dòng)刀等主體設(shè)備安裝完畢后，需要人工轉(zhuǎn)動(dòng)各個(gè)傳動(dòng)件，確?？梢哉ＰD(zhuǎn)。同時(shí)需要認(rèn)真檢查動(dòng)刀與定刀之間的嚙合間隙、兩根底輥之間的間隙，以及底輥刮刀的接觸角度和接觸壓力，確保各零部件處于正常的位置狀態(tài)。

待主體設(shè)備檢查完畢后，需要安裝配套的減速機(jī)、電機(jī)、控制器、設(shè)備外殼等。選擇電機(jī)時(shí)，一般使用普通的交流電機(jī)即可，減速機(jī)的減速比一般為8～12，電機(jī)接線時(shí)需要注意接線方法，確保旋轉(zhuǎn)方向正確。設(shè)備外殼主要的作用是防塵、美觀。

4 設(shè)備使用效果驗(yàn)證

4.1 材料與設(shè)備 3種不同緊密度的煙棒，由廣東省金葉科技開發(fā)有限公司提供；900破碎機(jī)，永安塑膠實(shí)業(yè)有限公司；自主研發(fā)的二級(jí)柔性解棒機(jī)；80目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)；分析天平。

4.2 實(shí)驗(yàn)方法 將上述3種不同密度(目前，行業(yè)對(duì)于煙棒密度等級(jí)無(wú)統(tǒng)一定義，根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)所使用煙棒的狀態(tài)，該研究將比重高于1.2的煙棒定義為高密度煙棒，比重0.8～1.2的煙棒定義為中密度煙棒，比重低于0.8的煙棒定義為低密度煙棒)的煙棒，分別用使用普通的900破碎機(jī)和二級(jí)柔性解棒機(jī)進(jìn)行解棒處理。在解棒的過(guò)程中，需要在距離設(shè)備出料口兩側(cè)0.5 m處進(jìn)行粉塵含量檢測(cè),采樣和檢測(cè)方法參照《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)場(chǎng)所空氣中粉塵測(cè)定方法》。從解棒機(jī)出口取樣，用80目的篩網(wǎng)篩出細(xì)小組分，通過(guò)天平稱重計(jì)算細(xì)小組分含量。

4.3 結(jié)果分析 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，解棒后煙棒細(xì)小組分含量的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。距離0.5 m處的粉塵含量檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表1 900破碎機(jī)和柔性解棒機(jī)解棒效果對(duì)比

表2 900破碎機(jī)和柔性解棒機(jī)解棒時(shí)的粉塵對(duì)比

從表1、2可以看出，煙棒的密度越高，其硬度越高，在解棒時(shí)也越容易形成造碎，產(chǎn)生更多的細(xì)小組分，并且產(chǎn)生更多的粉塵，污染環(huán)境。相比較普通的破碎機(jī)，柔性解棒機(jī)解棒后細(xì)小組分比例平均下降42.36%，解棒時(shí)的粉塵含量平均下降71.64%，其使用效果全面優(yōu)于現(xiàn)有的破碎機(jī)。原因是柔性解棒機(jī)的解棒力為柔性的剪應(yīng)力和擠壓力，可以使煙棒“輕柔”地受力而離散；而破碎機(jī)的解棒力為沖擊力，在解棒的同時(shí)會(huì)造成煙棒額外的造碎。

5 結(jié)論

該研究設(shè)計(jì)的煙棒解棒設(shè)備設(shè)計(jì)精巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，具有良好的使用性能，非常適合在造紙法再造煙葉行業(yè)的相關(guān)工廠推廣使用。使用該設(shè)備不僅可以提高煙棒的解棒得率，還可以降低煙草粉塵污染，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保價(jià)值。

[1] 廣東省金葉煙草薄片技術(shù)開發(fā)有限公司.造紙法生產(chǎn)煙草薄片的工藝及設(shè)備: CN1093890A [P].1993-12-10.

[2] 日本煙草產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社,日本寶翎株式會(huì)社.煙草薄片及其制造方法和制造系統(tǒng):CN1353583[P].2002-06-12.

[3] 戴路,陶豐,袁凱龍,等.造紙法再造煙葉的研究進(jìn)展[J].中國(guó)造紙學(xué)報(bào),2013,28 (1):65-69.

[4] 韓文佳,趙傳山.造紙法煙草薄片發(fā)展現(xiàn)狀[J].黑龍江造紙,2007,35(4):47-49.

[5] 劉曉峰,李友明，侯軼.煙梗、煙末和煙棒的纖維特性[J].煙草科技,2014(6)：8-14.

[6] 鄒煒,華剛.煙草企業(yè)的液壓式壓棒機(jī)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].輕工機(jī)械,2006，24(1):126-128.

[7] 胡嘉維,石齊林,管傳莉，等.煙棒粉碎過(guò)篩的應(yīng)用研究[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(3):30-34.

[8] 銀金光.錘式破碎機(jī)的錘頭材料和質(zhì)量的研究[J].礦山機(jī)械,2007(1):33-34.

[9] 廖夏林,何北海,趙麗紅，等.煙草漿不同打漿條件下的微觀形態(tài)分析[J].中國(guó)造紙,2012，31(4):34-38.

Design and Application of an Equipment Breaking up Cigarette Rods

WANG Yi-huang,FU Yuan-feng,WANG Hui-chuang et al

(Guangdong Golden Leaf Technology Development Co.Ltd.,Shantou,Guangdong 515100)

Cigarette rods are the raw materials of recon tobacco,which need to break up before use.Common breaking method will cause additional crush,results in more fines and more dust.For the defect,we designed a new equipment which could break up the cigarette rods,introduced the principle,the installation process and the results of testing.

Recon tobacco; Cigarette rod; Break up; Yield; Dust

國(guó)家煙草專賣局重大專項(xiàng)[110201401022(ZZ-03)]。

王益黃(1979- )，男，江蘇興化人，高級(jí)工程師，碩士，從事造紙法再造煙葉技術(shù)研究。

2016-10-19

S 509.21;TS 452

A

0517-6611(2016)34-0067-03