羅靖

摘 要：COMAS-A1型切絲機設有除塵管道，實現(xiàn)切絲中產(chǎn)生的砂粒鐵屑等雜物抽吸至除塵設備。實際生產(chǎn)中除塵支管彎頭處常發(fā)生堵塞，雜物無法排走，影響物料純凈度甚至導致粉塵陰燃。為解決這一問題，在不改變除塵管道布局的情況下，對切絲機除塵風門進行改造。采用氣動執(zhí)行器作為控制元件，取切絲機砂輪動作信號為控制點，利用壓縮空氣作為控制動力源，實現(xiàn)了除塵風門與切絲機的互聯(lián)，達到了除塵風量分配的優(yōu)化。改造后，切絲機除塵風門動作靈敏可靠，除塵支管清理周期由1次/周，延長至1次/季度；切絲機除塵器風機電機頻率由50Hz降低至35Hz，節(jié)約了能源。

關(guān)鍵詞：切絲機；除塵管道堵塞；除塵風門；氣動執(zhí)行器；風量分配

中圖分類號：TS43 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）04-0127-03

Abstract： The COMAS-A1 type wire cutter is equipped with dust removal pipe to realize the sand grain iron filings and other sundries produced in the wire cutting to be sucked to the dust removal equipment. In actual production， the elbow of the dust removal branch pipe is often blocked， and the sundries can not be removed， which affects the purity of the material and even leads to dust smoldering. In order to solve this problem， under the condition of not changing the layout of the dust removal pipe， the dust removal air door of the wire cutter was reformed. The pneumatic actuator is used as the control element， the grinding wheel action signal of the wire cutter is taken as the control point， and the compressed air is used as the control power source to realize the interconnection of the dust removal air door and the wire cutter， and to achieve the optimization of the dust removal air volume distribution. After modification， the operation of the dust removal air door of the wire cutter is sensitive and reliable， the cleaning cycle of the dust removal branch pipe is prolonged from once per week to one per quarter， and the motor frequency of the fan for the wire cutter dust collector is reduced from 50Hz to 35Hz， which saves energy.

Keywords： shredder； clogging of dust removal pipe； dust removal air door； pneumatic actuator； air volume distribution

A1型切絲機是意大利COMAS公司生產(chǎn)的水平直刃滾刀式切絲機，其結(jié)構(gòu)簡單且自動化程度高，目前在部分卷煙生產(chǎn)企業(yè)得以應用。切絲機設有除塵管道，通過負壓抽吸，將切絲刀片磨削中產(chǎn)生的砂粒鐵屑等雜物抽走，以提高物料的純凈度。實際使用中，切絲機除塵支道常發(fā)生堵塞。為解決該類問題，鄧永生等[1]將切絲機除塵裝置與集中除塵系統(tǒng)斷開，同時加裝一套自激式水幕除塵系統(tǒng)，解決了切絲機磨削時產(chǎn)生的火花陰燃粉塵問題；杜云麗[2]等在在切絲機的抽塵終端設計安裝了送風抽塵過濾裝置，以剔除煙絲中的雜質(zhì)。由于上述改進方式多用于切絲機單獨除塵方式，且COMAS-A1切絲機在結(jié)構(gòu)及控制方式方面與國產(chǎn)SQ3X系列切絲機有較大的差異，上述技術(shù)措施難以直接應用。為此，本研究對COMAS-A1切絲機除塵管道堵料的產(chǎn)生機理進行分析模擬，通過除塵風門控制方式的改進，達到解決除塵管道堵塞問題，降低安全隱患，同時，降低能源消耗。

1 問題分析

1.1 存在問題

在切絲過程中，砂輪對切絲刀片進行連續(xù)研磨，產(chǎn)生砂粒和鐵屑，需及時將該部分雜物及粉塵排除。切絲機的除塵裝置[3]有集中除塵和單獨除塵兩種形式。廈門煙草工業(yè)有限責任公司制絲車間采用集中除塵的方式，砂粒鐵屑等雜物被安裝于刀輥前方的導風腔抽吸至除塵支管，進而輸送至中央除塵器進行處理。切絲機的刀輥處除塵支管存在兩個連續(xù)的90°彎頭。實際生產(chǎn)中，雜物常在彎頭2處堆積堵塞除塵管道，導致導風腔內(nèi)的風速急速降低，砂粒鐵屑等在導風腔內(nèi)堆積。

1.2 彎頭處堵塞原因分析

在除塵管道中存在兩個連續(xù)的90°彎頭，氣流的速度和壓力都發(fā)生明顯變化，會造成一定的壓力損失。通過理論分析可知，彎管內(nèi)部的流場分布主要受彎管曲率直徑比（Rc/D）、雷諾數(shù)（Re），以及進口來料條件的影響[4]。當含有顆粒的氣流流經(jīng)彎管時，因慣性和離心力的作用產(chǎn)生“顆粒繩索”現(xiàn)象[5]，顆粒會聚集在彎管外側(cè)。這種現(xiàn)象導致顆粒運動速度降低，濃度增大。為研究現(xiàn)場實際除塵管道中粉塵堵塞的形成機理，采用數(shù)值模擬分析現(xiàn)場連續(xù)兩個彎頭內(nèi)的風速情況。

1.2.1 除塵風量的確定

以梗線1#切絲機為研究對象，利用testo 425型便攜式數(shù)字風速儀（德國德圖TESTO），測量除塵支管風門上方風速，測得風速v=15.3m/s，計算可知，該設備除塵風量為

Q=Sv=πR2v=3.14×0.062×15.3×3600=622m3/h

式中：S-風管截面積，m2；R-風管半徑，m；v-風速，m/s。

1.2.2 網(wǎng)格劃分

對計算模型進行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，在近壁面處加密，網(wǎng)格數(shù)量為20萬，如圖1所示，彎頭1處圓管與方管垂直連接，彎頭2處彎管曲率Rc/D=1。

圖1 網(wǎng)格劃分

1.2.3 邊界條件與計算方法

依據(jù)實際情況，進料口的入口風量為622m3/h，入口條件為風量入口，出口為壓力出口，出口壓力為0Pa。計算時采用穩(wěn)態(tài)計算，由于系統(tǒng)在常壓狀態(tài)下工作，氣體設為不可壓縮流體，湍流模型采用RNG k-ε模型。

1.2.4 計算結(jié)果與分析

圖2為模擬所得的彎管內(nèi)速度云圖。由于兩相鄰彎管距離較近，組合彎管相鄰彎之間的間距小于其間影響長度，彎管間就會產(chǎn)生局部阻力的相鄰影響。

圖2 彎管內(nèi)速度云圖

當沙粒鐵屑等雜物在負壓的作用下進入除塵支管，運動過程中受到彎管曲率的影響，因離心作用逐漸被甩到曲率半徑較大的外側(cè)壁面附近，導致雜物向彎頭外側(cè)壁面推擠、聚集。同時，由圖2速度云圖可知，彎頭2內(nèi)側(cè)壁處風速較高，外側(cè)壁處風速較低。當風速不足以攜帶雜物向前運動時，雜物在彎頭2外側(cè)壁處滯留。另一方面，切梗機磨削的雜物濕度與粘度均較高，長時間滯留后造成管道的堵塞。

1.2.5 解決措施分析

欲解決彎頭處堵塞的問題，可考慮：（1）增大彎管曲率Rc/D，降低雜物在彎頭2處受到的指向外管側(cè)壁的離心力；（2）提高除塵支管風量，提高整個彎管內(nèi)的風速。受到彎管處設備空間的影響，增大彎管曲率Rc/D并不可行。因此考慮方案二：提高除塵支管風量。

2 提高除塵支管風量策略與改進方法

2.1 策略分析

目前多臺切絲機共用同一臺集中除塵器，在集中除塵風機已滿負荷運行的實際情況下，欲提高除塵支管的風量，可從切絲單機除塵風量的優(yōu)化分配考慮。

實際生產(chǎn)中采用“一用一備”的切絲模式?，F(xiàn)有控制下，生產(chǎn)中備機雖未生產(chǎn)，但其除塵支管仍處于空吸狀態(tài)，存在風力的浪費。若將備機風門關(guān)閉，則生產(chǎn)主機的除支風量相應增大，即可實現(xiàn)風量的優(yōu)化分配。因此，上述問題的攻關(guān)方向為：研制除塵風門的自動控制裝置，實現(xiàn)除塵風門與切絲機生產(chǎn)狀態(tài)的互聯(lián)，當且僅當切絲機生產(chǎn)時風門開啟。

2.2 改進方法

2.2.1 驅(qū)動器件的選擇

為實現(xiàn)除塵風門的自動控制，需將驅(qū)動器件的輸入運動轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)流風板90°的回轉(zhuǎn)運動。為實現(xiàn)該運動，行業(yè)內(nèi)多采用氣缸、電動角執(zhí)行器等作為執(zhí)行器件。本著改造簡便、動作可靠和節(jié)約成本的原則，本文采用GT系列角執(zhí)行器作為節(jié)流風板的驅(qū)動器件。

2.2.2 機械結(jié)構(gòu)的改造

圖3為氣動執(zhí)行器驅(qū)動風門的結(jié)構(gòu)組裝圖。節(jié)流風板5通過螺栓鎖固在左側(cè)軸2與右側(cè)軸6上；支座4焊接于風管1兩端，左側(cè)軸2與右側(cè)軸6均通過滑動軸承3，安裝在支架4內(nèi)部；右側(cè)軸4的尾端為方形軸頭，方形軸頭插入軸套7的方形孔內(nèi)；軸套7的尾部同樣為方形軸頭，該軸頭與氣動執(zhí)行器9上的旋轉(zhuǎn)內(nèi)孔配合安裝。在壓縮空氣的驅(qū)動下，當氣動執(zhí)行器9內(nèi)部活塞做直線運動時，通過上述機械連接完成運動的傳遞，節(jié)流風板5實現(xiàn)90°的旋轉(zhuǎn)，即實現(xiàn)除塵風門的開啟與關(guān)閉。

2.2.3 氣路的連接

依托切絲機設備現(xiàn)有的氣路系統(tǒng)，對氣動執(zhí)行器接線。控制管路主要由球閥、過濾減壓閥、二位三通換向閥等組成。通過換向閥實現(xiàn)風門開啟與關(guān)閉的切換。

2.2.4 電氣控制的實施

取砂輪動作信號為控制點，當砂輪動作時（即磨刀），換向閥控制氣動執(zhí)行器動作，使切絲機除塵風門開啟，進行負壓的抽吸；當砂輪停止動作后，延時2min后，換向閥控制氣動執(zhí)行器反向動作，使除塵風門關(guān)閉。

另一方面，于操作屏幕上設置風門狀態(tài)的顯示，便于操作人員對風門狀態(tài)的監(jiān)控，避免除塵風門動作故障時對生產(chǎn)造成影響。

2.2.5 應用效果

對車間6臺切絲機除塵風門進行改造后，除塵管道由1次/周定期清理，改為每季度1次（定期檢查），大大降低了檢查清理頻率和維修人員的工作量，同時消除了導風腔內(nèi)粉塵陰燃的安全隱患。

另外風門自動控制實現(xiàn)了風量的優(yōu)化分配，降低了風量浪費。

3 結(jié)束語

采用模擬仿真的辦法，實現(xiàn)對COMAS-A1切絲機除塵風管堵塞原因分析，經(jīng)模擬可知彎頭外側(cè)壁處風速低且雜物集中，是造成除塵支管彎頭處堵塞的原因。本文利用GT系列氣動執(zhí)行器作為除塵風門的驅(qū)動器件，通過驅(qū)動器件與切絲機狀態(tài)的互聯(lián)，實現(xiàn)了風門的自動控制，提升了生產(chǎn)設備的除塵風量，并降低了集中除塵風機的頻率，有效的解決了COMAS-A1切絲機除塵管道堵塞的問題，保證生產(chǎn)連續(xù)性，提高了生產(chǎn)安全性和維修人員的勞動強度，同時降低了能源的消耗，具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]鄧永生，鄺自仲，劉洪建，等.SQ31型切絲機除塵系統(tǒng)改進[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（17）：87.

[2]杜云麗，尹獻忠.SQ31型切絲機送風抽塵系統(tǒng)的改進[J].中原工學院學報，2011，22（5）：76-78.

[3]LEE G H，CHOI Y D，HAN S H.Measurement of developing turbulent flow in a U-bend of circular cross-section[J].Journal of Mechanical Science and Technology，2007，21（2）：348-359.

[4]LEVY E K BILIRGEN H.Mixing and dispersion of panicle ropes in lean phase pneumatic conveying[J].Powder Technology，2001，119（2-3）：134-152.

[5]李東明，孫寶元，張化嵐，等.氣動執(zhí)行器技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].化工自動化及儀表，2003，30（2）：73-75.