鄭 茜 夏自龍 袁海霞 王姍姍 李 俊 關愛章 王永海 楊 明 曾偉中

(湖北中煙工業(yè)有限責任公司襄陽卷煙廠，湖北 襄陽 441000)

梗絲加工過程中，來料煙梗中含有較多的煙拐及細梗。煙拐直徑較大、結(jié)構(gòu)堅硬，進入壓梗工序易造成壓輥機堵料；細梗在切梗時易堆積、造碎，影響梗絲的加工質(zhì)量[1-2]。煙拐和細梗壓梗后容易出現(xiàn)煙拐壓破、細梗漏壓的現(xiàn)象，切絲后成絲效果差且多呈圓片狀或碎末，與細支卷煙的葉絲配伍性較差，限制了梗絲在細支卷煙中的應用[3-5]。為加工適應細支卷煙摻配應用的絲狀梗絲，拓寬梗絲使用價值，需要對來料煙梗中煙拐與細梗進行在線篩除。

目前卷煙企業(yè)多采用平板振動篩或滾筒旋轉(zhuǎn)篩進行煙梗篩分[6-8]，多見于常規(guī)梗絲加工過程，煙梗在篩網(wǎng)上振動或輸送過程時，因物料流量大，煙梗分選效果較差，較難得到適應細支卷煙工藝要求的煙梗原料。行業(yè)內(nèi)對適應細支卷煙絲狀梗絲加工的煙梗篩分裝置研究尚無報道，因此開發(fā)能夠有效篩分出煙拐及細梗的煙梗篩分裝置，對于提高煙梗原料的純凈度，提升絲狀梗絲的加工質(zhì)量，突破梗絲在細支卷煙中的應用瓶頸具有重要意義。

1 問題分析

卷煙生產(chǎn)過程中使用的煙梗原料是經(jīng)打葉復烤篩分收集而來，煙梗來料中存在較多細梗(直徑≤3.5 mm)及煙拐(直徑≥9 mm)。經(jīng)測試，兩者所占比例分別為14.3%，3.5%。此類煙梗壓梗后容易出現(xiàn)細梗漏壓、粗梗壓破的情況，切絲后成絲效果差且多呈圓片狀或碎末。為提高細支卷煙梗成絲效果，需在線對細梗、煙拐進行篩除。

圖1 細短梗與煙拐Figure 1 Slim and short stem and stalk epidermis flap

傳統(tǒng)煙梗篩分設備分為兩大類：① 平板振動篩，采用電機帶動偏心驅(qū)動槽體做往復運動，一般振動頻率較低，大多存在篩孔卡料的問題。一旦出現(xiàn)卡料現(xiàn)象，篩分效率顯著下降，最終失去煙梗篩分作用。② 滾筒旋轉(zhuǎn)篩，由2層筒體篩面構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復雜、空間密閉、維保困難。若篩分尺寸需求發(fā)生變化，需要整體更換篩體，成本較高。

由表1可知，2種篩分裝置對細梗的篩凈率為70%～82%，對煙拐的篩凈率為68%～80%，篩凈率均偏低，存在較多漏篩細梗、煙拐進入生產(chǎn)線，且篩除的物料中存在較多合格煙梗誤篩現(xiàn)象，煙梗分選效果較差，較難得到絲狀梗絲加工工藝要求質(zhì)量的煙梗。

表1 煙梗篩分裝置篩分效果比較Table 1 Contrast of screening results of stem classifiers

2 系統(tǒng)設計

2.1 裝置結(jié)構(gòu)

由圖2可知，高頻階梯式煙梗篩分裝置主要由兩級槽體、多組條形篩和振動電機組成。多組條形篩1呈階梯狀依次固定于槽體2內(nèi)側(cè)，槽體2固定在固定架3上。槽體2有兩級，分別用于對煙拐、細梗進行分段篩分。固定架3側(cè)面安裝至少4個彈性振動支撐固定架4，彈性振動支撐固定架4下方安裝彈性振動支撐件5，起到支撐設備和減震的作用。彈性振動支撐件5下方安裝二次減震裝置6。二次減震裝置6由固定板12、橡膠減震塊13、固定板14構(gòu)成，可以通過彈性形變來進一步減少振動，其結(jié)構(gòu)如圖2(c)所示。二次減震裝置6上固定板12與上方的彈性振動支撐件5固定，下固定板14與下方支腿7連接。第一級槽體2內(nèi)部最后一個條形篩1結(jié)束位置安裝有煙拐導流板10，煙拐導流板10連接至第一級槽體2側(cè)面的出料口——煙拐出口9。振動電機8安裝在固定架3的兩側(cè)面或者下方對稱的位置。

條形篩1的篩孔11是沿著物流方向至少一側(cè)貫穿的長條縫形孔，條縫間隙介于3～10 mm，可根據(jù)煙梗篩分工藝要求進行調(diào)節(jié)。插入篩孔11的煙拐可順著條形孔移動至下一塊條形篩，直至落入煙拐導流板10，經(jīng)煙拐出口9送出本設備。

振動電機8作為振動源，頻率介于20～50 Hz，即槽體振動頻率介于400～1 000次/min，可根據(jù)煙梗來料流量、煙梗結(jié)構(gòu)分選需求進行調(diào)節(jié)，滿足不同工藝條件下的篩分效率。

1.條形篩 2.槽體 3.固定架 4.彈性振動支撐固定支架 5.彈性振動支撐件 6.二次減震裝置 7.支腿 8.振動電機 9.煙拐出口 10.煙拐導流板 11.篩孔 12.減震裝置上固定板 13.橡膠減震塊 14.減震裝置下固定板
圖2 高頻階梯式煙梗篩分裝置圖
Figure 2 Diagram of stepped stem classifier with high frequency

2.2 工作原理

工作時，煙梗經(jīng)充分勻料后，進入第一級篩分槽體，煙拐及煙梗在條形篩1上翻滾并向前移動，合格煙梗、細梗直徑較小可以通過條形篩縫，經(jīng)出料口進入第二級槽體，而煙拐直徑較大，在條形篩面上向前移動，直至前方煙拐導流板10匯合，經(jīng)煙拐出口9送出。合格煙梗與細梗進入第二級槽體后，可選擇性篩出細梗，工作原理與煙拐篩分基本相同，最終實現(xiàn)合格煙梗與煙拐、細梗的有效分離。

2.3 工作特點

高頻階梯式煙梗分選篩以振動電機為驅(qū)動電源，多組條形篩呈階梯式分段安裝于兩級槽體中，條形篩縫以直縫形式平行于物流方向，條形縫多組且等距構(gòu)成篩分面，煙梗通過階梯篩分面，可以上、下層翻轉(zhuǎn)，直徑小于條形縫間距的煙梗落入篩網(wǎng)下層，直徑大于或等于條形縫的煙梗在篩分面上層向前運動，從振篩口送出。高頻階梯式煙梗分選篩在工作時具有以下特點。

(1)采用振動電機能耗更低，故障率低，更加方便。

(2)分選篩在高頻低強度激振力作用下往復運動，單位時間內(nèi)，煙梗拋撒較多頻次，可實現(xiàn)煙梗在篩網(wǎng)上均勻分布。

(3)多組條形篩呈階梯式安裝，可以規(guī)避因條形篩過長引起變形量過大的問題，提高篩分精度；同時可以使插入篩孔的煙拐在移動一段距離后離開篩孔，大大降低堵塞篩孔的幾率，所占用空間更小；且煙梗通過階梯界面時，因高度落差可以上、下層翻轉(zhuǎn)，有利于煙梗充分篩選。

(4)篩體振動頻率介于20～50 Hz，可根據(jù)煙梗來料流量、煙梗直徑分選需求進行調(diào)節(jié)，滿足不同工藝條件下的篩分效率。

(5)條縫間隙介于3～10 mm，可根據(jù)煙梗篩分工藝要求進行更換，以滿足煙拐與細梗的分選要求。

2.4 分選篩電機頻率的確定

由圖3可知，細梗及煙拐篩凈率隨電機頻率增加而逐漸上升，當電機頻率為48 Hz時，細梗及煙拐篩凈率達到最大值，分別為95.8%，90.1%，進一步提高電機頻率，即50 Hz，篩凈率指標無明顯變化，設備噪音較大，影響工作環(huán)境。綜合比較得出，高頻階梯式分選篩最佳篩分效果的電機頻率為48 Hz。

高頻階梯式分選篩條縫間距：細梗4.0 mm；煙拐9.0 mm圖3 電機頻率對煙梗篩凈率的影響Figure 3 Effect of different motor frequency on the screening rate of tobacco stem

3 應用效果

如圖4所示，在原洗梗工段，新增煙梗篩分旁線，引入高頻階梯式分選篩。加工常規(guī)梗絲時，氣動插板關閉，煙梗不篩分，直接進入洗梗工序；加工絲狀梗絲時，氣動插板開啟，煙梗先后經(jīng)過煙拐、細梗兩級篩分處理，在線將煙拐與細短梗分段連續(xù)篩除，篩后優(yōu)質(zhì)煙?；刂骶€進入洗梗機。煙梗篩分工藝路徑改造后，可實現(xiàn)常規(guī)梗絲加工與絲狀梗絲柔性化加工的靈活切換。

圖4 煙拐/細梗篩分裝置Figure 4 Screening device of stalk epidermis flap and slim stem

3.1 試驗設計

3.1.1 試驗材料

專用配方煙梗：自產(chǎn)。

3.1.2 儀器與設備

高頻階梯式分選篩：自主研發(fā)；

直線條縫平板篩：SZS5型，秦皇島煙草機械有限責任公司。

3.1.3 方法 組織10批次煙梗原料，每批煙梗原料1 800 kg，測試改造后煙梗篩分裝置在線運行效果，統(tǒng)計細梗、煙拐的篩出率、誤剔率、漏剔率和篩凈率，分別按式(1)～(4)進行計算。

(1)

式中：

c1——篩出率，%；

m1——篩出細梗(煙拐)重量，kg；

m2——測試樣本煙梗重量，kg。

(2)

式中：

c2——誤剔率，%；

m3——篩出細梗(煙拐)中合格煙梗重量，kg；

m4——測試樣本細梗(煙拐)實際重量，kg。

(3)

式中：

c3——漏剔率，%；

m5——經(jīng)篩分后的煙梗中含有的細梗(煙拐)重量，kg；

m6——測試樣本煙梗重量，kg。

(4)

式中：

c4——篩凈率，%；

m7——篩出細梗(煙拐)重量，kg；

m8——測試樣本細梗(煙拐)實際重量，kg。

3.2 數(shù)據(jù)分析

對比高頻階梯式分選篩與改造前煙梗篩分裝置的煙梗篩分效果，結(jié)果如表2所示。

表2 煙梗篩分數(shù)據(jù)統(tǒng)計?Table 2 Statistics of tobacco stem screening data %

? 細梗：直徑≤3.5 mm；煙拐：末端直徑≥9.0 mm。

由表2可知，高頻階梯式分選篩、直線條縫平板篩對細梗的篩出率分別為13.7%，11.4%，對煙拐的篩出率分別為3.1%，2.7%，表明高頻篩具有更優(yōu)異的篩分性能。2種裝置對細梗的誤剔率基本無明顯差異；高頻篩對煙拐的誤剔率明顯低于平板篩對煙拐的誤剔率，對細梗的漏剔率遠低于平板篩對細梗的漏剔率，對煙拐的漏剔率明顯低于平板篩對煙拐的漏剔率，說明高頻篩對煙梗的篩分精確度優(yōu)于平板篩。高頻篩對細梗、煙拐的篩凈率均大幅高于平板篩，表明高頻篩是一種更適宜于煙梗篩分、原料質(zhì)量保障的新型分選裝置。

4 結(jié)論

設計了一種適應細支卷煙絲狀梗絲生產(chǎn)需求的新型高頻階梯式煙梗分選篩。分選篩電機頻率為48 Hz時，煙梗篩分效果最佳。不同煙梗篩分裝置對比試驗顯示，高頻篩對細梗和煙拐的篩出率均高于平板篩，說明高頻篩具有更優(yōu)異的篩分性能。高頻篩對煙拐的誤剔率以及細梗和煙拐的漏剔率明顯低于平板篩，表明高頻篩對煙梗的篩分精確度優(yōu)于平板篩。高頻篩對細梗和煙拐的篩凈率均高于平板篩，具有更高效的不合格煙梗篩除效果，是一種更適宜于煙梗篩分、原料質(zhì)量保障的篩分裝置。本研究所用高頻階梯式煙梗分選篩為自主設計生產(chǎn)的第一臺設備，設備具體參數(shù)尚未在長期生產(chǎn)中進行檢驗和優(yōu)化，仍需在未來使用過程中不斷優(yōu)化和改進，以保證達到該設備的最佳煙梗篩分效果。