潘恒樂，王 俊，陳 鍇，盛浩然

常德煙草機械有限責任公司，湖南省常德市武陵區(qū)長庚路999號415000

在卷煙生產(chǎn)過程中，梗簽分離系統(tǒng)利用氣流將煙絲和梗簽分離，質(zhì)量密度較小的煙絲被吸附在吸絲帶上形成煙絲束，質(zhì)量密度較大的梗簽被篩選出來進入回收系統(tǒng)處理［1］。梗簽影響卷煙燃燒性能及感官質(zhì)量，會造成煙支表面刺破、單支煙質(zhì)量偏差較大等質(zhì)量問題［2-3］。為提升梗簽分選效果，劉瀾波等［4］設計了煙梗打散裝置，熊克林等［5］將直通型漂浮室改為“之”字形漂浮室，柏世繡等［6］研制了S型二次分選氣流通道，張皓天等［7］研制了一種外置式梗簽分離裝置，白雪等［8］設計了基于真空懸浮和離心風分相結(jié)合的梗簽分離系統(tǒng)，廖艷培等［9］研制了一種梗簽分離三次風選裝置。此外，劉小川等［10］設計了一套以PLC為遠程控制中心的梗簽分離回收在線控制系統(tǒng)，提高了梗簽分離的穩(wěn)定性與可靠性。胡中軍等［11］分析了梗導向板高度和小風機壓力兩個因素對梗簽分離效果的影響。任志立等［12］利用ANSYS Workbench軟件對不同形狀的懸浮腔進行仿真分析，得出方形懸浮腔的梗簽分離效果最好。

ZJ116B型卷接機組是以成熟的ZJ116A型卷接機組為技術(shù)平臺研制的新一代國產(chǎn)細支卷煙卷接機組，該機型使用了經(jīng)典的雙煙道技術(shù)［13-14］，由于難以對前后煙道均勻輸送煙絲，且兩煙道無法獨立調(diào)節(jié)，當來料煙絲不均勻時，會造成前后吸絲通道間梗簽分離效果不一致，造成卷煙質(zhì)量波動，前后道卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性出現(xiàn)較大差異。目前針對雙煙道卷煙機前后道質(zhì)量穩(wěn)定性的研究鮮見報道。為此，通過分析ZJ116B型卷接機組的梗簽分選原理，設計了獨立的二次分選調(diào)節(jié)裝置，并將分選通道由直通型改成Z型，以期提高梗簽分選效果，使各煙道的卷煙質(zhì)量特性基本保持一致。

1 分選系統(tǒng)原理與問題分析

1.1 分選系統(tǒng)運行原理

ZJ116B型卷接機組的梗簽分選系統(tǒng)由一次分選和二次分選組成，該分選系統(tǒng)見圖1。運行時，煙絲經(jīng)過彈絲轆1和針輥2的共同作用后，均勻松散地落下，順著落絲通道3到達一次分選噴嘴4處，噴嘴向前方噴出正壓氣流，氣流均勻分布于左右兩墻板之間的整個寬度上。在正壓氣流的作用下使較輕的煙絲和較重的梗簽分離，煙絲被氣流直接吹入前方的流化床10上，梗簽則落入下方的閘輥6上，即實現(xiàn)了梗簽的第1次分選。

圖1梗簽分選系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of stem separator

通過閘輥的轉(zhuǎn)動，閘輥上的葉片會把落在上面的梗簽帶走并拋入到分選通道7中。二次分選噴嘴5位于分選通道7上端，在整個橫向?qū)挾壬暇鶆蚍种昧?85個噴射口。通過噴嘴向上噴出正壓氣流，使噴嘴下方的分選通道形成壓差，它會在通道中形成從下往上流動的氣流，通過向上流動的氣流升力對梗簽進行第2次分選，其中較輕的煙絲在氣流的作用下進入流化床中，較重的梗簽落入下方的回收通道9中。二次分選調(diào)節(jié)機構(gòu)8則用于調(diào)節(jié)梗簽二次分選的效果。

片狀物的懸浮速度計算公式［15］為：

式中：V為片狀體的體積，m3；S為迎流面積，m2；ρx為片狀物密度，kg/m3；ρ氣流為氣流密度，kg/m3；g為重力加速度，9.8 N/kg；vx為片狀物懸浮速度，m/s。

每種物料因具有不同的迎流面積、體積和密度，在相同的空氣密度下均有不同的懸浮速度，相同尺寸的梗簽與煙絲比較，顯然ρx梗簽＞ρx煙絲，則vx梗簽＞vx煙絲，只要氣流速度v氣流滿足條件vx梗簽＞v氣流＞vx煙絲，就能將煙絲、梗簽分離，實現(xiàn)梗簽的二次分選。

梗簽二次分選調(diào)節(jié)機構(gòu)見圖2，由調(diào)節(jié)板、刻度尺、星型旋鈕以及連桿機構(gòu)等組成。需要調(diào)節(jié)分選效果時，旋開星型旋鈕5，使連桿機構(gòu)6的調(diào)節(jié)桿在刻度尺4上移動，可改變調(diào)節(jié)板3的位置，從而改變分選通道底部的截面積大小。流量公式［16］為：

式中：Q為分選通道流量，m3/h；S為分選通道底部的截面積，m2；v為向上流動氣流速度，m/s。

由于分選通道中的流量Q是由二次分選噴嘴噴出的正壓氣流大小決定的，所以在工作過程中，流量Q基本是不變的，當?shù)撞拷孛娣eS發(fā)生變化時v就會發(fā)生變化，這樣就可達到調(diào)整梗簽二次分選效果的目的，當分選效果滿足要求后，再擰緊星型旋鈕，固定整個連桿機構(gòu)。

1.2 問題分析

為分析ZJ116B型卷接機組前后煙道生產(chǎn)卷煙的質(zhì)量特性，對南京卷煙廠1組ZJ116B型卷接機組生產(chǎn)的“金陵十二釵”牌卷煙進行取樣檢測，將機組運行速度設定為10 000支/min，在機組穩(wěn)定運行2 h后，分別取20支前煙道卷煙和20支后煙道卷煙，連續(xù)取5次，統(tǒng)計20支卷煙總質(zhì)量和卷煙質(zhì)量標準偏差（即卷煙質(zhì)量SD值），結(jié)果見表1。

圖2梗簽二次分選調(diào)節(jié)機構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of control mechanism for secondary stem separation

表1改進前卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性統(tǒng)計Tab.1 Statistics of cigarette weight consistency before modification

根據(jù)南京卷煙廠的工藝技術(shù)標準，20支細支卷煙總質(zhì)量為（10.60±0.20）g，單支細支卷煙標準偏差≤15 mg。由表1可見，前煙道和后煙道的卷煙總質(zhì)量均滿足工藝技術(shù)標準，前煙道生產(chǎn)的卷煙平均總質(zhì)量為10.54 g，后煙道卷煙平均總質(zhì)量為10.66 g，兩者基本一致。前煙道卷煙質(zhì)量的標準偏差除第5次取樣結(jié)果外均滿足工藝技術(shù)標準，而后煙道卷煙質(zhì)量的標準偏差均未能滿足要求，前煙道卷煙質(zhì)量的平均SD值比后煙道平均SD值小1.68 mg，說明后煙道卷煙質(zhì)量波動較大。

ZJ116B型卷接機組采用雙煙道技術(shù)，經(jīng)過兩次分選后的煙絲在流化床上一分為二，最終分別到達前后吸絲通道中的吸絲帶上。而現(xiàn)有的ZJ116B型卷接機組的二次分選的調(diào)節(jié)機構(gòu)設計在左右2塊主墻板之間，由1個調(diào)節(jié)桿調(diào)節(jié)整個煙絲輸送寬度上的分選效果，不能對分選通道分開進行調(diào)節(jié)，當來料煙絲不均勻時，會造成前后吸絲通道間梗簽分離效果不一致。且梗簽二次分選通道是直通型的，其內(nèi)部氣流速度基本恒定，閘輥有時會帶入一些煙絲團進入分選通道中，成團的梗簽和煙絲難以分離，或隨氣流上升進入流化床，或下落排出到回收通道中。這些均會導致卷煙質(zhì)量出現(xiàn)波動，造成前后煙道卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性出現(xiàn)較大差異。

2 改進方法

2.1 前后煙道風選獨立調(diào)節(jié)機構(gòu)

圖3改進后的梗簽二次分選調(diào)節(jié)機構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of modified control mechanism for secondary stem separation

重新設計了二次分選調(diào)節(jié)機構(gòu)來對分選通道底部的截面積進行獨立調(diào)節(jié)，見圖3。改進后的調(diào)節(jié)裝置由左右兩個獨立的調(diào)節(jié)機構(gòu)組成，均安裝在連接架9上。每個獨立的調(diào)節(jié)機構(gòu)均由調(diào)節(jié)板、刻度尺、星型旋鈕、連桿機構(gòu)以及擋風塊等組成，其使用方法與原調(diào)節(jié)機構(gòu)基本一致，改變右調(diào)節(jié)板4的位置，可以改變前吸絲通道的梗簽分選效果；改變左調(diào)節(jié)板6的位置，可以改變后吸絲通道的梗簽分選效果，實現(xiàn)前后煙道梗簽分選效果的獨立調(diào)節(jié)。

當左右調(diào)節(jié)板的位置變化時，相鄰兩個調(diào)節(jié)板之間可能會出現(xiàn)間隙，會造成相鄰通風口的通風量隨之變化。因此在兩個調(diào)節(jié)板相鄰的位置均安裝了擋風塊5，用來封閉調(diào)節(jié)板之間的間隙，避免梗簽二次分選效果受到影響。

2.2 Z型分選通道

為了提高在二次分選過程中對煙絲團的分選效果，借鑒其他卷接設備的除梗技術(shù)，將直通式的分選通道設計成Z型［17］，增加了4個三角形導流塊，將其錯位安裝于分選通道的兩側(cè)，使導流塊之間的氣流通道變成Z型，見圖4。根據(jù)文丘里效應，當風吹過阻擋物時，在阻擋物的背風面上方端口附近氣壓相對較低，從而產(chǎn)生吸附作用并導致空氣的流動［18］。所以迎風面A處的壓力PA高于背風面B處的壓力PB，氣流從高壓點向低壓點流動，就會形成圖4中所示的順時針旋向的小循環(huán)氣流。在Z形通道中，煙絲團隨主氣流向上流動，與通道內(nèi)的迎風面撞擊后轉(zhuǎn)向。撞擊后，含有梗簽的煙絲團會在自重及小循環(huán)氣流作用下，向下運行，再次循環(huán)，在流動中左右撞擊、上下翻轉(zhuǎn)，使梗簽與煙絲得到充分分離。

圖4 Z型分選通道示意圖Fig.4 Schematic diagram of Z-shaped separation passage

3 應用效果

3.1 試驗設計

材料：“金陵十二釵”牌卷煙（江蘇中煙工業(yè)有限責任公司南京卷煙廠）。

設備：ZJ116B型卷接機組（常德煙草機械有限責任公司），MW3220型煙支水分及密度剖面微波快速測量儀（德國TEWS公司生產(chǎn)），OM-VA型煙支/濾棒在線取樣綜合檢測臺（北京歐美利華科技有限公司生產(chǎn)）。

方法：將ZJ116B型卷接機組的運行速度設定為10 000支/min，在機組穩(wěn)定運行2 h后，利用濾棒/煙支綜合測試儀對卷煙進行取樣檢測，每次分別取20支前煙道卷煙和20支后煙道卷煙，連續(xù)取5次，統(tǒng)計改進后取樣的20支卷煙總質(zhì)量和卷煙質(zhì)量標準偏差（即卷煙質(zhì)量SD值）；使用在線梗簽分離回收裝置對改進前后的設備分別進行5次1 min的梗簽收集檢測。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表2可見，改進后的前后煙道生產(chǎn)出卷煙的總質(zhì)量基本一致，符合卷煙企業(yè)的工藝技術(shù)標準；前后煙道的卷煙質(zhì)量標準偏差也都滿足工藝技術(shù)標準，其中前煙道卷煙質(zhì)量的平均SD值由改進前的14.40 mg降到13.16 mg，后煙道卷煙質(zhì)量的平均SD值由改進前的16.08 mg降到13.44 mg，有效降低了卷煙質(zhì)量SD值水平，減小了煙支質(zhì)量的波動；前后煙道卷煙質(zhì)量的平均SD值差值由改進前的1.68 mg降到了0.28 mg，有效減少了前后煙道卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的差異，提高了卷煙質(zhì)量的穩(wěn)定性。

表2改進后卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性統(tǒng)計Tab.2 Statistics of cigarette weight consistency after modification

由表3可見，排出的梗簽中的平均含絲率由改進前的18.4%降到了改進后的9.0%，降低了9.4百分點，排出梗簽中含絲率大大減少，降低了原輔材料的消耗，有效提高了梗簽分選效果。

表3改進前后排出梗簽的含絲率比較Tab.3 Comparison of tobacco fiber content in rejected stems before and after modification

4 結(jié)論

通過設計梗簽二次分選獨立調(diào)節(jié)裝置，將直通型的分選通道改進成Z型分選通道，實現(xiàn)了對ZJ116B型卷接機組的前后煙道梗簽分選的獨立調(diào)節(jié)，提高了梗簽分選效果和卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性。以ZJ116B型卷接機組生產(chǎn)的“金陵十二釵”牌卷煙為對象進行測試，結(jié)果表明:前煙道的卷煙質(zhì)量的平均SD值由改進前的14.40 mg降到13.16 mg，后煙道的卷煙質(zhì)量的平均SD值由改進前的16.08 mg降到13.44 mg，前后煙道卷煙質(zhì)量的平均SD值差值由改進前的1.68 mg降到了0.28 mg，排出的梗簽中含絲率降低了9.4百分點。該技術(shù)可在ZJ119、PROTOS2-2等雙煙道卷接設備上推廣應用。