打叶复烤中梗拐剔除设备的研究

陆俊平， 杨小雨， 袁玉通， 刘 文， 阮红倩

（红塔集团玉溪卷烟厂复烤二车间， 云南 玉溪 652600）

引言

在现行卷烟工艺背景下，打叶复烤工艺将烟叶分成烟片和烟梗两部分，烟梗的重量约占烟叶重量的四分之一，其同样含有焦油、尼古丁等，与烟片相近。而制丝工艺将烟片和烟梗分别加工成片丝和梗丝，再与再造烟丝或回用烟丝按比例配置成烟丝。随着烟梗的切丝加工、减害降焦、卷烟均质化等技术的快速发展，烟梗在卷烟工艺中扮演的角色越来越浓重，对复烤成品梗的质量要求越来越高。梗丝结构对卷烟质量有明显影响[1]，目前复烤成品梗拐剔除设备的剔除率控制不稳定，使得制梗丝工序来料质量不稳定，不利于后续工序的加工质量。梗拐含水率与梗丝厚薄不一致，致使含水率不一样，较多的梗拐将影响后续工序的加工效果[2]。研究还发现，不同梗丝的吸食感官质量不一，上部烟梗的品质总体较差[3]。因此，开发一套高效复烤成品梗拐剔除设备，筛除梗拐等对后续加工工序有不良影响的烟梗，能确保成品烟梗满足新型膨胀梗工艺及卷烟内在品质的需求。

1 打叶复烤行业烟梗筛分设备现状研究

目前，打叶复烤行业中，烟梗筛分设备主要有以下几种形式：多级振动筛分机；筒式（鼠笼式）烟梗筛分机；光电成像剔除筛分机等。

多级振动筛分机一般为串联的多级、多个振筛组合筛分机，筛面采用孔筛、条筛、棒状筛面等，烟梗进入振筛后，在振动下前进。梗拐尺寸较大，短梗细梗尺寸较小，通过设置不同尺寸的筛孔（条），将烟梗中的不合格梗在振动中剔除。这种筛分设备形式结构简单，成本低，为目前大多数企业使用的烟梗筛分设备形式，对细梗、短梗的剔除效果较好；缺点是梗拐形状不规则，在振动时与筛面的相对运动比较剧烈，容易卡在筛面上，清理较为困难，卡住的梗拐堵住筛面，影响了设备的筛分能力。

筒式（鼠笼式）烟梗筛分机是近年来使用较多的新型烟梗筛分设备，同样由不同尺寸的筛孔（条）进行筛分。筛面是筒（鼠笼）状的，烟梗进入设备后，随着筛面的旋转向前运动。与振动筛分不同的是，烟梗不是依靠振动向前运动，而是主要依靠重力向前运动，与筛面的相对运动较小，因此卡梗情况有一定改善。但是，由于筛面大部分是闭合的，从外界清理卡梗和检修设备都存在困难。烟梗某时刻在筒（鼠笼）状筛面内，不可能完全充满整个筒的空间，因此有一部分筛面在某时刻是空的，因此筛面尺寸需要加大，因此该设备造价高。

光电成像剔除筛分机是将烟梗的图像用工业摄像设备拍下，再进行图像分析，找到不合格梗的位置，将不合格梗剔出。这种筛分设备目前技术还未完全成熟，烟梗的图像处理技术和不合格梗剔除环节还存在应用技术问题，且设备成本较高，需要专业人员调试维护。

2 梗拐剔除设备技术原理设计

根据打叶复烤行业烟梗筛分设备现状研究，主要需解决的问题是梗拐卡在筛孔中的问题，目的是提高设备筛分效率。梗拐的形状不规则，运动到筛孔时，容易挂在筛孔里。强烈的振动，使得梗拐和筛孔间有剧烈运动，可能会让梗拐紧紧卡在筛孔上。若使用人工清理卡梗，造成人工浪费和安全隐患。因此，为解决卡梗拐问题，应该降低烟梗和筛面的相对运动剧烈程度。

根据上述分析，项目小组改良梗拐清理设备，采用往返运行的圆筒筛形式，将物料的进入方向定义为纵向，本方案筛面为多个横向排列的直圆筒组合，圆筒由链条组合和带动（如图1所示）。本方案筛面不震动，物料进入筛面后，链条被驱动向前运动时带动筛面圆筒向前运动。

图1 筛面结构原理示意图1

筛面是往返运动的形式，在筛面一侧有主动轮，给筛面提供前进动力。为使得烟梗的筛面之间的相对运动剧烈程度降到最低，并保证设备可以可靠长时间地运行，设备必须不进行振动。但是，不进行振动会导致烟梗松散、翻转不彻底，烟梗产生堆料现象，梗头或者尺寸较大与筛面筛孔交叉排列的合格梗会覆盖在筛面上，使得其他合格梗不能落下。为解决这个问题，在上面上增加张紧链轮，使得筛面形成起伏波浪结构（如图2、图3所示）。烟梗进入设备后，被向前运动的筛面带动运转，并沿着波浪结构筛面运动；不能从筛面间隙落下的梗拐，运动到筛面尽头后掉出筛面；其他梗则从筛面间距落下，从上下层筛面中间离开设备。这种结构的筛分设备，烟梗靠自身重力及与筛面的摩擦力向前运动，与筛面的相互运动并不剧烈，卡梗情况较少（筛分设备总装配如图4所示）。

图2 筛分结构原理示意图2

3 梗拐剔除设备实施方案设计

筛分装置主结构关键参数设计：从上述梗拐剔除设备的原理可知，影响设备筛分效果的参数主要是筛面圆筒的直径、间距以及筛面波浪结构的尺寸和数量。首先对上述参数对筛分效果的影响进行定性分析：第一，圆筒直径分析。筛面圆筒直径过大，会造成烟梗难以逾越圆筒本身的高度差，且会使得筛面波浪结构的有限尺寸变小，可能造成物料翻滚不彻底，影响筛分效果。筛面圆筒直径过小，主要是加工困难，且影响筛面的强度。第二，筛面圆筒间距分析。圆筒间距过大，会使得部分尺寸较小梗拐从筛面间隙落下，进入后级工序，降低剔除效率。圆筒间距过小，使得合格梗不容易从筛面间隙落下，使得部分合格梗被剔除，造成误剔除。第三，波浪结构的尺寸和数量。波浪结构数量和尺寸太小，使得烟梗翻转不够剧烈，部分合格梗自始至终都横跨在筛面间隙上，堵住筛面，使得其他一些合格梗不能落下，从筛面尽头被剔除走，造成误剔除，容易使得烟梗在筛面堆料，翻转不彻底，筛分效果差。筛分结构数量少，同样会导致烟梗翻转不彻底，部分合格梗还来不及被翻转到筛面间隙处落下，就运动到筛面尽头被剔除。筛面结构尺寸太大，可能使得梗拐难以从波浪结构尺寸底部运动到顶部，造成梗拐堆料。筛分结构数量受到筛面整体尺寸限制，有最大数量制约。具体定量分析，将在实验中进行。

图3 筛分结构透视立体图

图4 筛分设备总装配图

实际设备的制造应考虑生产条件的复杂性，并留有设计余量，设计合适的辅助结构有助于设备高效率运行，保证设备的安全顺畅运行，具体设计如下。

梗拐自动清理结构设计：由于梗拐结构的复杂性，会有部分梗拐由于结构各异，导致会有梗拐大头在筛面外，小头在筛面内，卡在筛面间隙的情况。类似这种结构的梗拐，可能在沿着筛面运动到尽头，并翻转到筛面另一面时，不能自然落下。筛面是往复运动的，若这部分梗头在后续运转过程中落下，会造成漏料，或这部分梗拐再次运动到筛面正面，会影响其他烟梗的筛分。由于本筛面结构的特点，梗拐不会卡得非常紧，可以增加自动清理梗的装置。由于设备筛面筛孔为长条状，因此设计带齿圆辊结构，圆辊面上有凸起齿形结构，可以插入筛面间隙，将梗拐推出。圆辊两侧为链轮，为较少圆辊对设备筛面转动造成的功耗、减低对梗拐的挤压破坏，圆辊与筛面之间有弹簧等软连接设计。该种清洁结构可采用不锈钢等材质，强度较好，避免了使用柔性球等橡胶制品清理烟梗[4]可能造成的橡胶等打叶复烤行业“一类杂物”进入烟梗。

烟梗朝向预排列结构设计：设备筛面筛孔为长条形，在无振动情况下，为使得合格梗尽快从筛面筛孔落下，可在筛面前设计振动波浪形筛。烟梗在振动波浪形振动筛的作用下，随着振动将趋向于与圆筒筛筛孔统一朝向，有助于合格梗落入振动筛时尽快与筛面筛孔朝向统一，在烟梗前进过程中，尽快离开筛面，提高筛分效率。

烟梗朝向再排列结构设计：烟梗在落入圆筒筛面并前进一段时间会后，朝向已经趋向于不一致。为了使得筛面筛分效率提高，可在波浪圆筒筛中间增加烟梗朝向再排列结构。再排列结构可用多种形式，如耙钉、分料块等。这些结构将直接接触烟梗，将烟梗在运动、筛分途中改变整体结构，充分松散，再次将烟梗朝向趋向于与筛面筛孔一致，让合格烟梗尽快落下。烟梗朝向再排列结构由电机驱动，可按照生产情况调节运行参数。

检修预留结构：为使得设备检修方便，设计检修预留结构。设备设计手动盘车设备，在动力轮轴心处预留锁形结构，加工与锁形装置配合使用的手柄。当设备异常停转时，可将手柄插入动力轮轴心处，进行手动盘车，避免直接用手接触筛面。设备设计观察窗，在筛面及转动部件处设计观察窗，便于及时监控设备运行情况。设备外壳可开启，用永磁铁、铰链锁定，需要时可开启，方便设备检修。

其他辅助结构设计：上下层筛面中间设置接料板，将可以从筛面间隙落下的烟梗接走；设备筛面下部设计托轮，限制设备筛面和链条的移位；设备最下部加接灰盘，收集筛面下层回带的烟灰和异物；为保证安全，设备所有外部转动部件上加防护罩，设备增加急停按钮；机架脚高度设计调平螺丝进行调平。为防止筛面与设备外壳相接的两侧漏料，在这两侧增加软密封皮，阻止烟梗下落且尽量较少对筛面运行的阻碍。

4 梗拐剔除设备方案的实施

项目小组按照技术方案设计，进行设备制造实施。为确定合适的设备关键参数，项目小组制造样机进行过料实验。

将圆筒直径和间距取、波浪形尺寸作为控制参数进行实验，取正常生产中所用烟梗，进行多次带料实验，实验结果如表1。

从上述实验结果可看出，圆筒直径取11 mm，圆筒间距取8 mm，波浪形结构尺寸取宽400 mm，深分别为（130，150，170）mm时，设备达到最大有效筛分率88.60%，比项目小组现有设备的平均有效筛分率81.90%有显著提高。

表1 实验结果表

5 结语

本设备的优势是落在筛面间隙的梗与筛面无剧烈运动，不存在卡梗难以清除现象，所有卡住的梗都会向前移动至筛面尽头，前面的卡梗不影响后面的梗筛分，设备后端的梗拐自动清理结构能避免人工清理烟梗造成的筛面变形和安全隐患。烟梗朝向预排列和再排列结构设计留有一定的参数调节余量，为设备筛分工况的后期调节打下基础。整个设备运行顺畅，筛分效率与项目小组原使用设备比有提高。

烟梗、梗拐由于其结构的复杂性，在实际生产中互相区分存在一定的困难。本方案实验得到的最佳设计参数，是在项目小组本地生产环境中，使用特定品种、稳定、水分等属性的烟叶经过过料实验测定而得，可供其他打叶复烤企业参考。

整个设备的原理明确，结构简洁，总体造价适中，占地面积与普通梗拐筛分装置一致，该设备易于制造和安装。随着国内打叶复烤企业的技术升级加快，自动化、高效化、多参数化的设备是今后发展的基础。消费者对卷烟产品的要求逐渐提高，对卷烟生产各工序的控制精度、控制能力提出了新的要求，本设备提高了烟梗的筛分精度，一定程度上提高了设备的自动化程度。更加纯净的烟梗是更高质量卷烟的基础，也是消费者满意的基础。