烟支纸筒与烟丝分离装置设计

张永江，王韦勇，王志杰，王 栋

（河南中烟工业有限责任公司洛阳卷烟厂，河南洛阳 471003）

0 引言

实现烟支的烟丝与纸筒分离，一方面分离后的烟丝可以用于含水率、含末率或其他化学指标的检验[1-2]，另一方面纸筒可用作卷烟配方实验的试验材料[3-4]。目前，分离的主要方法有刀片裁切法、破碎法和气动法[5-9]。刀片裁切法主要用刀片对烟支进行逐一刨切来实现烟丝分离，该方法存在剥离效率慢、烟丝结构易破坏等问题；破碎法因机械强度高对烟丝和纸筒破坏性均较大，主要用于对大批量的残次烟支的回收[6]；赵文龙，孔晓玲[10]等设计的采用气缸作为烟支固定单元的气动法分离装置和等孔径装置、滚轮调压装置[11-12]，也存在烟支夹持力控制、旋转机构行程定位精度控制和自动退料困难等技术问题。针对以上问题和烟支易变形物理特征，以乳胶管作为烟支固定单元，设计一种分离装置，实现分离后烟丝物理结构稳定和纸筒的回收再利用。

1 系统设计

1.1 系统组成

烟支纸筒与烟丝分离机主要由供料装置、分离装置和物料回收缸等3 个主要部分组成，其中，供料装置主要实现烟支的自动供料；分离装置主要由转动盘、内嵌于转动盘的烟支的夹持单元、气路单元和光电检测单元等组成，以实现烟支纸筒与烟丝的分离；物料收集缸主要实现分离后物料的回收。主要工作原理为：系统运行时，烟支由供料装置自动向分离装置的转动盘孔中输送，当烟支由供料装置的下落通道进入转动盘孔时，转动盘孔中内置的烟支夹持单元因与负压气源贯通，乳胶管膨胀，烟支顺利掉落转动盘孔中，并被下方的预置挡板拦截，完成进料工序的准备；转动盘在步进电机的驱动下按照程序的设定旋转，在此过程中，进入转盘孔中的烟支在转离上一工位时，负压气源关闭，夹持单元中的乳胶管在大气压力和自身弹性的作用下收缩，将掉入料缸的烟支进行自动夹紧，使得烟支稳定地固定气缸中。当旋转90°到达下一个工位时，安装于此工位上方的气缸单元工作，带动正气压力板向下移动并与旋转盘孔贴紧，正压气源接通，在烟支一端受到一定的压力的条件下，烟支中烟丝被吹出，并由下方的料缸回收，从而实现了烟丝与烟筒的分离；此后，转盘再次旋转90°，达到烟筒回收工位，负压气源再次开启，转动盘孔中内置的烟支夹持单元中的乳胶管再次膨胀，烟筒在重力作用下掉落到回收缸中，实现了烟支纸筒的回收；此后开始新一轮的循环，不断地完成预备、进料、分离和回收等工作，从而实现烟支中的烟丝与纸筒的自动分离。

1.2 组件装置设计

1.2.1 烟支进料装置设计

进料装置是实现烟支的自动供给的主要机构，主要由烟支料仓、推板、同步电机、托板和设计有扇形烟支导槽的料仓背板等部分组成。其中，同步电机轴上安装有直径为12 cm 的圆形轮盘，在距轮盘圆心5 cm 处安装有轮杆；取样托架下方安装长度为10 cm 槽铁，轮杆与槽铁接触，当轮杆在安装于同步电机上轮盘驱动旋转时，轮杆在槽铁下端的水平方向上运动，带动取样托架为垂直运动，以此实现变圆周运动为直线运动的转换。当同步电机带动轮盘上的轮杆旋转到最低点时，取样托架在自身重力作用下在垂直方向也同时下落到最低点，取样托架取样端也下落到料仓底部，因料仓设计为低板倾斜45°，烟支在重力作用下滚落于取样托架上方，同步电机继续转动，取样托架拖起烟支到达最高点，因料仓背板设计大于烟支直径的导槽，烟支落入扇形导槽1，烟支经导向后由横向变成竖直方向，顺势落入下方的旋转盘进烟口中。

1.2.2 分离装置设计

分离装置主要由旋转盘、乳胶管固定栓和乳胶管组成。其中，在旋转盘上均匀设置4 个上下贯通的缸筒，作为分离装置工作的4 个工位，相邻2 个缸筒到旋转盘中心连线的夹角为90°；乳胶管固定栓安装于每个缸筒上下两端；乳胶管内置于缸筒内，其两端外翻于上下固定栓的卡槽上进行固定，为了确保烟支夹持的有效和稳定，乳胶管内径尺寸根据不同规格烟支的直径选用小于烟支直径0.5 mm 的规格；在旋转盘上的每个缸筒的内侧壁上均设有和中心相贯通的气源孔。中心气源孔具有2 个功能：①作为安装旋转盘的驱动轴；②作为气源连接管路。驱动轴采用中空轴，安装时轴的上下垫两个端面应涂有硅脂进行密封。烟支纸筒与叶丝分离机实现分离的关键主要取决于在旋转盘工位更换后，能够稳定实现旋转盘气缸与外部气源供给装置，实现有效对接，保证烟支夹持装置的有效。为此选用微型弯管气动旋转接头作为旋转回旋部件，安装在轴的端部，并采用真空发生器作为生产负压气源提供设备运行。

2 技术实现

烟丝纸筒与烟丝分离机的动力系统主要由气路系统和电气传动系统构成（图1）。电气传动系统分为进料系统和分离单元的转动系统两个主要部分，均采用PLC 控制器控制电机的转动方向、速度和转动角度；气路部分分别选用压力为-0.4～-0.6 MPa和0.4～0.6 MPa[10]作为烟支夹持机构和烟丝分离部位的执行气源；当设备运行时，首先进行初始化零位调整，调整后进料装置和旋转盘装置复位，完成准备工作。进料装置工作，发送控制信号给进料装置步进电机带动进料装置推杆上下往复运动一次进行取料，安装在分离装置旋转盘底部光电检测器判断检测是否有烟支通过，当无烟支时，光电开关不触发，继续反馈信号给进料装置，进行取料；当有烟支通过时，光电开关触发，发送控制信号给步进电机并关闭负压气源；到达分离吹丝指定的工位后，气缸带动压紧盘下移；下移后，正气压力电磁阀导通，接通利用一定压力的瞬间气流，完成烟支中烟丝的分离；此后反转，气缸上移动，旋转盘转动到下一烟筒回收工位后，此时负压气源电磁阀再次接通，旋转盘中的乳胶管再次膨胀，纸筒在重力作用下掉落回收其中，在此同时，进料装置再次工作进行取料。反复执行以上步骤，实现对卷烟的气吹分离，分离机气路系统控制顺序见表1。

3 实验结果

采用该装置和裁切法分别对同批次规格为84 mm×24.3 mm样品按照国标GB/T 22838—2009 要求进行3 组含末率[2]检测，每组重复测量3 次取其平均值，该装置分离后的3 组烟丝的含末率指标明显低于裁切法。

4 结束语

该装置采用乳胶管作为烟支固定单元，并运用气吹法实现了烟丝与纸筒的有效分离，试验结果表明：相比传统的刀片裁切法，具有烟丝结构破坏性小、纸筒可回收的优点。

图1 分离机工作流程

表1 电磁阀控制顺序