一种烟棒解棒设备的设计和应用

王益黄， 傅源锋， 王辉创， 林必吉

(广东省金叶科技开发有限公司，广东汕头 515100)

一种烟棒解棒设备的设计和应用

王益黄， 傅源锋， 王辉创， 林必吉

(广东省金叶科技开发有限公司，广东汕头 515100)

烟棒是造纸法再造烟叶的原料之一，需要解棒后才可以使用。传统锤式破碎机解棒，会造成额外造碎，产生较多的细小组分和粉尘。针对现有锤式破碎机解棒缺点，设计出了一种新型解棒设备。介绍了其设计原理、安装过程，并对其实际应用效果进行验证。

再造烟叶；烟棒；解棒；得率；粉尘

造纸法再造烟叶[1-2]是以烟草物质为主要原料，用提取的方法将烟草中的可溶性成分与烟草纤维进行分离，然后用制浆造纸的方法将烟草纤维制成纸状基片，再将烟草可溶物浓缩后涂布到基片上，烘干后制成烟叶状的产品，即为再造烟叶产品。再造烟叶又称烟草薄片或均质烟叶。由于此再造烟叶的生产过程与造纸相似，因此使用此方法生产的再造烟叶也称为造纸法再造烟叶[3-4]。

造纸法再造烟叶的原料主要为烟草原料，包括烟叶、烟末、烟梗和烟棒[5]等。其中烟棒主要来源于卷烟工业企业。卷烟企业在处理废弃的细小非烟丝状烟草物料时，为了减少处理过程的粉尘，一般都使用专门的机械，将原料喷雾回潮后压缩成圆柱形的块状物料，即为烟棒[6]。此做法可以减少卷烟企业由于废弃烟草物料产生的粉尘，同时烟棒相对于没有压缩之前的松散物料，也更加便于运输处理。

烟棒虽然属于烟草原料，但其外形尺寸较大、质地致密且含有一定的杂物，不能直接用于再造烟叶的生产。烟棒在使用时，必须用设备将大块状烟棒离解成粒径小于10 mm的物料(此过程称为解棒)，再使用设备将烟棒碎末中的杂物去除后，才能用于再造烟叶的生产。因此，研究设计出烟棒解棒设备应用于生产中有重要意义。

1 设计思路

传统的烟棒解棒处理[7]设备是锤式破碎机[8]，其原理是利用高速运动的破碎锤将烟棒打碎从而达到解棒的效果。锤式破碎机在解棒时，由于是高速运动，会造成烟棒物料在解棒的同时被过度打碎，使得到的烟棒碎末中的细小组分(指粒径小于80目的组分)比例偏高，且生产的同时会产生很多的烟末粉尘，导致生产环境较差。烟棒解棒后，小于80目的物料很难用于生产[9]，会被当作杂物筛除，因此细小组分含量的高低也直接影响着解棒得率的高低。细小组分比例越高，解棒得率越低；细小组分比例越低，解棒得率越高。

为了克服传统解棒设备存在的不足，避免高速冲击对烟棒形成造碎和产生粉尘，需要设计一种非冲击力解棒的全新设备，运用低速的剪应力和压应力，进行解棒作业。将此2种作用力用于设备中，研究设计出二级柔性解棒设备。

2 设备构造

二级柔性解棒设备就是通过2次作业完成解棒的设备，解棒的过程作用力不是冲击力，而是比较轻柔的剪应力和压应力。其第1级作业为通过剪应力进行解棒，其主体设备为带动刀的刀辊-定刀组成的解棒系统；第2级作业为通过压应力进行解棒，其主体设备为一组啮合旋转底辊组成的解棒系统。其他辅助设备包括电机、减速机、刮刀、设备外壳等。解棒设备的结构如图1所示。

图1 二级柔性解棒设备的结构示意Fig.1 The structure of second level flexible rod device

设备在运行时，烟棒从设备上部进料。当烟棒物料进入解棒机时，首先与1级解棒系统接触，带动刀的刀辊低速旋转，与定刀相互啮合形成剪切力，将粒径约10 cm的烟棒离解成粒径1～4 cm的烟棒颗粒，完成第1次解棒。小的烟棒颗粒由于重力作用会向下运动，行至底辊处，被低速旋转的底辊挤压破碎，完成第2次解棒。

3 设备安装与操作

该设备的主要部件有设备支架、2根底辊、2把底辊刮刀、刀辊、定刀、设备壳体，以及配套的轴承、齿轮、减速箱、电机、电柜、控制器等。

3.1 设备支架的制作 设备支架是整个设备的基础，负责稳定及支撑设备，其设计如图2所示。

图2 设备支架设计Fig.2 Design of equipment support

设备支架主要由4根支座、2层具有承重功能的横梁组成。支座和横梁材料均为方钢，整体通过焊接固定。横梁分为上下2层，上层横梁安装刀辊和定刀，下层横梁安装底辊及底辊刮刀。制作和安装需要严格控制各横梁的水平度和高度。

3.2 底辊和底辊刮刀的安装 底辊是由2个直径30 cm的空心钢辊组成，整体呈圆柱形，辊壁厚度10 mm，辊面光滑平整。辊的两端由轴承经过螺栓固定在设备支架的下层横梁上，保持两辊平行，两辊辊面的间距为1～2 mm。其中一底辊的一端通过减速机与传动电机相连，两根底辊的另一端有一组齿轮啮合形成旋转方向相反传动系统，齿轮的齿数不同，在旋转时产生一定的速差。底辊安装后的效果如图3所示。

图3 底辊安装效果Fig.3 Bottom roller installation effect

当底辊安装完毕后，需要在底辊的两边安装2把刮刀。刮刀的目的是将部分粘到底辊上的物料刮下来，保持底辊的清洁，避免底辊辊面的间距变化，从而保持解棒压力稳定。底辊刮刀的安装如图4所示。

图4 底辊刮刀安装示意Fig.4 Sketch of bottom roller scraper installation

刮刀的材质为高分子树脂材料或钢刮刀。刮刀架可以旋转，可以使刮刀呈现打开或闭合状态。在刮刀闭合时，刮刀与底辊紧紧相贴，其接触角度一般控制在10°～30°。刮刀磨损严重后，需要将刮刀架置于打开状态，更换新的刮刀。

3.3 定刀的安装 当底辊和底辊刮刀安装完毕后，需要在上层横梁上安装定刀刀架，定刀刀架通过螺栓与机架固定。定刀刀架内侧呈圆弧形，定刀通过焊接或螺栓连接固定在刀架上。定刀呈上下两排均匀分布，两排定刀之间的距离为10～15 cm，定刀从侧面看呈三角形或直角梯形。定刀刀架的结构如图5所示，定刀刀架安装后的效果见图6。

图5 定刀刀架示意Fig.5 Sketch of the cutter holder

图6 定刀刀架安装后的效果Fig.6 Effect after installation of the cutter holder

3.4 刀辊的安装 当定刀安装完毕后，将动刀摆放到机架上，调整动刀的位置，使定刀和动刀按照一定的间隙(一般为1～2 cm)啮合。啮合后将动刀两端的轴承定位，使用螺栓进行固定安装。动刀从侧面看呈三角形或直角梯形，其啮合情况如图7所示。将动刀安装好之后，其效果如图8所示。

图7 定刀和动刀啮合示意Fig.7 A fixed knife and a movable knife meshing

图8 动刀安装后的效果Fig.8 Movable knife after installation

3.5 辅助设备及外壳的制作及安装 待底辊、定刀和动刀等主体设备安装完毕后，需要人工转动各个传动件，确保可以正常旋转。同时需要认真检查动刀与定刀之间的啮合间隙、两根底辊之间的间隙，以及底辊刮刀的接触角度和接触压力，确保各零部件处于正常的位置状态。

待主体设备检查完毕后，需要安装配套的减速机、电机、控制器、设备外壳等。选择电机时，一般使用普通的交流电机即可，减速机的减速比一般为8～12，电机接线时需要注意接线方法，确保旋转方向正确。设备外壳主要的作用是防尘、美观。

4 设备使用效果验证

4.1 材料与设备 3种不同紧密度的烟棒，由广东省金叶科技开发有限公司提供；900破碎机，永安塑胶实业有限公司；自主研发的二级柔性解棒机；80目标准筛网；分析天平。

4.2 实验方法 将上述3种不同密度(目前，行业对于烟棒密度等级无统一定义，根据生产企业所使用烟棒的状态，该研究将比重高于1.2的烟棒定义为高密度烟棒，比重0.8～1.2的烟棒定义为中密度烟棒，比重低于0.8的烟棒定义为低密度烟棒)的烟棒，分别用使用普通的900破碎机和二级柔性解棒机进行解棒处理。在解棒的过程中，需要在距离设备出料口两侧0.5 m处进行粉尘含量检测,采样和检测方法参照《中华人民共和国国家标准作业场所空气中粉尘测定方法》。从解棒机出口取样，用80目的筛网筛出细小组分，通过天平称重计算细小组分含量。

4.3 结果分析 经过实验，解棒后烟棒细小组分含量的检测结果如表1所示。距离0.5 m处的粉尘含量检测结果如表2所示。

表1 900破碎机和柔性解棒机解棒效果对比

表2 900破碎机和柔性解棒机解棒时的粉尘对比

从表1、2可以看出，烟棒的密度越高，其硬度越高，在解棒时也越容易形成造碎，产生更多的细小组分，并且产生更多的粉尘，污染环境。相比较普通的破碎机，柔性解棒机解棒后细小组分比例平均下降42.36%，解棒时的粉尘含量平均下降71.64%，其使用效果全面优于现有的破碎机。原因是柔性解棒机的解棒力为柔性的剪应力和挤压力，可以使烟棒“轻柔”地受力而离散；而破碎机的解棒力为冲击力，在解棒的同时会造成烟棒额外的造碎。

5 结论

该研究设计的烟棒解棒设备设计精巧，结构简单，操作方便，具有良好的使用性能，非常适合在造纸法再造烟叶行业的相关工厂推广使用。使用该设备不仅可以提高烟棒的解棒得率，还可以降低烟草粉尘污染，具有较高的经济价值和环保价值。

[1] 广东省金叶烟草薄片技术开发有限公司.造纸法生产烟草薄片的工艺及设备: CN1093890A [P].1993-12-10.

[2] 日本烟草产业株式会社,日本宝翎株式会社.烟草薄片及其制造方法和制造系统:CN1353583[P].2002-06-12.

[3] 戴路,陶丰,袁凯龙,等.造纸法再造烟叶的研究进展[J].中国造纸学报,2013,28 (1):65-69.

[4] 韩文佳,赵传山.造纸法烟草薄片发展现状[J].黑龙江造纸,2007,35(4):47-49.

[5] 刘晓峰,李友明，侯轶.烟梗、烟末和烟棒的纤维特性[J].烟草科技,2014(6)：8-14.

[6] 邹炜,华刚.烟草企业的液压式压棒机及其关键技术[J].轻工机械,2006，24(1):126-128.

[7] 胡嘉维,石齐林,管传莉，等.烟棒粉碎过筛的应用研究[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版),2014(3):30-34.

[8] 银金光.锤式破碎机的锤头材料和质量的研究[J].矿山机械,2007(1):33-34.

[9] 廖夏林,何北海,赵丽红，等.烟草浆不同打浆条件下的微观形态分析[J].中国造纸,2012，31(4):34-38.

Design and Application of an Equipment Breaking up Cigarette Rods

WANG Yi-huang,FU Yuan-feng,WANG Hui-chuang et al

(Guangdong Golden Leaf Technology Development Co.Ltd.,Shantou,Guangdong 515100)

Cigarette rods are the raw materials of recon tobacco,which need to break up before use.Common breaking method will cause additional crush,results in more fines and more dust.For the defect,we designed a new equipment which could break up the cigarette rods,introduced the principle,the installation process and the results of testing.

Recon tobacco; Cigarette rod; Break up; Yield; Dust

国家烟草专卖局重大专项[110201401022(ZZ-03)]。

王益黄(1979- )，男，江苏兴化人，高级工程师，硕士，从事造纸法再造烟叶技术研究。

2016-10-19

S 509.21;TS 452

A

0517-6611(2016)34-0067-03