ZJ17卷接机组Z型梗丝分离装置的改进设计探讨.docx
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ZJ17卷接机组Z型梗丝分离装置的改进设计探讨
【摘要】本文针对ZJ17卷接机组在生产过程中出现的在回收烟梗中含丝率偏高的问题,通过对现有梗丝分离装置的分析研究,设计制作了新型ZJ17卷接机组梗丝分离装置——Z型梗丝分离装置。
该装置成Z形弯曲通道,经过五次120度的折弯,气流经过通道折弯处时产生涡流,涡流将烟丝团充分扬打、松散。
在总高度不变的前提下,二次梗丝分离装置经过五次折弯延长了风分时间,使梗丝分离更充分、更彻底。
通过试验验证,新型的Z型梗丝分离装置能够有效地降低梗中含丝率,取得了较好的经济效益。
【关键词】ZJ17卷接机组Z型风分分离装置梗中含丝率
前言
ZJ17卷接机组由YJ17供料成条机、YJ17卷制成形机、YJ27滤嘴接装机三部分组成,电气控制主要包括主机运行的PLC、重量控制系统SRM、质量检测系统CIS,生产过程自动监控、生产数据自动分析、统计、处理的人机交互系统等,ZJ17卷接机组额定生产能力7000支/分,其烟条速度可达490米/分,设备整体结构布局紧凑合理,操作简单,维修方便,造型美观,噪声较低,并且配有完善的在线检测系统,能有效地控制烟支重量,剔除质量不合格烟支,确保烟支质量稳定。
本机还配有工控机、触摸屏等设备,采用Windows操作系统,可方便地进行人机对话,可以显示、储存瞬时的和累计的生产管理数据,是我厂当前生产卷烟的主要机型。
1VE供丝机梗丝分离的工作原理
1.1一次梗丝分离的组成及工作原理
如图一所示,一次梗丝分选装置主要有针辊1、弹丝辘2、输送带3、抛丝辊4、螺旋回梗机构5、风分装置6等组成。
图1VE供丝机梗丝分离装置
如图1所示,弹丝辘将针辊上的烟丝均匀弹下落入输送带上,输送带载着烟丝以较高的速度抛向梗丝分离室,输送带有10°的仰角,烟丝抛出时也有大约10°的仰角,以便于烟丝、烟梗分离。
在输送带的左前上方有一吹风室,向下喷出一束正压气流,气流垂直于输送带,作用在输送带的整个宽度上,正压吹风把烟丝吹向抛丝辊。
由于改变了烟丝的运动方向,稍重的烟丝团、烟梗和杂质凭借自身的惯性穿过气流层,进入抛丝辊上方的螺旋回梗机构的料槽内,这样便完成了第一次梗丝分离。
图1VE供丝机梗丝分离装置
1.针辊2.弹丝辘3.输送带4.抛丝辊
5.螺旋回梗机构6.风分装置7.计量料槽
1.2二次梗丝分离装置的组成及工作原理
如图2所示,二次梗丝分选装置主要由落料斗2、挡风板4、调节螺钉6、斜块7及安装于进料口8内的二次分选轮等组成。
第二次分离是采用风分原理。
所谓风分,是利用不同的物料具有不同的悬浮速度而将它们分离的过程,利用风分将烟梗、杂物从烟丝中除去,称为风分出梗。
物料在气流中受着气流升力和自身重力的作用,当两力相等时,物料在气流中处于平衡的悬浮状态,此时的气流速度用Vf表示。
当气流速度V<Vf烟丝时,烟丝便随烟梗一起下降,进入烟梗中;当气流速度V符合Vf烟梗>V>Vf烟丝时,烟丝便上升,被气流带走,烟梗下落进入储梗盒,实现梗丝分离;当气流速度V>Vf烟梗时,烟丝与烟梗一同随风上升进入风室。
烟丝与烟梗悬浮速度的大小,取决于自身的密度、形状、受风面积等因素,受风面积的大小是影响悬浮速度的重要原因。
实验资料表明,烟梗、杂物与烟丝的悬浮速度是不同的。
本机正是根据Vf烟丝<Vf烟梗的特点,在梗丝分离的漂浮室中造成的气流速度符合Vf烟梗>V>Vf烟丝时,实现风分除梗的。
螺旋回梗机构将稍重的烟丝团、烟梗和杂质混合物输送到二次风选装置进料口后,二次风选装置的负压空气由吸丝成型系统的风室体提供,吸风口安装在风室体下,在风室体负压的作用下,利用烟丝团、烟梗和杂质与烟丝比重不同的特性分离出梗签、梗块和烟丝,较轻的烟丝悬浮升起后被二次风选装置上方的吸丝带带走,稍重的烟丝团、烟梗或杂物则下落掉进储梗盒里,被接装在储梗盒中的负压吸风吸走。
其出梗量的多少,可通过改变挡风板的角度加以调整。
(见图2)
图2VE梗丝二次分离装置
1.风室体2.落料斗3.接近开关4.挡风板
5.调节孔6.调节螺丝7.斜块8.进料口
2二次梗丝分离装置梗丝分离不彻底的原因
2.1二次梗丝分离效果现状调查
ZJ17卷接机组在生产过程中,设备运行平稳,效率较高,性能良好。
由于该机型是上世纪八十年代设计制造的产品,二次风分机构设计在VE机身右侧,飘浮室结构不是很合理,梗丝分离在有限的局部宽度完成,排出的梗丝混合物悬浮差,风分效果较差。
机台分离出的梗中含丝率较高,存在较大程度的浪费。
通过抽样,对10台机组的剔除烟梗中含丝率进行统计,如下表1所示。
表110台ZJ17卷接机组剔除的梗签混合物中含丝率统计表
机组
1#
2#
3#
4#
5#
梗中含丝率(%)
5.15
5.00
4.95
5.10
4.85
机组
6#
11#
12#
16#
17#
梗中含丝率(%)
5.20
5.10
4.80
5.20
5.30
平均值
5.06
从以上检查统计来看,ZJ17卷接机组分离梗中含丝率为5.06%,其中17#机组梗中含丝率较高,为突显针对性,我们对17#机组梗中含丝率情况再次进行了详细的调查统计(如下表2所示),统计结果显示梗中含丝率均值在5.28%造成烟丝浪费,物耗增加。
表217#ZJ17卷接机组梗签剔除统计表
统计次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
梗中含丝率(%)
5.2
5.4
5.3
5.0
5.5
5.1
5.2
5.2
5.0
统计次数
10
11
12
13
14
15
16
17
18
梗中含丝率(%)
5.1
5.4
5.2
5.3
5.1
5.4
5.2
5.1
5.3
统计次数
19
20
21
22
23
24
25
26
27
梗中含丝率(%)
5,3
5.5
5.1
5.4
5.2
5.1
5.4
5.0
5.4
梗中含丝率均值
5.28
2.2二次梗丝分离效果不理想的原因分析
2.2.1烟丝松散不彻底
通过对卷烟机剔除梗签物的调查发现,有部分梗丝团掺杂在其中,造成梗中含丝量较高,二次梗丝分离不彻底(见图3所示)。
图3二次分离装置使用前剔除的梗签物
2.2.2梗丝分离时间短
图4梗丝分离装置示意图
梗丝混合物从螺旋输送出口送出进入飘浮室,由于从螺旋输送出口到上端吸风室的气流通道为直通型通道,使空气直接与风室吸风相通,气流升力增大,造成进入飘浮室内的密度较小的梗丝团停留时间短,未经松散分离,就随气流上升进入风室,会造成烟支质量缺陷。
从螺旋输送出口到飘浮室出口虽有4个尺寸相同的斜块,由于斜块体积较小,气流通过时产生的涡流较小,使梗丝混合物扬打不充分使梗丝分离不彻底,造成梗中含丝率高。
3新型梗丝二次分离装置的改进设计
由于烟丝团、烟梗及杂物具有不同的悬浮速度,而原设计的漂浮室为直通型,其内部气流变化不大,不能很好地松散烟丝团、烟梗,容易造成梗中含丝率偏高,烟丝消耗增大。
因此需要对二次梗丝分离装置进行改进。
3.1设计参考及思路
3.1.1我们通过对PROTOSM5卷接机组梗丝分离系统研究后发现,PROTOSM5卷接机组Z型梗丝分离系统有下列特点和优点:
特点是可控制流量气压的气流经Z型通道,在计量料槽前烟丝流经多级转折的Z型分离通道进行梗丝分离和气流对烟丝的均匀再分布。
优点是使梗丝分离在计量料槽定量之前完成烟丝定量更准确。
Z型梗丝分离通道使梗丝分离级数更多、分离更充分、烟丝分配更均匀,自动调整气流压力流量得到所需含梗量。
减少造碎,烟丝处理更均匀,因此回丝量更小就可满足需求卷烟机。
3.1.2因此我们以PROTOSM5卷接机组的Z型梗丝分离系统的设计参数,确定折角角度和总体长度为关键设计参数,通道材料为不锈钢,正面为有机玻璃。
考虑到试验成本费用,为了取得最佳的设计参数,分别制造了6件不同的长度和折角角度的样品进行了实验,统计结果如下表所示:
表3试验统计表
序号
角度
长度
梗中含丝率%
1
110
700
5.6
2
115
650
4.8
3
115
650
4.2
4
110
600
7.2
5
120
700
3.4
6
120
600
5.1
结论:
以3.4%为目标值,角度120°,长度700mm,为最佳设计值。
3.1.3Z型的通道经过五次120度的折弯,由于空气经过通道折弯处时会产生涡流将烟丝团充分扬打、松散,经过测量计算,当折弯处的角度在120度时,烟丝输送能够保持顺畅,并且能够保证烟丝得到充分的扬打、松散。
3.1.4尽可能延长烟丝在输送过程中通道的长度,有利于烟丝和烟梗的充分分离。
新型的Z型梗丝分离通道使梗丝经过多次折弯,烟丝受气流作用时间长,梗丝分离更充分、彻底。
3.2新型梗丝二次分离装置的方案可行性分析
3.2.1利用原有二次梗丝分离装置的位置和有效利用空间进行优化设计
3.2.2新的设计外形轮廓尺寸尽可能地在现在宽度200mm,长度750mm,厚度最大不超过100mm。
3.2.3整个二次梗丝分离通道采用Z型方式,延长梗丝分离时间,折弯角度为120度,符合现代梗丝分离通道的设计要求。
3.2.4在二次梗丝分离通道上部加装风力调节网板,操作工可以方便地调节整个梗丝分离通道风量,通过错动风力调节网板调整上升气流的大小,可以达到较好的梗丝分离效果。
3.3Z型二次梗丝分离装置设计
3.3.1前挡板的设计(如右图所示)。
用烤箱将有机玻璃加热,有机玻璃是聚甲基丙烯酸甲酯,有极高的透明度,抗破裂性能强,具有突出的耐老化性,电绝缘性强。
热软化温度≥105℃,有良好的热塑加工性质,易于加工成型。
用工装将罩板角度压制,待冷却定型后数控加工中心加工。
3.3.2调节板的设计。
风压的调节改在二次分离装置的上部,调整时比较方便。
图5前挡板设计
图6调节板设计
3.3.3左右侧板的设计。
图7左右侧板设计
3.3.4出丝口导向块的设计。
采用现在雕刻加工技术保证了产品的加工精度。
图8出丝口导向块设计
3.3.5底板的设计。
底板采用18Cr-8Ni(304)作为一种用途广泛的钢,具有良好的耐蚀性、耐热性,低温强度和机械特性;冲压、弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象,无磁性。
图9底板设计
4VE梗丝二次分离装置的应用及效果
4.1新型的Z型梗丝分离装置的整体设计及安装,如下图所示。
图10改进后的梗丝分离装置示意图图11改进后的梗丝分离装置
4.2将设计制造的新型悬浮式Z型梗丝分离装置安装在17号ZJ17卷接机组。
对17号ZJ17卷接机组剔除的梗签进行了样本采集记录。
如下表所示。
表4改进后的17#ZJ17卷接机组梗签剔除统计表
统计次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
梗中含丝率%
3
2
4
4.8
3
3
4
2
3
统计次数
10
11
12
13
14
15
16
17
18
梗中含丝率%
5
2
3
3.9
3
2
4
4.1
3
统计次数
19
20
21
22
23
24
25
26
27
梗中含丝率%
4.1
4.2
3.6
3
3.2
4
3.3
3
3.9
梗中含丝率均值
3.37
经统计计算得到改进后梗中含丝率平均值为3.37%左右,符合厂产品工艺标准要求。
4.3下图是新型风分装置安装使用后的样品采集,改进后梗签中烟丝和烟丝团明显减少,可以看出梗丝分离效果明显提高。
图12新型二次分离装置使用后剔除的梗签物
4.4将改进前后剔除的梗丝中含丝率作比较,如下图表示。
图13改进前后梗中含丝率效果对比图
5使用新型梗丝分离装置的效益分析
改进后的梗丝分离装置梗中含丝率降低后年度效益分析如下:
10×(5.28%-3.37%)×3×22×12=151.3(kg)
10为每班风选后后的梗重量(含丝),3为三个班,22为每月生产天数,12为年度月数。
每年预计节约烟丝151.3KG,效益明显;同时,烟支质量有了很大地改观。
6新型的Z型梗丝分离装置规范
新型Z型梗丝分离装置纳入ZJ17机组作业指导书,并制定保养标准
严格按照山东中烟工业有限责任公司企业标准制定ZJ17机组作业指导书,将设计安装的新型VE梗丝分离装置保养纳入其中,明确规定梗丝分离部件的保养要求。
表5ZJ17卷接机组轮保保养规范(一部分)
系统
部位
保养项目
保养方法
责任人
VE
陡角输送器
清除烟末,揩清烟灰
摇出陡角输送器到极限位,用吸尘器吸清陡角输送器提升带内下角的烟末
操作工
检查更换提升带提丝钩
提丝钩齿变形,加以校正,脱落用专用工具更换
机械维修工
针辊部
检查清除针间杂物,更换坏针板
打开圆弧板,清除针间中的杂物,缺针多的针板更换
机械维修工
弹丝辊、加速辊
检查辊钉、加速辊
断、变形更换
机械维修工
梗丝风分与回丝装置
清除两边烟末、烟灰,校正平帆布松紧度
用吸尘器吸除平帆布装置烟末、烟灰,局部运转校正松紧度
机械维修工
7结束语
设计的新型Z型梗丝二次风分装置,经实际应用证明,有效地降低了梗中烟丝含有率,减少了烟丝浪费,节约了物耗,降低了成本,产品质量有了明显提高,满足了生产工艺要求,达到了预期的目标。
参考文献资料
[1]杨彬.《烟机设备修理技师培训教材(专业基础知识)》.郑州:
国家烟草专卖局职业技能鉴定指导中心,2002年11月
[2]董祥云.《YJ17-YJ27卷接机组》.北京:
中国科学技术出版社,2001年8月
[3]王栋梁.《机械基础》.北京:
中国劳动出版社,1993年4月
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