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。

1 VE 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。

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1图1 VE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2 VE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1 10台ZJ17卷接机组剔除的梗签混合物中含丝率统计表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2 17#ZJ17卷接机组梗签剔除统计表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 试验统计表结论：以3.4%为目标值，角度120°，长度700mm，为最佳设计值。

3.1.3 Z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。

3.3 Z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4 VE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19 20 21 22 23 24梗中含丝率% 4.14.2 3.6 3 3.2 4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5 ZJ17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。