制丝喂料机出料斗视窗优化及改进

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工 业 技 术
在制丝车间，回潮机、加料机及烘丝机这3台主机设备是对烟丝含水率有重大影响的设备，而含水率则是烟丝成品质量考核的重中之重。

为确保含水率达到工艺质量标准的要求，需要严格把控各工段、各工序的生产节奏和成品质量，确保流入下工序的产品指标合格。

而各工序连接在一起主要依靠喂料机这一辅联设备。

定量喂料设备是卷烟厂制丝生产线上的重要输送设备，在输送物料过程中起到调节物料流量、减少流量波动的作用[1]，适用于叶片、叶丝、烟梗和梗丝等烟草物料在不同加工工序的缓存、输送和定
量喂料[2]。

定量喂料一般由喂料机、
计量管和电子皮带秤等设备组成[3]。

现有喂料机出料斗视窗的有机玻璃板用螺栓固定安装在出料斗墙板上。

生产过程中出现烟沫糊窗现象时，只能从正面打开出料斗检修门，用长柄工具擦拭视窗的有机玻璃盖板内侧，操作难度较大。

而本文优化和改进方式可实现出料斗的自清洁，便于现场操作人员实时监控当前设备状况，在保证生产质量的同时还能够减轻现场作业人员的工作压力。

1 存在问题分析
以赣州卷烟厂为例，根据工艺质量管理要求和烘丝前进料水分/进料流量的要求，该厂制丝车间5000kg 生产线的进料水分SD 值需要≦0.33%，进料流量CV 值需要≦0.15%。

这2项指标的最主要影响因素就是出料斗及落料口处物料的流动情况.一旦出现堵料或来料不足的情况，极易造成流量波动，导致进料水分SD 值和进料流量CV 值指标不合格。

其主要原因就是烘丝来料经高温、高湿处理，水分较大，生产过程中易产生烟沫粘黏视窗有机玻璃板的现象。

当粘黏烟沫达到一定密度时，如果未及时擦拭干净，遮挡了光电开关，将使系统误检测为出料斗堵料而进行故障报警[4]。

该情况的统计见表1。

每日平均发生次数为4.75次。

分析糊窗现象发生后的处理流程可知，当出料斗出现糊窗现象后，系统发出警报，操作工需要登上操作平台、打开出料斗检修门并用工具擦拭视窗，处理完毕后将检修门复原，生产才能恢复。

因此，通过减少糊窗现象出现的次数，即可减少堵料情况并提升产品质量指标。

针对出料斗视窗糊窗现象，根据实际情况，本文总结出如下问题。

1）视窗材料容易与烟沫产生粘连且易产生磨损，影响监测元器件工作。

2）当前视窗固定方式较烦琐，耗时
较长且易松动。

3）清理视窗需要操作工登上操作平台操作，费时费力。

表1 2023年5月—6月5000线烘丝机出料斗糊窗现象统计
时间
统计日期糊窗次数
统计日期糊窗次数
平均发生次数
5月 5.104 5.1355月 5.166 5.2245月 5.245 5.276 4.75
6月 6.25 6.746月 6.84 6.1066月
6.13
5
6.20
3
2 出料斗视窗改进方案的设计和实施2.1 出料斗视窗改进方案的设计构思
以第1节中归纳总结的3个问题为基础进行改进方案的分析和构思，需求如下。

1）使用稳定有效的吹扫系统，高效清洁出料斗视窗。

2）制作易于操作保养的视窗装置，减轻劳动强度，提高劳动效率。

3）通过检测系统实现清理装置的自动控制。

2.2 出料斗视窗结构改进的实施
研究小组通过查阅相关资料，针对需求进行改进，设计了吹扫系统、监测系统和报警系统。

影响吹扫系统吹扫效果的主要因素包括视窗材质和吹扫喷嘴。

借鉴车间残丝掺配岗位落料口的吹扫装置及其吹扫效果，决定将有机玻璃和金属喷嘴作为制作材料，并通过走访、调查统计了操作工清理视窗的清理方式。

超过三分之二的操作工选择使用压缩空气吹扫方式来清理视窗。

结合残丝掺配吹扫装置的工作原理及操作工的操作习惯，研究小组利用空压气管、传感器和视窗零部件进行模拟试验，通过使用不同湿度的烟沫覆盖视窗来触发光电传感器，再通过压缩空气喷嘴吹出的高速气流，以合适的角度吹除视窗上的脏污。

传感器复位的情况统计见表2，可知该方案清洁效果较好，成功率较高。

表2 压缩空气吹扫不同湿度烟沫的清洁效果
湿度/%
试验次数
清洁干净次数
成功率/%19.020*******.020*******.020
19
95平均值
98.3
在压缩空气的使用方面，根据车间现场压缩空气压力选择合适孔径的吹扫管路，并结合可调空压阀调整合适的压力。

使用对应管径的气管连接头，采用扁型喷嘴与异型活门
制丝喂料机出料斗视窗优化及改进
肖祖煌
（江西理工大学，江西 赣州 341000）
摘 要：在制丝生产线生产过程中，喂料机常与出料斗、计量管和电子皮带秤配套使用。

出料斗的检测元器件集成在有机玻璃板后部，在生产过程中易产生烟沫粘黏视窗有机玻璃板的现象。

当粘黏烟沫达到一定密度时，如果未及时擦拭干净，遮挡了光电开关，将使系统误检测为出料斗堵料并进行故障报警、关停来料输送，造成下游物料断流，影响产品质量。

为解决上述问题，本文增加了自动吹扫装置，添加了控制程序，改进了视窗结构，并对出料斗视窗结构进行了改进和优化，避免未及时清理出料斗视窗而造成停机断料，确保生产过程的连续和稳定，进而保证产品质量。

关键词：制丝线；出料斗；检修视窗中图分类号：TS 43 文献标志码：A
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凹形斜面的上部凹槽相匹配，从出料斗外部设置喷吹喷嘴，在出料斗内部从上往下喷吹压缩空气气流，以消除装置干扰[5]。

调整吹扫角度和风力，在确保清洁效率达标的同时，避免影响物料下落状态，造成流量波动。

在对视窗材料的选购加工方面，根据设备所处生产环境，落料斗及SIROX 设备处温、湿度较高。

为确保视窗系统能够正常工作，选择车间运用最多的有机玻璃。

有机玻璃具有透明性高、机械强度高、质量轻及易于加工的特点，其耐磨度也符合本次改进的需求。

表2中的吹扫试验使用的视窗材料为有机玻璃。

选型后，对视窗尺寸进行测量和设计。

为保证有机玻璃的强度，排除在有机玻璃上钻孔的方案，选用在视窗上方留喷嘴缝隙的方案。

如图1中凹形斜面所示，在确保上方压缩空气扁型喷嘴气流正常通过的同事也能有较好的密封性。

在扁型喷嘴的中部与视窗接触位置加工出凸形台阶，可与视窗上部平面进行配合，确保上部喷嘴处的密封性，避免压缩空气喷吹清洁后的烟沫从上部缝隙溢出。

可视情况增加橡胶密封垫，进一步提高密封性，并降低因设备震动产生的摩擦。

同时在视窗下端可配合凸形斜面调整喷吹气流与视窗的接触角度。

适当的喷吹角度可引导气流顺利吹过视窗，并取得较好的清洁效果，使喷吹清理下的烟沫能正常混入物料中。

研究小组在视窗的安装和拆卸方面也进行了新的设计。

日常生产及保养过程中有对视窗活门进行拆卸的操作。

原有的安装方式为插槽式，即在窗口两侧设置金属槽，下部设置金属档条。

视窗活门的安装及拆卸需要操作工抬起视窗活门，从设备上部插入或抽出。

该安装方式对视窗的磨损较大且不易操作。

通过对原有视窗装置进行检查发现，与两侧金属插槽处接触的玻璃磨损较大且安装后存在一定的旷量，在生产中易发出摩擦声。

并且在生产中设备会产生震动，易导致插槽式视窗从下方金属档条处滑出，存在较大的安全隐患。

因此采用车间新增设备中的快速夹具和便于装卸式夹具对出料斗视窗进行固定。

此类快速夹具搭扣是根据平面四杆机构中双摇杆机构的机械原理设计的，由连杆、机架及2个连架杆等组成。

当连杆与连架杆的2个铰接点和其中一连架杆与机架的铰接点同在一条直线时，机构处于死点位置。

这时，被压紧的工件无论有多大的反力（除破坏性反力），也无法使压头松开[6]。

这种快速夹具通过橡胶头对视窗进行固定，上部的可调整螺丝能够调整夹具的松紧度，避免压坏视窗玻璃。

此类快速夹具的固定既能达到良好的密封效果，也有较好的易用性。

同时根据现场环境及操作工的使用习惯，在视窗的左下角设置活门把手，进一步提升了拆卸、安装操作的便捷性。

在检测元器件方面，原有的检测装置为一组漫反射式光电开关，但烟沫糊窗位置具有不确定性，因此容易产生误报或漏报。

为解决该问题，小组在视窗下端添加了一组漫反射式光电开关，并根据视窗固定位置设计了纵向的光电开关支架，在保证检测准确的同时，避免与视窗活门拆卸操作发生干涉。

出料斗视窗结构图如图1所示。

在确保强度和耐用度合格的情况下，对视窗材料进行加工。

将框架和视窗部件进行组装，添加快拆夹具，并调整夹
紧力使其稳固。

在视窗盖板开设矩形窗口，使用异形活门密闭窗口，并采用快速夹具紧固活门等，即可从出料斗外侧快速取下烟沫糊窗的活门进行擦拭，操作简单、快捷、可靠且易于安装及拆卸。

在自动化脏污烟沫识别方面，采用合适的传感器检测脏污烟沫。

车间内主要运用的传感器如下。

1）电感式接近开关，依靠霍尔效应来检测距离，无法正常区分生产状态和烟沫糊窗状态。

2）对射式光电开关，需要有独立的接收端在对侧接收光信号，由于生产过程中落料口中始终有物料通过，因此无法选用对射式光电开关。

3）漫反射式光电开关，发射端和接收端集成在一起，通过微调旋钮可调整触发距离。

并且有机玻璃视窗反射率极低，不会发生误判。

通过选择波长光源适宜的漫反射开关，即可识别视窗是否被烟沫遮挡。

正常生产时，视窗有机玻璃处较清洁，传感器发出的光束经过洁净的玻璃反射后，接收到的光强度未达到设置的触发阈值，传感器不会发出信号，压缩空气电磁阀不工作。

当烟沫堆积糊窗时，视窗有机玻璃处被烟沫遮挡，传感器发出的光束经烟沫反射后再接收的光强达到触发阈值，传感器就会发出信号，压缩空气电磁阀工作，压缩空气喷吹系统启动，以清理视窗处的烟沫。

当遮挡视窗的烟沫被清理干净后，光信号强度再次低于设置的阈值，传感器信号断开，压缩空气结束喷吹。

为达到理想的清理效果，在电磁阀控制程序中添加相应程序。

原有的工作方式是在监测到糊窗或堵料后才进行喷吹，容易使烟沫堆积过多，影响喷吹效果，因此小组对控制程序进行了调整，使用循环判断模式。

当系统上电运行时，每5s 输出信号控制压缩空气电磁阀打开进行喷吹，喷吹位置为异形活门内侧的光电开关位置点凹形斜面，防止对射光电开关位置发生糊窗现象。

当系统检测到漫反射光电开关传感器输出的堵料信号持续时间大于5s 时，输出信号至报警系统。

报警系统选用声光报警器，报警声响亮且有警示灯，确保在生产现场噪声较大的情况下也可以起到警示作用。

选择的安装位置为光电开关支架下部，
便于供电和信号传输线路的走线，提高了系统的集成度。

同时在生产结束后发出信
（a）出料斗视窗结构示意图 （b）截面结构示意图
1-出料斗视窗；2-视窗盖板；3-矩形窗口；4-异形活门；5-第一组漫反射光电
开关；6-快速夹具/便装卸式夹具；7-第二组漫反射光电开关；8-活门把手；9-声光报警器；10-电开关支架；11-扁型喷嘴；12-电磁阀；13-凹形斜面；14-凸形平面。

图1 出料斗视窗结构及其截面结构示意图
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号，可提醒操作人员在批次结束后及时清理整个视窗，以便观察喂料机出料斗物料情况，防止发生系统误检、堵料停机现象。

同时在制丝中操控电脑操作界面添加提醒功能，使用Wonderware Intouch 软件对界面进行修改，并在现场PLC 通信模块中添加通信点，与出料斗视窗监测传感器信号进行绑定[7]。

当现场出现堵料信号时，将报警信息同步到中控操作屏幕上，设备界面出料斗位置闪烁报警信息，提示中控操作工。

现场岗位操作工进行其他工作时，中控岗位操作工也可通过屏幕报警信息了解堵料情况，通
过对讲机通知操作工及时处理糊窗现象，避免断料。

3 实际应用效果
根据上述方案对出料斗视窗进行优化和改进，并对整个装置的吹扫系统、监测系统、报警系统进行安装测试，确保其正常工作。

吹扫系统由压缩空气源、电磁阀和扁形喷嘴组成；监测系统由2对漫反射光电开关、处理器组成；报警系统由处理器、现场声光报警器和中控操作屏组成。

在生产中，该系统主要有3个工作状态。

1）当正常生产视窗装置干净时，压缩空气喷吹系统以5s 为间隔对视窗进行喷吹，保持视窗清洁，避免堆积烟沫，避免高温、高湿的烟沫长时间附着在视窗上，导致后续难以清理。

此时漫反射光电开关不发出信号，报警系统不工作。

2）当视窗装置出现烟沫堆积糊窗现象时，漫反射光电开关被烟沫遮挡发出信号，压缩空气喷吹系统立即对视窗进行喷吹。

清洁完毕后，漫反射光电开关信号断开，喷吹结束，报警系统不工作。

3）当烟沫堆积过厚，吹扫系统无法彻底清洁视窗时，漫反射光电开关被遮挡超过5s ，即传感器持续输出5s 信号，现场控制系统会向报警系统发出信号，现场报警系统发出声光报警，中控操作屏也出现相应的警告信息。

最后小组对改进后的烘丝机前出料斗的工作情况进行了跟踪调查，统计了糊窗出现次数和系统报警次数，发现改进后未出现烟沫糊窗导致的断料现象，并通过对现场操作工进行回访调查了解到该系统的可靠性和耐久性均达到预期水平，显著降低了处理出料斗糊窗时的工作强度。

小组对2023年8月烘丝机进料水分偏差数据进行了统计，见表3。

表3 8月烘丝机进料水分偏差
牌号
批次偏差和（%）偏差（%）金圣（庐山）B5K叶丝
100.45170.045金圣（滕王阁·更上一层楼）B5K叶丝
110.32060.029金圣（滕王阁·紫光）叶丝
40.13050.033金圣（赣）叶丝
120.25150.021金圣（庐山·有滋有味）B3K叶丝
20.09470.047金圣（硬）薄板叶丝
190.39670.021金圣（硬红·十二生肖）B3K叶丝190.83010.044金圣（硬滕王阁）B5K叶丝53 2.01660.038庐山（大红运）B5K叶丝110.43280.039庐山（黄精品）B5K叶丝
150.42760.029合计
156 5.35290.034
8月烘丝机进料水分偏差平均值为0.034%，符合其进料
水分偏差的工艺要求，并小于优化改进前的平均值。

同时统计了2023年6月改进前及8月改进后的机入口流量CV 值，
并绘制流量CV 图，如图2所示，车间生产工艺要求流量CV
值≤0.15%，均满足工艺质量要求且比改进前有所降低。

由烘丝喂料机出料斗糊窗造成的断料隐患显著减少，设备运行的稳定性得到提升，进料水分SD 值和进料流量CV 值均达到要求，保证了产品质量。

4 结语
本文通过改进制丝车间烘丝前喂料机出料斗视窗，解决了实际生产中的堵料及断料问题，消除了烘丝工序生产过程中的质量隐患，确保指标合格，保证了产品质量，实现了自动处理和防差错的双重保障，提高了车间的生产工作效率，加强了现场操作工和机械修理工利用精益思想发现问题、分析问题并解决问题的能力。

通过多岗位协作，整合车间资源进行精益改进活动。

通过使用烘丝喂料机出料斗视窗，降低了设备故障率，节约了生产运行时间，降低了操作人员劳动强度，消除了设备缺陷造成的质量隐患。

实际验收结果表明，改进后的视窗装置稳定可靠，易于操作及保养，不仅提升了生产现场的自动化应用程度，还保证了产品质量，使生产现场保持整洁，在烟草行业制丝生产线和运用出料斗来进行流量控制的装置上具有较大的推广价值。

参考文献
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[2]国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[M].北京：中国轻工业出版社，2016.
[3]《烟机设备修理工（制丝）专业知识》编写组.烟机设备修理工（制丝）专业知识（上册）[M].郑州：河南科学技术出版社，2013.
[4]高翔，黄传喜，陈杰.松散回潮模式对烟叶加工质量的研究[J].南方农机，2018，49（16）：84.
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[6]陈国华.机械机构及应用[M].北京：机械工业出版社，
2008.
[7]袁要红，郭亚东.烟草制丝工艺质量控制要点[J].河南农业，2020（29）：41-42.
图2 2023年6月、8月流量CV 值（%）
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