一種煙棒解棒設備的設計和應用

王益黃， 傅源鋒， 王輝創， 林必吉

(廣東省金葉科技開發有限公司，廣東汕頭 515100)

一種煙棒解棒設備的設計和應用

王益黃， 傅源鋒， 王輝創， 林必吉

(廣東省金葉科技開發有限公司，廣東汕頭 515100)

煙棒是造紙法再造煙葉的原料之一，需要解棒后才可以使用。傳統錘式破碎機解棒，會造成額外造碎，產生較多的細小組分和粉塵。針對現有錘式破碎機解棒缺點，設計出了一種新型解棒設備。介紹了其設計原理、安裝過程，并對其實際應用效果進行驗證。

再造煙葉；煙棒；解棒；得率；粉塵

造紙法再造煙葉[1-2]是以煙草物質為主要原料，用提取的方法將煙草中的可溶性成分與煙草纖維進行分離，然后用制漿造紙的方法將煙草纖維制成紙狀基片，再將煙草可溶物濃縮后涂布到基片上，烘干后制成煙葉狀的產品，即為再造煙葉產品。再造煙葉又稱煙草薄片或均質煙葉。由于此再造煙葉的生產過程與造紙相似，因此使用此方法生產的再造煙葉也稱為造紙法再造煙葉[3-4]。

造紙法再造煙葉的原料主要為煙草原料，包括煙葉、煙末、煙梗和煙棒[5]等。其中煙棒主要來源于卷煙工業企業。卷煙企業在處理廢棄的細小非煙絲狀煙草物料時，為了減少處理過程的粉塵，一般都使用專門的機械，將原料噴霧回潮后壓縮成圓柱形的塊狀物料，即為煙棒[6]。此做法可以減少卷煙企業由于廢棄煙草物料產生的粉塵，同時煙棒相對于沒有壓縮之前的松散物料，也更加便于運輸處理。

煙棒雖然屬于煙草原料，但其外形尺寸較大、質地致密且含有一定的雜物，不能直接用于再造煙葉的生產。煙棒在使用時，必須用設備將大塊狀煙棒離解成粒徑小于10 mm的物料(此過程稱為解棒)，再使用設備將煙棒碎末中的雜物去除后，才能用于再造煙葉的生產。因此，研究設計出煙棒解棒設備應用于生產中有重要意義。

1 設計思路

傳統的煙棒解棒處理[7]設備是錘式破碎機[8]，其原理是利用高速運動的破碎錘將煙棒打碎從而達到解棒的效果。錘式破碎機在解棒時，由于是高速運動，會造成煙棒物料在解棒的同時被過度打碎，使得到的煙棒碎末中的細小組分(指粒徑小于80目的組分)比例偏高，且生產的同時會產生很多的煙末粉塵，導致生產環境較差。煙棒解棒后，小于80目的物料很難用于生產[9]，會被當作雜物篩除，因此細小組分含量的高低也直接影響著解棒得率的高低。細小組分比例越高，解棒得率越低；細小組分比例越低，解棒得率越高。

為了克服傳統解棒設備存在的不足，避免高速沖擊對煙棒形成造碎和產生粉塵，需要設計一種非沖擊力解棒的全新設備，運用低速的剪應力和壓應力，進行解棒作業。將此2種作用力用于設備中，研究設計出二級柔性解棒設備。

2 設備構造

二級柔性解棒設備就是通過2次作業完成解棒的設備，解棒的過程作用力不是沖擊力，而是比較輕柔的剪應力和壓應力。其第1級作業為通過剪應力進行解棒，其主體設備為帶動刀的刀輥-定刀組成的解棒系統；第2級作業為通過壓應力進行解棒，其主體設備為一組嚙合旋轉底輥組成的解棒系統。其他輔助設備包括電機、減速機、刮刀、設備外殼等。解棒設備的結構如圖1所示。

圖1 二級柔性解棒設備的結構示意Fig.1 The structure of second level flexible rod device

設備在運行時，煙棒從設備上部進料。當煙棒物料進入解棒機時，首先與1級解棒系統接觸，帶動刀的刀輥低速旋轉，與定刀相互嚙合形成剪切力，將粒徑約10 cm的煙棒離解成粒徑1～4 cm的煙棒顆粒，完成第1次解棒。小的煙棒顆粒由于重力作用會向下運動，行至底輥處，被低速旋轉的底輥擠壓破碎，完成第2次解棒。

3 設備安裝與操作

該設備的主要部件有設備支架、2根底輥、2把底輥刮刀、刀輥、定刀、設備殼體，以及配套的軸承、齒輪、減速箱、電機、電柜、控制器等。

3.1 設備支架的制作 設備支架是整個設備的基礎，負責穩定及支撐設備，其設計如圖2所示。

圖2 設備支架設計Fig.2 Design of equipment support

設備支架主要由4根支座、2層具有承重功能的橫梁組成。支座和橫梁材料均為方鋼，整體通過焊接固定。橫梁分為上下2層，上層橫梁安裝刀輥和定刀，下層橫梁安裝底輥及底輥刮刀。制作和安裝需要嚴格控制各橫梁的水平度和高度。

3.2 底輥和底輥刮刀的安裝 底輥是由2個直徑30 cm的空心鋼輥組成，整體呈圓柱形，輥壁厚度10 mm，輥面光滑平整。輥的兩端由軸承經過螺栓固定在設備支架的下層橫梁上，保持兩輥平行，兩輥輥面的間距為1～2 mm。其中一底輥的一端通過減速機與傳動電機相連，兩根底輥的另一端有一組齒輪嚙合形成旋轉方向相反傳動系統，齒輪的齒數不同，在旋轉時產生一定的速差。底輥安裝后的效果如圖3所示。

圖3 底輥安裝效果Fig.3 Bottom roller installation effect

當底輥安裝完畢后，需要在底輥的兩邊安裝2把刮刀。刮刀的目的是將部分粘到底輥上的物料刮下來，保持底輥的清潔，避免底輥輥面的間距變化，從而保持解棒壓力穩定。底輥刮刀的安裝如圖4所示。

圖4 底輥刮刀安裝示意Fig.4 Sketch of bottom roller scraper installation

刮刀的材質為高分子樹脂材料或鋼刮刀。刮刀架可以旋轉，可以使刮刀呈現打開或閉合狀態。在刮刀閉合時，刮刀與底輥緊緊相貼，其接觸角度一般控制在10°～30°。刮刀磨損嚴重后，需要將刮刀架置于打開狀態，更換新的刮刀。

3.3 定刀的安裝 當底輥和底輥刮刀安裝完畢后，需要在上層橫梁上安裝定刀刀架，定刀刀架通過螺栓與機架固定。定刀刀架內側呈圓弧形，定刀通過焊接或螺栓連接固定在刀架上。定刀呈上下兩排均勻分布，兩排定刀之間的距離為10～15 cm，定刀從側面看呈三角形或直角梯形。定刀刀架的結構如圖5所示，定刀刀架安裝后的效果見圖6。

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

圖6 定刀刀架安裝后的效果Fig.6 Effect after installation of the cutter holder

3.4 刀輥的安裝 當定刀安裝完畢后，將動刀擺放到機架上，調整動刀的位置，使定刀和動刀按照一定的間隙(一般為1～2 cm)嚙合。嚙合后將動刀兩端的軸承定位，使用螺栓進行固定安裝。動刀從側面看呈三角形或直角梯形，其嚙合情況如圖7所示。將動刀安裝好之后，其效果如圖8所示。

圖7 定刀和動刀嚙合示意Fig.7 A fixed knife and a movable knife meshing

圖8 動刀安裝后的效果Fig.8 Movable knife after installation

3.5 輔助設備及外殼的制作及安裝 待底輥、定刀和動刀等主體設備安裝完畢后，需要人工轉動各個傳動件，確保可以正常旋轉。同時需要認真檢查動刀與定刀之間的嚙合間隙、兩根底輥之間的間隙，以及底輥刮刀的接觸角度和接觸壓力，確保各零部件處于正常的位置狀態。

待主體設備檢查完畢后，需要安裝配套的減速機、電機、控制器、設備外殼等。選擇電機時，一般使用普通的交流電機即可，減速機的減速比一般為8～12，電機接線時需要注意接線方法，確保旋轉方向正確。設備外殼主要的作用是防塵、美觀。

4 設備使用效果驗證

4.1 材料與設備 3種不同緊密度的煙棒，由廣東省金葉科技開發有限公司提供；900破碎機，永安塑膠實業有限公司；自主研發的二級柔性解棒機；80目標準篩網；分析天平。

4.2 實驗方法 將上述3種不同密度(目前，行業對于煙棒密度等級無統一定義，根據生產企業所使用煙棒的狀態，該研究將比重高于1.2的煙棒定義為高密度煙棒，比重0.8～1.2的煙棒定義為中密度煙棒，比重低于0.8的煙棒定義為低密度煙棒)的煙棒，分別用使用普通的900破碎機和二級柔性解棒機進行解棒處理。在解棒的過程中，需要在距離設備出料口兩側0.5 m處進行粉塵含量檢測,采樣和檢測方法參照《中華人民共和國國家標準作業場所空氣中粉塵測定方法》。從解棒機出口取樣，用80目的篩網篩出細小組分，通過天平稱重計算細小組分含量。

4.3 結果分析 經過實驗，解棒后煙棒細小組分含量的檢測結果如表1所示。距離0.5 m處的粉塵含量檢測結果如表2所示。

表1 900破碎機和柔性解棒機解棒效果對比

表2 900破碎機和柔性解棒機解棒時的粉塵對比

從表1、2可以看出，煙棒的密度越高，其硬度越高，在解棒時也越容易形成造碎，產生更多的細小組分，并且產生更多的粉塵，污染環境。相比較普通的破碎機，柔性解棒機解棒后細小組分比例平均下降42.36%，解棒時的粉塵含量平均下降71.64%，其使用效果全面優于現有的破碎機。原因是柔性解棒機的解棒力為柔性的剪應力和擠壓力，可以使煙棒“輕柔”地受力而離散；而破碎機的解棒力為沖擊力，在解棒的同時會造成煙棒額外的造碎。

5 結論

該研究設計的煙棒解棒設備設計精巧，結構簡單，操作方便，具有良好的使用性能，非常適合在造紙法再造煙葉行業的相關工廠推廣使用。使用該設備不僅可以提高煙棒的解棒得率，還可以降低煙草粉塵污染，具有較高的經濟價值和環保價值。

[1] 廣東省金葉煙草薄片技術開發有限公司.造紙法生產煙草薄片的工藝及設備: CN1093890A [P].1993-12-10.

[2] 日本煙草產業株式會社,日本寶翎株式會社.煙草薄片及其制造方法和制造系統:CN1353583[P].2002-06-12.

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[4] 韓文佳,趙傳山.造紙法煙草薄片發展現狀[J].黑龍江造紙,2007,35(4):47-49.

[5] 劉曉峰,李友明，侯軼.煙梗、煙末和煙棒的纖維特性[J].煙草科技,2014(6)：8-14.

[6] 鄒煒,華剛.煙草企業的液壓式壓棒機及其關鍵技術[J].輕工機械,2006，24(1):126-128.

[7] 胡嘉維,石齊林,管傳莉，等.煙棒粉碎過篩的應用研究[J].鄭州輕工業學院學報(自然科學版),2014(3):30-34.

[8] 銀金光.錘式破碎機的錘頭材料和質量的研究[J].礦山機械,2007(1):33-34.

[9] 廖夏林,何北海,趙麗紅，等.煙草漿不同打漿條件下的微觀形態分析[J].中國造紙,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

國家煙草專賣局重大專項[110201401022(ZZ-03)]。

王益黃(1979- )，男，江蘇興化人，高級工程師，碩士，從事造紙法再造煙葉技術研究。

2016-10-19

S 509.21;TS 452

A

0517-6611(2016)34-0067-03