新型鏈式廢煙提升輸送裝置的研制

王 俊，潘恒樂

常德煙草機械有限責任公司，湖南省常德市武陵區長庚路999號 415000

ZJ116 型卷接機組是引進德國HAUNI 公司PROTOS2-2 技術消化吸收后研制的第一代國產雙煙道超高速卷接設備，該機型集機、電、氣、光、液、微波于一體，具有生產效率高、運行穩定可靠等優點，生產能力可達16 000 支/min，是當前國內卷煙生產企業的主力設備［1-3］。該機組配備的廢煙集中回收與輸送裝置，可以將濾嘴卷煙生產中剔出的廢煙支、廢濾嘴段以及跑條煙絲集中輸送到接裝機后部的廢料箱中，用于回收再利用。該裝置采用帶筋板的寬皮帶用于廢煙提升輸送，并利用導向輥控制皮帶運轉方向。由于生產中煙塵污染嚴重，輸送帶容易出現磨損和跑偏現象，造成設備保養周期短、維修工作量大。此外，該裝置采用焊接機架與整體罩殼組裝的方式，拆裝困難，維修難度大，由此影響ZJ116 機組的整體性能和生產效率。對此，李曉峰等［4］通過修改 PLC 程序提高了皮帶輸送系統的有效作業率，減少了皮帶磨損；王偉寧等［5］采用實時監控技術保障了輸送帶的穩定運行；易云文［6］通過改變電機轉速建立了一種皮帶自動糾偏方法；冀亞偉［7］設計了一種氣動糾偏裝置，實現了輸送帶的自動糾偏。但目前針對廢煙提升輸送裝置輸送方式的改進和研究鮮見報道。為此，通過對ZJ116 機組原廢煙提升輸送裝置工作原理進行分析，研制了一種新型鏈式廢煙提升輸送裝置，以期減少維保次數，降低維保工作量，提高機組的運行效率。

1 問題分析

ZJ116 機組原廢煙提升輸送裝置采用模塊化設計，便于從主機中拖出和推入進行維護保養。該裝置主要由驅動電機、輸送帶、導向輥、機架、罩殼等部分組成，見圖1。生產中，由驅動電機2 帶動輸送帶6，通過導向輥3 控制輸送帶運行方向，將通道底部的廢煙輸送至裝置頂部，廢煙最終下落到廢煙箱1 中。機架4 是一個型材焊接件，是整個裝置的基礎件，其下方安裝有帶剎車的萬向輪，便于裝置移動；驅動電機2 是定制滾筒電機，安裝在設備上方，由于電機質量較大，導致裝置整體重心相對較高，在裝置移動過程中，若操作不當容易發生傾倒。

圖1 改進前廢煙提升輸送裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of waste cigarette elevator before modification

輸送帶運輸與鏈條運輸相比較，具有滑動摩擦力小、高速運行能量消耗低等特點［8］。但在設備運行過程中，輸送帶上的煙灰、煙末容易聚集在皮帶和導向輥表面，長期使用后形成頑固煙垢，造成導向輥跑偏、打滑，輸送帶受力不均勻，皮帶磨損加快［9-10］，且磨損后的皮帶碎片有可能進入回收煙絲中，影響卷煙產品質量。為保證輸送帶正常運行，每75 h 就需要對輸送帶和導向輥進行檢查和保養，維保工作繁重。

由圖2 可見，廢煙提升輸送裝置采用焊接機架與整體罩殼組裝的方式，結構不合理，當皮帶或導向輥需要更換時，拆除零件較多。尤其在更換輸送帶時，必須將整個罩殼和相關零件從焊接機架上全部拆下，工作量巨大；并且機架和整體罩殼受加工工藝的影響，加工精度控制成本較高，也導致裝配難度較大。

圖2 罩殼分解示意圖Fig.2 Schematic diagram of hood decomposition

2 系統設計

2.1 系統結構

圖3 改進后廢煙提升輸送裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of waste cigarette elevator after modification

在保證原接口尺寸和輸送帶軌跡不變的基礎上，設計了一種新型鏈式廢煙提升輸送裝置。該裝置主要由墻板、罩殼、機腳、鏈輪、電機、刮板等部分組成，見圖3。設備運行時，電機8 驅動鏈輪7轉動，鏈輪7 通過短鏈條5 驅動鏈輪組6 轉動，鏈輪組6 帶動長鏈條4 移動；刮板9 安裝固定在兩條長鏈條4 之間，隨著長鏈條4 的移動，刮板9 將通道底部的廢煙輸送到裝置頂部，廢煙最終下落到廢煙箱中，實現廢煙回收目的。此外，將驅動電機安裝在裝置下方，使設備的整體重心位置下移，并加大機腳的支撐面積，保證重心穩定，提高設備在移動過程中的安全性能。

2.2 鏈條選型

改進后采用金屬鏈條進行提升輸送，鏈條分別安裝在兩側導軌內側，不直接與廢煙、煙絲接觸。生產中設定鏈條運轉速度為0.4 m/s，工況為低速輕載，因此鏈條無需潤滑或微量潤滑即可運轉，從而避免潤滑油污染煙絲。通過對原輸送帶軌跡進行分析，得到刮板的理論運動軌跡長度為547 5 mm。由于鏈條理論長度l1與刮板理論運動軌跡長度相一致，選定鏈條節距p=12.7 mm，可得：

鏈條實際節數：n2=432

鏈條實際長度：l2=n2×p=5 486.4 mm

根據計算結果，最終選取型號為08B.1.SS.N432SA-D-PIN（36L）的食品級不銹鋼鏈條（英國RENOLD 公司），具有耐磨損、使用壽命長、鏈傳動無打滑、無需潤滑、穩定可靠等特點，適合在煙塵較多的工況下使用［11］。

2.3 快拆裝置

為方便長鏈條和鏈輪更換，設計了快拆裝置，結構見圖4。當需要更換長鏈條1 時，只需將左右兩個塊2 拆下，再把長鏈條1 上的連接卡子取出，即可方便地取出兩條長鏈條進行更換；當需要拆卸鏈輪3 時，因安裝孔直徑大于鏈輪外徑，只需將螺釘4 松開，即可將整個鏈輪組件全部拆下，取出鏈輪3 進行更換。

圖4 長鏈條和鏈輪快拆裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of fast removal of chain and sprocket wheel

2.4 電機選型

原廢煙提升輸送裝置電機帶動輸送帶運轉的線速度為v皮=0.2 m/s。為提高廢煙輸送能力，可以將鏈條輸送速度設為v1=0.4 m/s。由圖5 可見，改進后廢煙提升輸送裝置的鏈輪組上有3 個鏈輪，其中鏈輪A 帶動短鏈條移動，鏈輪B 和鏈輪C 帶動兩條長鏈條移動。

圖5 鏈輪組示意圖Fig.5 Schematic diagram of sprocket wheel set

根據線速度公式［12］v1=vB=wB×rB和 v2=vA=wA×rA，由于鏈輪A、B、C 是同軸的，因此wA=wB，即則短鏈條的線速度由此可得電機轉速：

式中：v1—長鏈條的線速度，m/s；v2—短鏈條的線速度，m/s；vA—鏈輪A 的線速度，m/s；vB—鏈輪B的線速度，m/s；rA—鏈輪A 的分度圓半徑，m；rB—鏈輪B 的分度圓半徑，m；ωD—鏈輪D 的角速度，rad/s；rD—鏈輪D 的分度圓半徑，m。

根據轉速要求并結合安裝空間大小，最終選擇型號為RF17 DRS71M4 的電機（德國SEW 傳動設備公司）。

3 應用效果

3.1 試驗設計

材料：“泰山”牌卷煙配套煙絲及輔料（由山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠提供）。

設備：2 臺ZJ116 型卷接機組（常德煙草機械有限責任公司）。

測試方法：將改進前后的廢煙提升輸送裝置分別安裝在2 臺ZJ116 機組上，2 臺機組均以正常生產速度運行，按每天8 h，每周5 個工作日，對改進前后廢煙提升輸送裝置的維保次數和時間進行統計，統計時間均為1年。為便于對比分析，安排同一組裝配人員對改進前后裝置進行維護保養。

3.2 數據分析

由表1 可見，改進后廢煙提升輸送裝置的維保次數由10 次/年降低到2 次/年，維保時間由6.2 h/次減少到2.0 h/次，全年總維保時間減少33.6 h，有效提高了設備運行穩定性。

表1 改進前后廢煙提升輸送裝置維保時間對比Tab.1 Maintenance frequency and duration of waste cigarette elevator before and after modification

4 結論

改進后ZJ116 型卷接機組廢煙提升輸送裝置采用鏈條傳送方式輸送廢煙，有效解決了輸送帶易磨損、易跑偏等缺陷，減少了維保次數；設計了快拆裝置，便于鏈條和鏈輪拆卸，操作簡單快捷，降低了維保難度；電機重心位置下移，提高了設備安全性能。以青島卷煙廠生產的“泰山”牌卷煙為對象進行測試，結果表明：維保次數減少8 次/年，維保時間減少4.2 h/次，全年總維保時間減少33.6 h，有效降低了工人勞動強度，提高了設備運行效率。該技術可在ZJ116A、ZJ118 等卷接設備上推廣應用。