ZJ19B 卷接機組回絲系統的改進

丁福軍，楊天濤，王瑞陽

1. 許昌煙草機械有限責任公司，河南省許昌市永昌路6 號 461000

2. 什邡長城雪茄煙廠，四川省什邡市鎣華山路南段128 號 618400

ZJ19 卷接機組是引進英國莫林斯公司PASSIM 7000 技術設計轉化的高速卷接設備，生產速度為7 000 支/min，自動化程度高，運行穩定可靠，是國內卷煙企業的主流卷接設備。該機組經過改進現已形成ZJ19A、ZJ19B 等系列化產品，其中 ZJ19B 是 ZJ19A 卷接機組的升級改造機型［1-3］。回絲系統是ZJ19 系列卷接機組的重要組成部分，主要將平準器修剪后下落的煙絲輸送至供料系統，但生產中存在回絲輸送帶容易損壞、更換繁瑣、計量料槽中煙絲分布不均等問題，導致設備故障停機，影響生產效率。對此，龔道平［4］采用螺旋回絲系統替代ZJ17 卷接機組原有皮帶輸送系統，解決了漏灰、漏煙絲及堵絲問題；朱敏智［5］采用Pro/E 軟件設計了回絲系統的三維模型，并分析了回絲系統中壓強與生產速度的關系，為減少煙絲造碎提供了參考；周詩偉［6］通過對螺旋輸送機工作原理進行分析和計算，得到螺旋輸送機應用于PROTOS M5 卷接機組回絲系統的相關設計參數，以及各參數對輸送效率的影響。PROTOS M5 卷接機組回絲系統中，經平準器修剪后下落的煙絲被三級螺旋回絲槽傳輸至煙絲儲庫，由陡角輸送帶定量松散后進入篩分器，再由篩分器除雜后進入計量料槽，槽中煙絲分布均勻，降低了煙支空頭率和煙支質量標偏。為此，借鑒PROTOS M5 卷接機組回絲系統的設計原理，對ZJ19B 卷接機組回絲系統進行改進，旨在改善煙絲分布均勻性，提高卷煙產品品質。

1 問題分析

ZJ19B 卷接機組回絲系統主要由回絲輸送帶、回絲振槽、振動器、計量料槽、平準器等部分組成，見圖1。煙絲經平準器修剪后，通過回絲輸送帶輸送至回絲振槽，再進入計量料槽。由于回絲輸送帶運轉速度較高，導致輸送帶使用壽命較短（30 ～45 個工作日），而更換輸送帶需要將組件整體拆卸，操作繁瑣且耗時長，影響生產效率。此外，經平準器修剪后煙絲下落在輸絲帶上時橫向分布不均，雖然振槽上安裝有勻絲器，但落入計量料槽中的煙絲仍存在分布不均等問題，影響卷煙產品品質。

圖1 改進前回絲系統結構示意圖Fig.1 Structure of excess tobacco recycling system before modification

2 改進方法

改進后回絲系統由平準器、螺旋回絲裝置、傳送鼓、低速輸絲帶和計量料槽等部分組成，見圖2。平準器將風室導軌中的煙絲束修剪整形，使其符合煙支卷制要求。修剪后的煙絲依次經過一級和二級螺旋回絲裝置，由二級螺旋回絲裝置將煙絲均勻拋撒在位于供料系統上游的低速輸絲帶上，即將煙絲的接入點向工藝流程的上游移動，使煙絲再次經過定量和松散后進入計量料槽，以提高計量料槽中煙絲分布均勻性。改進后采用雙螺旋回絲裝置替代回絲輸送帶和回絲振槽，以解決輸送帶使用壽命短、更換頻繁等問題。

2.1 雙螺旋回絲裝置

2.1.1 結構組成

圖2 改進后回絲系統結構示意圖Fig.2 Structure of excess tobacco recycling system after modification

雙螺旋回絲裝置分為一級和二級，結構見圖3。一級螺旋回絲裝置由一級螺旋回絲槽和一級回絲螺旋棒組成，用于收集經平準器修剪后煙絲，并將煙絲進行輸送和提升；二級螺旋回絲裝置由二級螺旋回絲槽、二級回絲螺旋棒和煙絲擋板組成，主要將一級螺旋回絲裝置輸送的煙絲均勻地拋撒在低速輸絲帶上，并通過煙絲擋板1 和2 調整煙絲分布均勻性。

圖3 雙螺旋回絲裝置結構示意圖Fig.3 Structure of double-screw tobacco recycling system

2.1.2 參數設置

雙螺旋回絲裝置的煙絲輸送能力和螺旋回絲棒轉速是影響設備性能的重要參數。煙絲輸送能力是一定時間內輸送的煙絲量，當煙絲輸送能力低于平準器修剪量時，會造成煙絲堵塞；當高于平準器修剪量時，會導致二級螺旋回絲槽中煙絲量過少，影響煙絲分布均勻性。螺旋回絲棒轉速對煙絲造碎影響較大，轉速越高，煙絲造碎越大，煙支質量標偏和空頭率也會增大，因此螺旋回絲棒轉速不能超過300 r/min，生產中通過調節螺旋回絲棒直徑和螺距可以調整轉速。

已知ZJ19B 卷接機組額定生產能力為8 000支/min，單支煙的煙絲量約為0.75 g，故8 000 支煙的煙絲量約為6 kg［7-8］，平準器修剪量（煙絲冗余量）約為25%［9］，因此ZJ19B 機組每分鐘需要的煙絲量為6/（1-25%）=8 kg，即T=8 kg/min，由此可得螺旋回絲裝置的煙絲輸送能力為：

式中：K為冗余系數，取值 4.8；T為額定生產能力時卷接機組每分鐘所需煙絲量，kg/min；G為螺旋回絲裝置的煙絲輸送能力，kg/min。

如圖4 所示，根據設備預留空間及所需煙絲輸送能力，選用螺旋回絲棒直徑為100 mm，螺距為100 mm，螺旋軸芯軸直徑為40 mm，由此可得螺旋回絲棒一個螺距范圍內攜帶的煙絲量為：

螺旋回絲棒的轉速為：

式（2）和式（3）中：M為螺旋回絲棒一個螺距范圍內攜帶的煙絲量，即螺旋回絲棒旋轉一圈攜帶的煙絲量，kg/r；ρ為松散煙絲的密度，kg/m3，取值 75 kg/m3［10-11］；V1為螺旋回絲棒一個螺距范圍內攜帶的煙絲體積，m3；N為螺旋回絲棒轉速，r/min；G為螺旋回絲裝置的煙絲輸送能力，kg/min。

圖4 螺旋回絲棒尺寸示意圖Fig.4 Schematic diagram of size of screw tobacco recycling shaft

2.2 回送煙絲接入點

改進后回絲系統中計量料槽和低速輸絲帶均可作為回送煙絲接入點，由于計量料槽對煙絲分布均勻性要求較高，為避免因煙絲不均勻導致設備故障停機，故將低速輸絲帶作為回送煙絲接入點。當煙絲均勻拋撒在低速輸絲帶上時，回送煙絲與低速輸絲帶上的煙絲混合在一起，被低速輸絲帶輸送至傳送鼓；傳送鼓上的鉤刺將煙絲鉤起，使煙絲松散并將煙絲帶離低速輸絲帶；傳送鼓上方安裝有均絲輥，可將傳送鼓上的多余煙絲剝落，起到定量煙絲的作用；經過傳送鼓和均絲輥松散及定量后的煙絲傳送至計量料槽，保證了煙絲在橫向上均勻分布。

3 應用效果

3.1 試驗設計

材料：“長城（淳雅薄荷）”牌卷煙（中支煙，直徑6.2 mm，由四川中煙工業有限責任公司什邡長城雪茄煙廠提供）。

設備：ZJ19B 卷接機組2 組（許昌煙草機械有限責任公司）。

方法：采用雙螺旋回絲裝置對其中一臺機組回絲系統進行改進，另一臺機組仍采用原回絲系統。選用同一卷煙品牌各30 批次分別對2 臺機組進行測試，每批次取樣30 支，根據GB/T 22838—2009［12］的要求對煙支質量、吸阻和總通風率進行檢測，取平均值；分別統計2 臺機組回絲系統的維修次數，測試周期為12 個月。

3.2 數據分析

由表1 可見，改進后回絲系統未對煙支質量標偏造成顯著影響，吸阻標偏由改進前的63 Pa 下降為53 Pa，總通風率標偏由改進前的1.9%下降為1.6%，提升了卷煙產品品質。統計結果表明，改進后回絲系統維修次數由5 次/年減少為0，雙螺旋回絲裝置運行穩定、維護簡便，有效提高了設備生產效率。

表1 改進前后煙支物理指標對比Tab.1 Comparison of physical indexes of cigarettes before and after modification

4 結論

采用低速輸絲帶和雙螺旋回絲裝置對ZJ19B卷接機組回絲系統進行改進，并將回送煙絲接入點由計量料槽改為低速輸絲帶，改進后經平準器修剪的煙絲回送至低速輸絲帶，再經傳送鼓定量后進入計量料槽，提高了計量料槽中煙絲分布均勻性。以什邡長城雪茄煙廠生產中“長城（淳雅薄荷）”牌卷煙為對象進行測試，結果表明：改進后回絲系統生產運行穩定，未對煙支質量標偏造成影響，吸阻標偏下降10 Pa，總通風率標偏下降0.3 百分點，系統維修次數由5 次/年減少為0，減少了設備故障停機次數，提高了卷煙產品品質。