殘次品卷煙無損傷回收煙絲技術的研究與實踐

金彩洪，李勇，張文平，李吉安，周文建，劉松，張曉磊，程志斌

（紅塔煙草（集團）有限責任公司楚雄卷煙廠，云南 楚雄 675000）

對殘次品卷煙的煙絲進行回收處理再利用，是所有卷煙生產企業生產全過程不可或缺的一個重要環節，煙絲回收率高低直接影響對標指標單箱耗葉量、生產成本和一個工廠的制造力水平。目前國內外各大卷煙制造企業使用的殘次品卷煙處理設備種類較多,按其工作原理可分為滾刀滾切式、打孔剖切式、噴蒸汽激振式、煙支縱向切割式等。按實現殘次品卷煙剖開卷煙紙的方式可分為打擊法、切割法2大類。其共同特點均通過機械方式，外力直接作用在殘次品卷煙的卷煙紙和煙絲上，使卷煙紙剖開或打擊破碎后，再通過振篩振動、輸送、分選，將煙絲抖落，實現煙絲與卷煙紙和濾嘴的分離。

1 技術背景

楚雄卷煙廠卷包車間殘煙回收處理設備為國內生產，其工作原理是殘次品卷煙通過輸送帶輸送，對殘次品卷煙進行蒸汽回潮，再通過打輥（一個大圓柱體表面上鑲滿直徑為Φ15mm的圓柱體塑料打釘）將殘次品卷煙打擊破碎后輸送到振篩上分選，使煙絲與卷煙紙、濾嘴分離，該設備的特點是具有機、電氣、儀一體化，處理殘次品卷煙能力強的優點，但也同樣存在一些設計缺陷，一是設備龐大、能源消耗大、價格昂貴；二是打擊法破碎煙支造成煙絲造碎，產生大量煙末，煙絲回收率低，理論設計煙絲回收率為70%，但在實際使用中僅為60%多一點；三是利用振篩使煙絲與卷煙紙、濾嘴分離后，卷煙紙、濾嘴中含有部分煙絲，而煙絲中含有部分細小的紙屑，回收煙絲純凈度不高，煙絲回收周期長、流程復雜、工序多，降低了煙絲回收率和回收后煙絲的質量；四是目前國內外的殘次品卷煙處理設備只能處理非爆珠煙支（處理殘次品爆珠煙支，爆珠會掉落或破損在煙絲中，污染煙絲），車間正常生產時，每天產生殘次品卷煙約700公斤，造成煙絲的浪費極大?，F在每公斤煙葉的平均單價早已突破120元，為積極貫徹落實降本增效、高質量發展的相關要求，在全車間樹立降低生產成本就是提高經濟效益的思想理念，消除生產過程中各個環節的一切浪費已成為車間工作的重點之一。因此，車間成立項目組，以大師工作室牽頭，要求項目組要充分利用車間人力、物力資源設計一專用設備，最大程度消除過程浪費，提高殘次品卷煙的煙絲回收率，提高回收煙絲的質量。

2 殘次品卷煙無損傷回收煙絲新型設備的設計與制造

2.1 無損傷回收煙絲概念的導入與實驗

煙絲是卷煙生產中最主要的原料，隨著煙葉價格的不斷上漲，對卷煙工廠來說要控制生產成本，控制好煙絲消耗，減少煙絲過程浪費有著十分重要的意義。在卷煙生產過程中，對煙絲的工藝指標有嚴格的要求，其中工藝要求煙絲的含水率要控制在12±0.5%范圍內，如果煙絲水分過低，則煙絲脆而無韌性，容易破碎形成煙末，造成浪費。生產過程中，不可避免的會產生一定數量的殘次品卷煙，殘次品卷煙放置時間越長，水分流失越多，煙絲越容易造碎，由于煙絲的物理特性決定了煙絲在翻轉、搬運、受外力作用都會產生煙絲造碎，形成煙末。因此，要實現提高殘次品卷煙的煙絲回收率，提高回收煙絲質量這個目標，就要最大限度降低殘次品卷煙回收處理的過程損耗，就必須縮短回收煙絲時間，盡可能避免殘次品卷煙受外力的作用，因此，對殘次品卷煙的卷煙紙、煙絲無損傷處理技術的研究，便成為項目組課題研究必然選擇的方向。項目組經過長時間的思考論證，提出了以高壓空氣為工作介質，沿殘次品卷煙的軸線方向從濾嘴端吹向點火端，將煙絲吹出，實現煙絲與卷煙紙和濾嘴徹底分離的方案。經在車間現場實地實驗，用氣槍對準殘次品卷煙濾嘴端輸入1.5bar的高壓空氣即可將煙支中的煙絲全部吹出，如圖1所示，卷煙紙、濾嘴無絲毫損傷，煙絲中無絲毫紙花，分離后的煙絲無損傷，用同樣的方法，對玉溪高配爆珠卷煙進行實驗，同樣可以把煙絲完全吹出，而爆珠完好無損的保留在濾嘴中，該方案可實現一機兩用（對爆珠卷煙、非爆珠卷煙都可處理），實驗證明該方案可行。

圖1 輸入高壓空氣使煙絲與卷煙紙、濾嘴徹底分離無損傷實驗

卷包車間共18臺ZJ17卷接機組，按每天生產18h，每臺機3個班產生的殘次品卷煙20kg左右，5臺高速機每天每臺機產生的殘次品卷煙在80kg左右，如果設計制造1臺小型的殘次品卷煙處理設備，每臺卷接設備或幾臺卷接設備配備1臺，產生的殘次品卷煙及時處理，回收煙絲水分并未流失，可100%保證煙絲純凈度，可采用人工方式或輸送帶與卷煙機料斗相連，回收的煙絲直接進入卷煙機供料系統使用，則回收處理殘次品卷煙的過程浪費可接近為零，方案確定后，便著手設計制造1臺新型殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設備。

2.2 殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設備的設計思路

殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設備主要由機座機架、殘次品卷煙儲存裝置、殘次品卷煙接收輸送裝置、煙絲與卷煙紙濾嘴分離裝置、傳動裝置、檢測裝置、控制裝置、濾嘴卷煙紙收集箱、煙絲收集箱、采用不銹鋼制作的防護罩工作臺等組成?？紤]到殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設備要放置在機臺上，總體外形尺寸不宜過大，故采用厚度為8mm，材料為Q235B的鋼板制作機座機架，機座是1塊長為800mm、寬為500mm、厚度為8mm的鋼板，在鋼板上焊接有4個帶制動的萬向輪形成機座，在機座的上平面上焊接2塊立板和加強筋形成機架，其中內立板寬300mm、高700mm，外立板寬150mm、高450mm，在2立板上加工有軸承孔，在軸承孔處采用借料方法通過焊接，使之變為16mm的厚度，軸承孔用于安裝型號為6202的軸承支撐輸送鼓輪軸和輸送鼓輪，在輸送鼓輪上方安裝有導軌對煙支控制定位，在機架上安裝有高壓空氣噴嘴、檢測開關、電磁閥、殘次品卷煙輸送鼓輪由安裝在機座上的伺服電機通過同步齒形帶驅動，速度可調，光電開關檢測并提供輸送鼓輪上煙支是否與高壓空氣噴嘴對準，提供信號決定電磁閥控制開啟、關閉噴嘴高壓空氣。殘次品卷煙料倉安裝在內立板上，利用煙支的自重下落，橢圓整理輥連續轉動，確保殘次品卷煙連續下落，殘次品卷煙順利進入輸送鼓輪承煙槽，輸送鼓輪載著殘次品卷煙轉動，為防止高壓空氣噴吹殘次品卷煙濾嘴端時，煙支產生軸向移動，安裝在鼓輪環上的滾花輪盤可對煙支增大摩擦力，在輸送鼓輪上端安裝的固定導軌對殘次品卷煙濾嘴部分徑向壓縮0.3mm，對煙支徑向壓縮0.2mm，當輸送鼓輪載著煙支轉動到殘次品卷煙煙支與濾嘴卷煙紙徹底分離裝置的噴嘴處時，高壓空氣脈沖從噴嘴吹出，沿著殘次品卷煙的軸線方向從濾嘴端吹向點火端，實現殘次品卷煙的煙絲與卷煙紙、濾嘴徹底分離。在輸送鼓輪底部設置有2個收集箱，分別用于收集分離后的煙絲和濾嘴卷煙紙，被高壓空氣脈沖從煙支中吹出的煙絲進入專用煙絲收集箱內，濾嘴卷煙紙由導軌控制、鼓輪將其輸送到垂直位置時，固定導軌失去把持作用，在清理器和自重的作用下，濾嘴卷煙紙掉落在濾嘴卷煙紙收集箱內。該方案是一種通過高壓空氣噴吹殘次品卷煙濾嘴端，外力間接作用在煙絲上的柔性處理方法，整個處理殘次品卷煙回收煙絲的過程浪費接近于零。

2.3 設計繪制專用設備的主要零件圖

根據設計思路繪制主要零件圖。

（1）輸送鼓輪軸零件圖（如圖2所示）其作用是通過軸承支撐輸送鼓輪。

圖2 輸送鼓輪軸零件圖

（2）鼓輪環零件圖（如圖3所示）其作用是用于接收、輸送殘次品卷煙。

圖3 鼓輪環零件圖

外段鼓輪由1個鼓輪環、2個滾花輪盤通過螺釘連接組成，中間段鼓輪由1個鼓輪環組成，內段鼓輪由1個鼓輪環、2個滾花輪盤通過螺釘連接組成，3段輪體組合而成輸送鼓輪，3段鼓輪體通過頂絲固定在輸送鼓輪軸上，軸向位置可調整。

（3）滾花輪盤零件圖（如圖4所示）其作用是通過螺釘連接安裝在鼓輪環上，用于支撐殘次品卷煙，與固定導軌配合完成對煙支的定位。滾花輪盤外圓面為工作面，工作面經過滾花處理，和煙支接觸時與固定導軌配合以增大摩擦力，可防止殘次品卷煙受高壓空氣噴吹時發生軸向移動。

圖4 滾花輪盤零件圖

（4）固定導軌零件圖（如圖5所示）其作用是通過支撐軸支撐，與滾花輪盤之間的間隙、軸向位置均可調整，二者配合完成對煙支的定位。

圖5 固定導軌零件圖

2.4 殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設備的結構及工作原理

2.4.1 殘次品卷煙煙支接收輸送裝置的結構及工作原理

（如圖6所示）為殘次品卷煙煙支接收輸送裝置立體結構示意圖，該裝置由殘次品卷煙料倉1、橢圓整理輥2、左限量導板10、右限量導板3組成下落通道，輸送鼓輪5、固定導軌4、伺服電機6、同步帶輪7、同步齒形帶8和9組成殘次品卷煙接收輸送煙支裝置。該裝置能將濾嘴朝向一致的殘次品卷煙加入料倉1，加入料倉1中的殘次品卷煙，沿右限量導板3，左限量導板10，共同組成的通道下落，煙支直徑為7.8mm，考慮到煙支變形因素，故兩導板工作面之間的距離即下落通道寬度設計為9mm，根據煙支下落情況，下落通道寬度可調整，左右限量導板端部與輸送鼓輪外圓面之間的間隙為0.5mm，通過調整料倉支撐螺桿位置實現，在料倉的出口由左右限量導板對煙支進行控制，由于煙支的自重和橢圓整理輥2的作用，殘次品卷煙沿限量導板組成的通道下落，并且第1支煙進入鼓輪槽后，只有輸送鼓輪轉動了1支煙所對應的弧長，第2支煙才能下落，輸送鼓輪轉動速度越快，煙支下落速度越快，反之煙支下落速度越慢，隨著輸送鼓輪的連續轉動，實現了殘次品卷煙的連續下落，輸送鼓輪的轉速由伺服電機6控制，固定導軌4與輸送鼓輪5上的滾花輪盤配合完成對煙支的定位。

圖6 煙支接收輸送裝置立體結構示意圖

2.4.2 殘次品卷煙煙絲與卷煙紙濾嘴無損傷徹底分離裝置的結構及工作原理

圖7為殘次品卷煙煙絲與卷煙紙濾嘴無損傷徹底分離裝置的立體結構示意圖，該裝置由電磁閥、檢測開關、高壓空氣管、噴嘴、輸送鼓輪、固定導軌、煙絲回收箱、濾嘴卷煙紙回收箱組成。該裝置能將濾嘴朝向一致的殘次品卷煙經料倉下落通道，在料倉下落通道的出口處，由于左右限量導板的控制作用，殘次品煙支進入輸送鼓輪承煙槽，固定導軌安裝在輸送鼓輪上方，工作位置可調整，對煙支起導向定位作用，在正對高壓空氣噴嘴處，固定導軌對濾嘴徑向壓縮0.3mm，對煙支壓縮0.2mm，當輸送鼓輪載著煙支轉動到噴嘴處時，由檢測開關提供信號，電磁閥控制的高壓空氣脈沖從噴嘴吹出，沿著殘次品卷煙的軸線從濾嘴端吹向點火端，將煙支中的煙絲吹出，使煙絲與濾嘴卷煙紙徹底分離，分離后的煙絲進入煙絲回收箱，鼓輪繼續載著無煙絲的空殼濾嘴卷煙紙轉動到垂直位置，即輸送鼓輪正下方處時，空殼濾嘴卷煙紙失去導軌的把持，在自重和清理器作用下掉落在濾嘴卷煙紙回收箱內，完成了殘次品卷煙無損傷分離煙絲和濾嘴卷煙紙的工作任務。

圖7 煙絲與卷煙紙濾嘴無損傷徹底分離裝置

2.4.3 殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設備總裝圖

圖8為殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設備總裝圖，按設計技術要求完成殘次品卷煙無損傷回收煙絲專用設備的裝配，測量外形輪廓尺寸，采用1.5mm厚的不銹鋼板制作設備的防護罩、工作臺。該專用設備制作安裝完畢，具有外觀美觀、體積小、結構緊湊、移動方便、功能可靠、維修性好的特點。若要提高處理殘次品卷煙的能力，可增加噴嘴數量、增加輸送鼓輪轉速或輸送鼓輪的個數均可實現。

圖8 總裝圖

3 經濟效益估算

（1）2020年，楚雄卷煙廠實際生產卷煙共計569968.2箱，實際產生的殘次品卷煙130693.09kg。

（2）按財務的折算方法在每支煙中煙絲占比的重量為74.18%。

（3）按百分之百的煙絲回收率應回收煙絲130693.09kg×74.18%＝ 96948.13kg。

（4）按照目前煙絲回收率為60%計算，2020年煙絲回收量為：

96948.13 kg×60%＝ 58168.87kg。

（5）殘次品卷煙新型處理方法，由于過程浪費接近為零，按回收率提升30%計算，則2020年煙絲回收量為96948.13kg×90%＝ 87253.31kg。

（6）殘次品卷煙新型處理方法每年可節約煙絲：

87253.31 kg-58168.87kg＝ 29084.44kg。

（7）每公斤煙絲單價按120元計算（打葉復烤、制絲成本忽略），則每年可降低煙絲成本費用：29084.44kg×120元=3490132.8元。

（8）殘次品卷煙新型處理設備制造費用預計8000元。因此項目每年可節約資金：3490132.8-8000=3482132.8元。

4 結語

通過對殘次品卷煙無損傷回收煙絲技術項目的開展，項目組成員在設計過程中齊心協力、相互幫助，積累了豐富的經驗，為今后開展類似的技術攻關創新活動奠定了堅實的基礎。