制絲喂料機出料斗視窗優化及改進

摘 要：在制絲生產線生產過程中，喂料機常與出料斗、計量管和電子皮帶秤配套使用。出料斗的檢測元器件集成在有機玻璃板后部，在生產過程中易產生煙沫粘黏視窗有機玻璃板的現象。當粘黏煙沫達到一定密度時，如果未及時擦拭干凈，遮擋了光電開關，將使系統誤檢測為出料斗堵料并進行故障報警、關停來料輸送，造成下游物料斷流，影響產品質量。為解決上述問題，本文增加了自動吹掃裝置，添加了控制程序，改進了視窗結構，并對出料斗視窗結構進行了改進和優化，避免未及時清理出料斗視窗而造成停機斷料，確保生產過程的連續和穩定，進而保證產品質量。

關鍵詞：制絲線；出料斗；檢修視窗

中圖分類號：TS 43" " " 文獻標志碼：A

在制絲車間，回潮機、加料機及烘絲機這3臺主機設備是對煙絲含水率有重大影響的設備，而含水率則是煙絲成品質量考核的重中之重。為確保含水率達到工藝質量標準的要求，需要嚴格把控各工段、各工序的生產節奏和成品質量，確保流入下工序的產品指標合格。而各工序連接在一起主要依靠喂料機這一輔聯設備。定量喂料設備是卷煙廠制絲生產線上的重要輸送設備，在輸送物料過程中起到調節物料流量、減少流量波動的作用[1]，適用于葉片、葉絲、煙梗和梗絲等煙草物料在不同加工工序的緩存、輸送和定量喂料[2]。定量喂料一般由喂料機、計量管和電子皮帶秤等設備組成[3]。

現有喂料機出料斗視窗的有機玻璃板用螺栓固定安裝在出料斗墻板上。生產過程中出現煙沫糊窗現象時，只能從正面打開出料斗檢修門，用長柄工具擦拭視窗的有機玻璃蓋板內側，操作難度較大。而本文優化和改進方式可實現出料斗的自清潔，便于現場操作人員實時監控當前設備狀況，在保證生產質量的同時還能夠減輕現場作業人員的工作壓力。

1 存在問題分析

以贛州卷煙廠為例，根據工藝質量管理要求和烘絲前進料水分/進料流量的要求，該廠制絲車間5000kg生產線的進料水分SD值需要≦0.33%，進料流量CV值需要≦0.15%。這2項指標的最主要影響因素就是出料斗及落料口處物料的流動情況.一旦出現堵料或來料不足的情況，極易造成流量波動，導致進料水分SD值和進料流量CV值指標不合格。其主要原因就是烘絲來料經高溫、高濕處理，水分較大，生產過程中易產生煙沫粘黏視窗有機玻璃板的現象。當粘黏煙沫達到一定密度時，如果未及時擦拭干凈，遮擋了光電開關，將使系統誤檢測為出料斗堵料而進行故障報警[4]。該情況的統計見表1。每日平均發生次數為4.75次。分析糊窗現象發生后的處理流程可知，當出料斗出現糊窗現象后，系統發出警報，操作工需要登上操作平臺、打開出料斗檢修門并用工具擦拭視窗，處理完畢后將檢修門復原，生產才能恢復。因此，通過減少糊窗現象出現的次數，即可減少堵料情況并提升產品質量指標。

針對出料斗視窗糊窗現象，根據實際情況，本文總結出如下問題。1）視窗材料容易與煙沫產生粘連且易產生磨損，影響監測元器件工作。2）當前視窗固定方式較煩瑣，耗時較長且易松動。3）清理視窗需要操作工登上操作平臺操作，費時費力。

2 出料斗視窗改進方案的設計和實施

2.1 出料斗視窗改進方案的設計構思

以第1節中歸納總結的3個問題為基礎進行改進方案的分析和構思，需求如下。1）使用穩定有效的吹掃系統，高效清潔出料斗視窗。2）制作易于操作保養的視窗裝置，減輕勞動強度，提高勞動效率。3）通過檢測系統實現清理裝置的自動控制。

2.2 出料斗視窗結構改進的實施

研究小組通過查閱相關資料，針對需求進行改進，設計了吹掃系統、監測系統和報警系統。影響吹掃系統吹掃效果的主要因素包括視窗材質和吹掃噴嘴。借鑒車間殘絲摻配崗位落料口的吹掃裝置及其吹掃效果，決定將有機玻璃和金屬噴嘴作為制作材料，并通過走訪、調查統計了操作工清理視窗的清理方式。超過三分之二的操作工選擇使用壓縮空氣吹掃方式來清理視窗。結合殘絲摻配吹掃裝置的工作原理及操作工的操作習慣，研究小組利用空壓氣管、傳感器和視窗零部件進行模擬試驗，通過使用不同濕度的煙沫覆蓋視窗來觸發光電傳感器，再通過壓縮空氣噴嘴吹出的高速氣流，以合適的角度吹除視窗上的臟污。傳感器復位的情況統計見表2，可知該方案清潔效果較好，成功率較高。

在壓縮空氣的使用方面，根據車間現場壓縮空氣壓力選擇合適孔徑的吹掃管路，并結合可調空壓閥調整合適的壓力。使用對應管徑的氣管連接頭，采用扁型噴嘴與異型活門凹形斜面的上部凹槽相匹配，從出料斗外部設置噴吹噴嘴，在出料斗內部從上往下噴吹壓縮空氣氣流，以消除裝置干擾[5]。調整吹掃角度和風力，在確保清潔效率達標的同時，避免影響物料下落狀態，造成流量波動。

在對視窗材料的選購加工方面，根據設備所處生產環境，落料斗及SIROX設備處溫、濕度較高。為確保視窗系統能夠正常工作，選擇車間運用最多的有機玻璃。有機玻璃具有透明性高、機械強度高、質量輕及易于加工的特點，其耐磨度也符合本次改進的需求。表2中的吹掃試驗使用的視窗材料為有機玻璃。

選型后，對視窗尺寸進行測量和設計。為保證有機玻璃的強度，排除在有機玻璃上鉆孔的方案，選用在視窗上方留噴嘴縫隙的方案。如圖1中凹形斜面所示，在確保上方壓縮空氣扁型噴嘴氣流正常通過的同事也能有較好的密封性。在扁型噴嘴的中部與視窗接觸位置加工出凸形臺階，可與視窗上部平面進行配合，確保上部噴嘴處的密封性，避免壓縮空氣噴吹清潔后的煙沫從上部縫隙溢出?？梢暻闆r增加橡膠密封墊，進一步提高密封性，并降低因設備震動產生的摩擦。同時在視窗下端可配合凸形斜面調整噴吹氣流與視窗的接觸角度。適當的噴吹角度可引導氣流順利吹過視窗，并取得較好的清潔效果，使噴吹清理下的煙沫能正?；烊胛锪现小?/p>

研究小組在視窗的安裝和拆卸方面也進行了新的設計。日常生產及保養過程中有對視窗活門進行拆卸的操作。原有的安裝方式為插槽式，即在窗口兩側設置金屬槽，下部設置金屬檔條。視窗活門的安裝及拆卸需要操作工抬起視窗活門，從設備上部插入或抽出。該安裝方式對視窗的磨損較大且不易操作。通過對原有視窗裝置進行檢查發現，與兩側金屬插槽處接觸的玻璃磨損較大且安裝后存在一定的曠量，在生產中易發出摩擦聲。并且在生產中設備會產生震動，易導致插槽式視窗從下方金屬檔條處滑出，存在較大的安全隱患。因此采用車間新增設備中的快速夾具和便于裝卸式夾具對出料斗視窗進行固定。此類快速夾具搭扣是根據平面四桿機構中雙搖桿機構的機械原理設計的，由連桿、機架及2個連架桿等組成。當連桿與連架桿的2個鉸接點和其中一連架桿與機架的鉸接點同在一條直線時，機構處于死點位置。這時，被壓緊的工件無論有多大的反力（除破壞性反力），也無法使壓頭松開[6]。這種快速夾具通過橡膠頭對視窗進行固定，上部的可調整螺絲能夠調整夾具的松緊度，避免壓壞視窗玻璃。此類快速夾具的固定既能達到良好的密封效果，也有較好的易用性。同時根據現場環境及操作工的使用習慣，在視窗的左下角設置活門把手，進一步提升了拆卸、安裝操作的便捷性。

在檢測元器件方面，原有的檢測裝置為一組漫反射式光電開關，但煙沫糊窗位置具有不確定性，因此容易產生誤報或漏報。為解決該問題，小組在視窗下端添加了一組漫反射式光電開關，并根據視窗固定位置設計了縱向的光電開關支架，在保證檢測準確的同時，避免與視窗活門拆卸操作發生干涉。出料斗視窗結構圖如圖1所示。

在確保強度和耐用度合格的情況下，對視窗材料進行加工。將框架和視窗部件進行組裝，添加快拆夾具，并調整夾緊力使其穩固。在視窗蓋板開設矩形窗口，使用異形活門密閉窗口，并采用快速夾具緊固活門等，即可從出料斗外側快速取下煙沫糊窗的活門進行擦拭，操作簡單、快捷、可靠且易于安裝及拆卸。

在自動化臟污煙沫識別方面，采用合適的傳感器檢測臟污煙沫。車間內主要運用的傳感器如下。1）電感式接近開關，依靠霍爾效應來檢測距離，無法正常區分生產狀態和煙沫糊窗狀態。2）對射式光電開關，需要有獨立的接收端在對側接收光信號，由于生產過程中落料口中始終有物料通過，因此無法選用對射式光電開關。3）漫反射式光電開關，發射端和接收端集成在一起，通過微調旋鈕可調整觸發距離。并且有機玻璃視窗反射率極低，不會發生誤判。通過選擇波長光源適宜的漫反射開關，即可識別視窗是否被煙沫遮擋。正常生產時，視窗有機玻璃處較清潔，傳感器發出的光束經過潔凈的玻璃反射后，接收到的光強度未達到設置的觸發閾值，傳感器不會發出信號，壓縮空氣電磁閥不工作。當煙沫堆積糊窗時，視窗有機玻璃處被煙沫遮擋，傳感器發出的光束經煙沫反射后再接收的光強達到觸發閾值，傳感器就會發出信號，壓縮空氣電磁閥工作，壓縮空氣噴吹系統啟動，以清理視窗處的煙沫。當遮擋視窗的煙沫被清理干凈后，光信號強度再次低于設置的閾值，傳感器信號斷開，壓縮空氣結束噴吹。

為達到理想的清理效果，在電磁閥控制程序中添加相應程序。原有的工作方式是在監測到糊窗或堵料后才進行噴吹，容易使煙沫堆積過多，影響噴吹效果，因此小組對控制程序進行了調整，使用循環判斷模式。當系統上電運行時，每5s輸出信號控制壓縮空氣電磁閥打開進行噴吹，噴吹位置為異形活門內側的光電開關位置點凹形斜面，防止對射光電開關位置發生糊窗現象。當系統檢測到漫反射光電開關傳感器輸出的堵料信號持續時間大于5s時，輸出信號至報警系統。報警系統選用聲光報警器，報警聲響亮且有警示燈，確保在生產現場噪聲較大的情況下也可以起到警示作用。選擇的安裝位置為光電開關支架下部，便于供電和信號傳輸線路的走線，提高了系統的集成度。同時在生產結束后發出信號，可提醒操作人員在批次結束后及時清理整個視窗，以便觀察喂料機出料斗物料情況，防止發生系統誤檢、堵料停機現象。

同時在制絲中操控電腦操作界面添加提醒功能，使用Wonderware Intouch軟件對界面進行修改，并在現場PLC通信模塊中添加通信點，與出料斗視窗監測傳感器信號進行綁定[7]。當現場出現堵料信號時，將報警信息同步到中控操作屏幕上，設備界面出料斗位置閃爍報警信息，提示中控操作工?，F場崗位操作工進行其他工作時，中控崗位操作工也可通過屏幕報警信息了解堵料情況，通過對講機通知操作工及時處理糊窗現象，避免斷料。

3 實際應用效果

根據上述方案對出料斗視窗進行優化和改進，并對整個裝置的吹掃系統、監測系統、報警系統進行安裝測試，確保其正常工作。吹掃系統由壓縮空氣源、電磁閥和扁形噴嘴組成；監測系統由2對漫反射光電開關、處理器組成；報警系統由處理器、現場聲光報警器和中控操作屏組成。在生產中，該系統主要有3個工作狀態。1）當正常生產視窗裝置干凈時，壓縮空氣噴吹系統以5s為間隔對視窗進行噴吹，保持視窗清潔，避免堆積煙沫，避免高溫、高濕的煙沫長時間附著在視窗上，導致后續難以清理。此時漫反射光電開關不發出信號，報警系統不工作。2）當視窗裝置出現煙沫堆積糊窗現象時，漫反射光電開關被煙沫遮擋發出信號，壓縮空氣噴吹系統立即對視窗進行噴吹。清潔完畢后，漫反射光電開關信號斷開，噴吹結束，報警系統不工作。3）當煙沫堆積過厚，吹掃系統無法徹底清潔視窗時，漫反射光電開關被遮擋超過5s，即傳感器持續輸出5s信號，現場控制系統會向報警系統發出信號，現場報警系統發出聲光報警，中控操作屏也出現相應的警告信息。

最后小組對改進后的烘絲機前出料斗的工作情況進行了跟蹤調查，統計了糊窗出現次數和系統報警次數，發現改進后未出現煙沫糊窗導致的斷料現象，并通過對現場操作工進行回訪調查了解到該系統的可靠性和耐久性均達到預期水平，顯著降低了處理出料斗糊窗時的工作強度。小組對2023年8月烘絲機進料水分偏差數據進行了統計，見表3。

8月烘絲機進料水分偏差平均值為0.034%，符合其進料水分偏差的工藝要求，并小于優化改進前的平均值。同時統計了2023年6月改進前及8月改進后的機入口流量CV值，并繪制流量CV圖，如圖2所示，車間生產工藝要求流量CV值≤0.15%，均滿足工藝質量要求且比改進前有所降低。

由烘絲喂料機出料斗糊窗造成的斷料隱患顯著減少，設備運行的穩定性得到提升，進料水分SD值和進料流量CV值均達到要求，保證了產品質量。

4 結語

本文通過改進制絲車間烘絲前喂料機出料斗視窗，解決了實際生產中的堵料及斷料問題，消除了烘絲工序生產過程中的質量隱患，確保指標合格，保證了產品質量，實現了自動處理和防差錯的雙重保障，提高了車間的生產工作效率，加強了現場操作工和機械修理工利用精益思想發現問題、分析問題并解決問題的能力。通過多崗位協作，整合車間資源進行精益改進活動。通過使用烘絲喂料機出料斗視窗，降低了設備故障率，節約了生產運行時間，降低了操作人員勞動強度，消除了設備缺陷造成的質量隱患。實際驗收結果表明，改進后的視窗裝置穩定可靠，易于操作及保養，不僅提升了生產現場的自動化應用程度，還保證了產品質量，使生產現場保持整潔，在煙草行業制絲生產線和運用出料斗來進行流量控制的裝置上具有較大的推廣價值。

參考文獻

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[4]高翔，黃傳喜，陳杰.松散回潮模式對煙葉加工質量的研究[J].南方農機，2018，49（16）：84.

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[7]袁要紅，郭亞東.煙草制絲工藝質量控制要點[J].河南農業，2020（29）：41-42.