新型链式废烟提升输送装置的研制

王 俊，潘恒乐

常德烟草机械有限责任公司，湖南省常德市武陵区长庚路999号 415000

ZJ116 型卷接机组是引进德国HAUNI 公司PROTOS2-2 技术消化吸收后研制的第一代国产双烟道超高速卷接设备，该机型集机、电、气、光、液、微波于一体，具有生产效率高、运行稳定可靠等优点，生产能力可达16 000 支/min，是当前国内卷烟生产企业的主力设备［1-3］。该机组配备的废烟集中回收与输送装置，可以将滤嘴卷烟生产中剔出的废烟支、废滤嘴段以及跑条烟丝集中输送到接装机后部的废料箱中，用于回收再利用。该装置采用带筋板的宽皮带用于废烟提升输送，并利用导向辊控制皮带运转方向。由于生产中烟尘污染严重，输送带容易出现磨损和跑偏现象，造成设备保养周期短、维修工作量大。此外，该装置采用焊接机架与整体罩壳组装的方式，拆装困难，维修难度大，由此影响ZJ116 机组的整体性能和生产效率。对此，李晓峰等［4］通过修改 PLC 程序提高了皮带输送系统的有效作业率，减少了皮带磨损；王伟宁等［5］采用实时监控技术保障了输送带的稳定运行；易云文［6］通过改变电机转速建立了一种皮带自动纠偏方法；冀亚伟［7］设计了一种气动纠偏装置，实现了输送带的自动纠偏。但目前针对废烟提升输送装置输送方式的改进和研究鲜见报道。为此，通过对ZJ116 机组原废烟提升输送装置工作原理进行分析，研制了一种新型链式废烟提升输送装置，以期减少维保次数，降低维保工作量，提高机组的运行效率。

1 问题分析

ZJ116 机组原废烟提升输送装置采用模块化设计，便于从主机中拖出和推入进行维护保养。该装置主要由驱动电机、输送带、导向辊、机架、罩壳等部分组成，见图1。生产中，由驱动电机2 带动输送带6，通过导向辊3 控制输送带运行方向，将通道底部的废烟输送至装置顶部，废烟最终下落到废烟箱1 中。机架4 是一个型材焊接件，是整个装置的基础件，其下方安装有带刹车的万向轮，便于装置移动；驱动电机2 是定制滚筒电机，安装在设备上方，由于电机质量较大，导致装置整体重心相对较高，在装置移动过程中，若操作不当容易发生倾倒。

图1 改进前废烟提升输送装置示意图Fig.1 Schematic diagram of waste cigarette elevator before modification

输送带运输与链条运输相比较，具有滑动摩擦力小、高速运行能量消耗低等特点［8］。但在设备运行过程中，输送带上的烟灰、烟末容易聚集在皮带和导向辊表面，长期使用后形成顽固烟垢，造成导向辊跑偏、打滑，输送带受力不均匀，皮带磨损加快［9-10］，且磨损后的皮带碎片有可能进入回收烟丝中，影响卷烟产品质量。为保证输送带正常运行，每75 h 就需要对输送带和导向辊进行检查和保养，维保工作繁重。

由图2 可见，废烟提升输送装置采用焊接机架与整体罩壳组装的方式，结构不合理，当皮带或导向辊需要更换时，拆除零件较多。尤其在更换输送带时，必须将整个罩壳和相关零件从焊接机架上全部拆下，工作量巨大；并且机架和整体罩壳受加工工艺的影响，加工精度控制成本较高，也导致装配难度较大。

图2 罩壳分解示意图Fig.2 Schematic diagram of hood decomposition

2 系统设计

2.1 系统结构

图3 改进后废烟提升输送装置示意图Fig.3 Schematic diagram of waste cigarette elevator after modification

在保证原接口尺寸和输送带轨迹不变的基础上，设计了一种新型链式废烟提升输送装置。该装置主要由墙板、罩壳、机脚、链轮、电机、刮板等部分组成，见图3。设备运行时，电机8 驱动链轮7转动，链轮7 通过短链条5 驱动链轮组6 转动，链轮组6 带动长链条4 移动；刮板9 安装固定在两条长链条4 之间，随着长链条4 的移动，刮板9 将通道底部的废烟输送到装置顶部，废烟最终下落到废烟箱中，实现废烟回收目的。此外，将驱动电机安装在装置下方，使设备的整体重心位置下移，并加大机脚的支撑面积，保证重心稳定，提高设备在移动过程中的安全性能。

2.2 链条选型

改进后采用金属链条进行提升输送，链条分别安装在两侧导轨内侧，不直接与废烟、烟丝接触。生产中设定链条运转速度为0.4 m/s，工况为低速轻载，因此链条无需润滑或微量润滑即可运转，从而避免润滑油污染烟丝。通过对原输送带轨迹进行分析，得到刮板的理论运动轨迹长度为547 5 mm。由于链条理论长度l1与刮板理论运动轨迹长度相一致，选定链条节距p=12.7 mm，可得：

链条实际节数：n2=432

链条实际长度：l2=n2×p=5 486.4 mm

根据计算结果，最终选取型号为08B.1.SS.N432SA-D-PIN（36L）的食品级不锈钢链条（英国RENOLD 公司），具有耐磨损、使用寿命长、链传动无打滑、无需润滑、稳定可靠等特点，适合在烟尘较多的工况下使用［11］。

2.3 快拆装置

为方便长链条和链轮更换，设计了快拆装置，结构见图4。当需要更换长链条1 时，只需将左右两个块2 拆下，再把长链条1 上的连接卡子取出，即可方便地取出两条长链条进行更换；当需要拆卸链轮3 时，因安装孔直径大于链轮外径，只需将螺钉4 松开，即可将整个链轮组件全部拆下，取出链轮3 进行更换。

图4 长链条和链轮快拆装置示意图Fig.4 Schematic diagram of fast removal of chain and sprocket wheel

2.4 电机选型

原废烟提升输送装置电机带动输送带运转的线速度为v皮=0.2 m/s。为提高废烟输送能力，可以将链条输送速度设为v1=0.4 m/s。由图5 可见，改进后废烟提升输送装置的链轮组上有3 个链轮，其中链轮A 带动短链条移动，链轮B 和链轮C 带动两条长链条移动。

图5 链轮组示意图Fig.5 Schematic diagram of sprocket wheel set

根据线速度公式［12］v1=vB=wB×rB和 v2=vA=wA×rA，由于链轮A、B、C 是同轴的，因此wA=wB，即则短链条的线速度由此可得电机转速：

式中：v1—长链条的线速度，m/s；v2—短链条的线速度，m/s；vA—链轮A 的线速度，m/s；vB—链轮B的线速度，m/s；rA—链轮A 的分度圆半径，m；rB—链轮B 的分度圆半径，m；ωD—链轮D 的角速度，rad/s；rD—链轮D 的分度圆半径，m。

根据转速要求并结合安装空间大小，最终选择型号为RF17 DRS71M4 的电机（德国SEW 传动设备公司）。

3 应用效果

3.1 试验设计

材料：“泰山”牌卷烟配套烟丝及辅料（由山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂提供）。

设备：2 台ZJ116 型卷接机组（常德烟草机械有限责任公司）。

测试方法：将改进前后的废烟提升输送装置分别安装在2 台ZJ116 机组上，2 台机组均以正常生产速度运行，按每天8 h，每周5 个工作日，对改进前后废烟提升输送装置的维保次数和时间进行统计，统计时间均为1年。为便于对比分析，安排同一组装配人员对改进前后装置进行维护保养。

3.2 数据分析

由表1 可见，改进后废烟提升输送装置的维保次数由10 次/年降低到2 次/年，维保时间由6.2 h/次减少到2.0 h/次，全年总维保时间减少33.6 h，有效提高了设备运行稳定性。

表1 改进前后废烟提升输送装置维保时间对比Tab.1 Maintenance frequency and duration of waste cigarette elevator before and after modification

4 结论

改进后ZJ116 型卷接机组废烟提升输送装置采用链条传送方式输送废烟，有效解决了输送带易磨损、易跑偏等缺陷，减少了维保次数；设计了快拆装置，便于链条和链轮拆卸，操作简单快捷，降低了维保难度；电机重心位置下移，提高了设备安全性能。以青岛卷烟厂生产的“泰山”牌卷烟为对象进行测试，结果表明：维保次数减少8 次/年，维保时间减少4.2 h/次，全年总维保时间减少33.6 h，有效降低了工人劳动强度，提高了设备运行效率。该技术可在ZJ116A、ZJ118 等卷接设备上推广应用。