对PASSIM卷烟机吸尘盒的技术改造

王德懿

(贵州中烟工业有限责任公司遵义卷烟厂，贵州 遵义 563000)

PASSIM卷烟机是烟草行业常用的一种高速卷接设备，在烟支卷制成型过程中，高速运行的未上胶的烟丝束容易飞溅出烟末，当吸尘盒未能有效清除飞溅的烟末时，烟末会吸附在卷烟纸胶线上并粘在烟支搭口处造成烟支搭口夹末质量缺陷，影响烟支外观质量。根据卷烟国标相关规定，烟支搭口夹末长度≤0.1 mm时，为卷烟C类质量缺陷；烟支搭口夹末长度>0.1 mm时，为卷烟B类质量缺陷。PASSIM卷烟机吸尘盒是控制烟支夹末质量的关键部件之一，对烟支搭口夹末质量缺陷的管控至关重要。

当前，烟草行业对PASSIM卷烟机吸尘盒的技术改造大多立足于优化改进吸尘盒尺寸及覆盖区域，很少对吸尘盒内吸尘口进行改进。本文根据吸风量相等原则及风速变化规律，对吸尘口尺寸进行改进，为吸尘盒改造提供必要的数据支撑。将原吸尘盒与加长吸尘盒进行一体化设计制作，并在两者间增加隔板避免逆向气流的产生从而提高烟末清吸效果，对降低PASSIM卷烟机烟支搭口夹末率具有重要意义。

1 问题分析

烟草行业主要的卷烟机型为PASSIM卷烟机和PROTOS卷烟机，由于两种机型的吸尘盒、烟枪及上胶器等部件的结构差异，PROTOS卷烟机生产的烟支搭口夹末率较低，而PASSIM卷烟机生产的烟支搭口夹末率偏高。PASSIM卷烟机吸尘盒安装在烟枪上胶器前方，吸尘盒与烟枪前底板形成一个密闭空间，盒内的吸尘口与负压吸风装置相通，通过负压吸风实现对上胶器喷胶嘴附近烟末、胶垢、灰尘等杂质的清除，保证卷烟产品质量。PASSIM卷烟机吸尘盒示意图如图1所示。

图1 PASSIM卷烟机吸尘盒示意图

在PASSIM卷烟机烟枪内，烟丝束卷制成型需要上胶器喷胶嘴对卷烟纸进行涂胶。为了确保上胶器喷胶嘴的涂胶均匀性，烟枪前底板、小压板、固定压板形成的烟条通道在小压板与固定压板之间预留了一定的间隙，烟末就容易通过这个间隙飞溅到烟枪内，并堆积在烟枪前底板、小压板和固定压板上，清除不及时容易吸附在卷烟纸胶线上形成烟支搭口夹末质量缺陷。PASSIM卷烟机吸尘盒由于其自身设计的缺陷[1]，一方面吸尘盒内的吸尘口易被胶块与烟末的混合物堵塞，清除不及时将造成负压吸风压力降低或吸风失灵；另一方面吸尘盒只覆盖了上胶器喷胶嘴前方烟枪前底板与小压板的区域，并未覆盖上胶器喷胶嘴后方烟枪固定压板与大压板的区域。PASSIM卷烟机尽管在上胶器喷胶嘴后方设置了吸尘口，但对烟末、胶垢等杂质的清吸效果欠佳。另外，吸尘盒与固定接口处的密封失效，也会影响烟末清吸效果。

2 改进方法

某卷烟企业组织技改小组对PASSIM卷烟机吸尘盒进行优化改造，通过对PASSIM卷烟机和其他类别卷烟机吸尘盒及关联部件的工作原理[2-7]、除尘系统设计原则[8-9]进行分析后，制定了“吸尘盒覆盖上胶器喷胶嘴后方位置”和“增大吸尘盒内吸尘口尺寸”的改造方案。对改造方案的可行性和科学性进行设计验证如下。

2.1 吸尘盒尺寸及相关数据测量

吸尘盒尺寸测量数据如下：吸尘盒主体尺寸(长×宽×高)为112 mm×44 mm×16 mm；吸尘管负压值Wp=80 Pa，吸尘管内径D=10 mm，吸尘管横截面面积A=0.314×10-3m2；吸尘盒内吸尘口尺寸(长×宽)为28 mm×12 mm，吸尘盒外吸尘口尺寸(长×宽)为80 mm×13 mm。

2.2 吸尘盒覆盖上胶器喷胶嘴后方区域必要性验证

2.2.1吸尘管内风速Vp

伯努利方程为：

(1)

式中：Ro为空气密度，kg/m2；R为空气重度，kN/m2；g为重力加速度，m/s2。

已知Wp=80 Pa=0.08 kN/m2，在标准状态下(气压为1 013 hPa、温度为15 ℃)，R=0.012 25 kN/m2，g=9.8 m/s2，代入式(1)计算得Vp=11.31 m/s。

2.2.2吸尘盒覆盖前吸尘口风速Vp2

根据吸风量相等原则，吸尘口四周的空气以半球形的等速面流向吸尘口中心，吸风量Q为：

Q=3 600AVp=3 600A2Vp2

(2)

式中：A2为以吸风口到烟支处距离R2为半径的半球面面积，m2。

已知R2=28 mm(由吸尘口到烟丝束距离确定)，A2=4.924×10-3m2，代入式(2)计算得Vp2=0.72 m/s。

2.2.3吸尘盒覆盖后吸尘口风速Vp3

参照PASSIM卷烟机吸尘盒主体尺寸，吸尘盒覆盖上胶器喷胶嘴后方区域的尺寸(长×宽×高)设为80 mm×44 mm×16 mm。根据吸风量相等原则，吸尘盒内的吸风从吸风盒横截面流过，吸风量为：

Q=3 600AVp=3 600A3Vp3

(3)

式中：A3为吸尘盒横截面面积，m2。

已知A3=1.28×10-3m2，代入式(3)计算得Vp3=2.77 m/s。

2.2.4计算结果分析

通过计算得知，吸尘盒覆盖上胶器喷胶嘴后方位置后吸尘口风速Vp3远远大于吸尘盒覆盖前吸尘口风速Vp2，吸尘口清除烟末能力提升3.85倍，吸尘盒覆盖上胶器喷胶嘴后方区域具有科学性和合理性。吸尘盒壁厚h为8 mm，故吸尘盒外框尺寸(长×宽×高)为88 mm×52 mm×24 mm。

2.3 吸尘盒内吸尘口尺寸改进设计

2.3.1吸尘口尺寸计算

根据吸风量相等原则，吸尘管和吸尘口吸风量相等，吸风量为:

Q=3 600AVp=3 600A4Vp4

(4)

式中：A4为吸尘口面积，m2；Vp4为吸尘口风速，m/s。

已知Vp4=8 m/s(查“常见吸尘管和吸尘口吸尘风速表”[10])，代入式(4)计算得A4=0.444×10-3m2。

2.3.2计算结果分析

根据吸尘盒内吸尘口尺寸计算得吸尘口面积为0.336×10-3m2。优化改进后，吸尘口面积为A4=0.444×10-3m2，增加了0.108×10-3m2，吸尘口清除烟末能力提升了32.14%，优化后吸尘口尺寸(长×宽)为28 mm×16 mm。

2.4 吸尘盒改造

由于加长吸尘盒后易出现与烟条运动方向相反的逆向气流影响烟末吸清，技改小组在吸尘盒中部设置了一道隔板，防止逆向气流的产生，确保了烟末的清吸效果。改造后的吸尘盒示意图如图2所示。

1—吸尘盒外吸尘口位置；2—上胶器喷胶嘴位置；3—吸尘盒内隔板；4—改造后吸尘口

2.5 改造前、后关键参数变化

改造前、后吸尘盒内喷胶嘴后方区域吸尘口风速、吸尘盒内吸尘口面积及烟末清除效率的提升量见表1。

表1 改造前后关键参数变化

3 应用效果

技改小组对某卷烟厂3#、5#、13#3组PASSIM卷烟机吸尘盒进行优化改造。吸尘盒制作采用切削性能良好的铝合金板，通过锯切、粗车、粗铣、精车、精铣、抛光等系列工序加工而成。PASSIM卷烟机烟支搭口夹末质量还受其他装置影响，通过此次对吸尘盒的改造完全消除烟支搭口夹末现象是不现实的，因此技改小组严格按照随机说明书对吸尘盒加强维护与保养，并在改造前、后对卷烟机烟支搭口夹末率进行调查和统计。通过对某卷烟厂PASSIM卷烟机和PROTOS卷烟机生产的烟支搭口夹末率进行为期1个月的跟踪，统计得出PASSIM卷烟机的平均夹末率为0.233%，PROTOS卷烟机平均夹末率为0.112%。因此，技改小组将此次PASSIM卷烟机吸尘盒优化改造目标设定为烟支搭口夹末率为0.1%。

3.1 改造前烟支搭口夹末率

改造前，技改小组对3#、5#、13# 3组PASSIM卷烟机烟支搭口夹末率进行调查和统计，结果见表2。

表2 改造前烟支搭口夹末率统计

3.2 改造后烟支搭口夹末率

改造后，技改小组对3#、5#、13# 3组PASSIM卷烟机烟支搭口夹末率进行调查和统计，结果见表3。

表3 改造后烟支搭口夹末率统计

3.3 改造效果分析

通过对PASSIM卷烟机吸尘盒的优化改造，3组PASSIM卷烟机的烟支搭口平均夹末率从0.233%降至0.093%，达到预期设定的0.1%的改造目标。经过改造，PASSIM卷烟机烟支搭口平均夹末率与PROTOS卷烟机烟支搭口平均夹末率相当，处于烟草行业良好水平。由此可见，卷烟机吸尘盒的优化改造对于维护烟支产品外观质量具有重要现实意义和推广价值。

4 结束语

在卷烟国标中，烟支搭口夹末率是卷烟外观质量的一项重要质量指标，夹末率高就意味着烟支外观质量差。本文通过对PASSIM卷烟机吸尘盒进行优化改造，进一步降低了烟支搭口夹末率，提升了烟支外观质量。改造后，烟支搭口平均夹末率从0.233%降至0.093%，下降了60个百分点，使PASSIM卷烟机的烟支搭口夹末率管控水平达到了PROTOS卷烟机的管控水平。