制丝生产线防滑带式输送机自动清洁装置设计

李秀芳，郑智毅，江豪

1.河南中烟工业有限责任公司 黄金叶生产制造中心， 河南 郑州 450016；

2.吉林大学 管理学院， 吉林 长春 130022；

3.郑州轻工业大学 电气信息工程学院， 河南 郑州 450001

0 引言

带式输送机[1]是卷烟厂制丝生产过程中重要的辅机，是流程生产之间实现工艺连接的关键设备，常用于将物料从低位设备向高位设备输送的工艺环节.为防止物料滑落造碎或铺料不均匀，带式输送机一般会采用有坡度的防滑带. 由于烟叶富含油分，在加工过程中，特别是经过回潮、增温增湿、加料工艺处理后，防滑输送带上粘结积累的烟油易形成烟垢. 虽然在输送带端头设置的清扫毛刷和接触式刮板[2-3]可以清理浮土，但不能彻底清洁烟垢. 烟垢若粘结到托辊上，易造成输送皮带跑偏、撕裂，甚至损坏输送机，而这种故障的维修通常需要3个机电维修人员耗时4～6 h. 斜坡输送机爬坡较高、距离较长，人工保洁不方便且不安全，长时间清洁不彻底会滋生烟虫[4-5]，影响产品内在质量. 对此行业内已有相关的研究，如乐承星等[6-7]对烟叶仓库和复烤片烟的防虫措施与效果进行研究，发现熏蒸和空间物理隔离对烟叶仓储物流环节降低虫情有一定的效果；洪金华等[8]使用YOLOV3模型识别卷烟厂烟虫，利用诱捕器减少虫情，但未涉及优化清洁设备以根治虫情方面；马福涛等[9-12]分析了虫情影响因素，认为设备保洁不彻底仍是关键因素，但只从管理和制度方面提出加强设备保洁工作，未提出自动清洁方案；太振旭[13]通过研究烟草产品生产车间的防虫治理，提出了采用工业机器人清洁平行管道的方案，但未针对防滑带式输送机给出具体措施.鉴于此，本文拟设计一种防滑带式输送机自动清洁装置，在防滑式输送带下方增加吊装自动升降电解装置、清洗毛刷和雾化喷头，实现防滑输送带的彻底清洁，达到节约人力、降本增效、提高设备运行可靠性的目的.

1 系统设计

1.1 结构组成

由于防滑带式输送机都是倾斜的，所以设计清洁装置时考虑悬挂式安装，将悬挂支架安装在输送带的下方. 清洁装置主要包括毛刷组件、毛刷升降机构、电解装置、刷毛清洗喷头，对应附件包括污水收集水槽、压力水泵、供应收集水箱等，其结构示意图如图1所示.

1.悬挂支架；2.毛刷组件；2-1.毛刷辊筒；2-3.刷毛；2-4.集水槽；2-5.喷头安装支架；2-6.支架本体；2-7.绝缘板；2-8.刷毛刮水板；2-9.皮带；2-10.输送带刮水板；2-11.冲洗喷头；2-12.刷毛清洗喷头；3.雾化喷头；4.升降机构；5.高压吹气装置. 图1 自动清洁装置结构示意图Fig.1 Schematic diagram of automatic cleaning device

1.1.1 毛刷组件由于防滑带式输送机一般都是上部敞开或带有密封、除杂等辅助功能装置，自动清洁装置放在上部不美观且清洁用水不易收集，所以自动清洁装置的毛刷组件和雾化喷头均正对输送带的下表面，采取U型悬挂方式. 刷毛是清洁的主要部件，与皮带的接触面积越大越好，所以安装方式采取沿辊筒轴向对称螺旋式排布，覆盖面全，无死角. 按照毛刷辊筒相向对称旋转，有利于液体向中间汇集.

1.1.2 毛刷升降机构为了保护皮带，清洁毛刷只有在对输送机皮带进行清洁时才能和皮带紧密接触，故必须设计毛刷升降机构. 根据行程要求，选择工业电动推杆，在清洁工作模式时，毛刷组件的刷毛接触输送带的下表面，并使刷毛有一定的弯曲，以保证接触效果. 在清洁结束和正常生产时，毛刷回到初始位置，不影响带式输送机的正常运行，且避免刷毛磨损.

1.1.3 电解装置烟草加工过程中既有高温处理，也有加料处理，所以带式输送机上会残留烟垢、料液等，特别是斜坡带式输送机设计时还要考虑防滑功能，故更易残存污垢. 由于烟草中的成分和添加剂不同，直接用水清洗的效果并不好. 相对于化学药剂，使用电解水进行清洁，产品的添加成分不易发生变化，尤其符合烟草行业和食品行业的安全要求，所以设计增加电解水装置.在烟草加工过程中，清洁不仅是设备维护的必要手段，更应发挥虫情防治的作用，故设计运用高频高压脉冲电流进行杀菌.

1.1.4 刷毛清洗喷头长时间使用的刷毛需要清洗，所以设计了刷毛清洗喷头对其进行清洗. 为了保持现场的整洁，又增加了可产生冲击力很强气流的空气放大器高压吹气装置，吹扫皮带表面遗留的水.设计收集水槽收集高速清洁时甩出的水，水槽设有排放口，可接软管到移动式污水收集桶.

1.2 功能设计

本装置主要用于生产结束后的保洁，一般由操作人员操作.考虑到易操作性，只加装一个小控制箱，内设启动按钮和对应的时间继电器.

按下启动按钮，接通电源，为各模块供电，两个时间继电器同时闭合接通电路开始工作；升降机构启动，驱动输送带清洗装置行走至设定的行程终点，使刷毛充分接触皮带；同步开启辊筒、电解装置、压力水泵和输送带；从供应收集水箱抽水，雾化喷头将经过电解、带有高频高压脉冲电流的水雾喷洒在输送带表面，对输送带表面的污垢进行分解和乳化，同时高压电对输送带表面进行杀菌处理；毛刷辊筒转动对输送带表面进行擦洗. 在此过程中，一对辊筒和毛刷高速运转，将含有油污的水滴向中间聚拢并甩落，从两个毛刷之间落入集水槽中；刮水板也将毛刷携带的水滴刮落到集水槽中，有效避免了污水滴落到地面.

根据生产车间防滑带式输送机皮带长度L和电机转速V，设定喷淋时间N=L/V，适宜的喷淋时间可以保证输送带被雾化喷洒均匀、污垢得到充分乳化. 电解装置和水雾喷淋停止工作后，毛刷辊继续运行一段时间M，对应继电器自动断开，通过多次试验并结合设备保洁标准(班、周、月保洁标准)确定M，继续运行2 min后，清洁工作及高压吹气装置停止，吹干皮带上的水，对应继电器断开，毛刷停止工作，同时，升降机构归位，完成整个作业过程. 在整个流程中，只需要操作1次启动按钮.

2 应用效果验证

选择昆明船舶设备集团有限公司生产的DPH型防滑带式输送机(此种机型大量应用于烟厂制丝线)，在班保洁标准、两班制生产方式下，对比人工保洁和自动清洁装置的工作效率和效果.

DPH型防滑带式输送机的皮带长度L=14.5 m,电机转速V=0.25 m/s，喷淋时间N=58 s，M=3 min. 所以自动清洁装置保洁时长5.97 min(为方便计算取6 min). 人工保洁挑选5名有2年以上工作经验的熟练操作人员，使用的工具包括抹布、水、棕毛刷、平台梯，对同一台DPH型防滑带式输送机进行班保洁，测试时间为5个班次，保洁用时分别为31 min、32 min、34 min、32 min和36 min，人工保洁平均时间为33 min. 综上，平均每班专职保洁时间缩短27 min，单台平均节省保洁时间82%. 目前车间共计有此类防滑带式输送机190台，人力保洁需要每班10人；自动清洁装置在制丝生产线推广应用后，由主机操作人员按下启动按钮就可以按标准进行保洁，工作效率大幅提高. 按两班制计算，每天每台设备共减少保洁时间54 min，人员岗位编制减少了20人，每年降低的人力成本约合人民币52.8万元.

烟草制丝生产线烟虫的生长有一定的季节性，6—9月份属高发季节，跟踪统计车间虫情以验证防滑带式输送机自动清洁装置的应用效果. 该装置从2020年6月投入使用，对其使用前后烟虫的同期情况进行对比，结果如图2所示，其中2019年是人工保洁的虫情表现，2020年是自动清洁装置保洁的虫情表现. 由图2可知，人工保洁只有在2019年的7月和10月进行专门杀虫处理后，虫情大幅下降，但是仍有反复；自2020年6月份使用自动清洁装置后，同期虫情明显降低且趋势向好无反复，2020年12月份比2019年同期降低76.52%，效果明显.

图2 自动清洁装置使用前后虫情趋势图Fig.2 Infestation trend chart before and after use of automatic cleaning device

3 结论

通过在防滑输送带下方加装自动清洁装置，在清洁输送带时，将带毛刷的辊筒升至接触输送带，利用压力水泵将带有高频高压脉冲电流的水雾化喷洒在输送带的表面，转筒转动，对输送带表面进行清洁并吹干,且清洁时间可根据保洁标准(班、周、月)设定. 应用效果表明：运用自动清洁装置进行防滑带的保洁，工作效率大幅提高；人员岗位编制减少了20人，每年降低的人力成本约合人民币52.8万元；减少了安全隐患，保障了人身安全；设备保洁彻底，同期烟虫明显减少且趋势向好无反复，有效解决了设备保障工艺质量核心问题；防滑带式输送机防滑皮带由一年更换4次减少到0次，提高了设备运行的可靠性，降低了维修费用. 综上，采用防滑带式输送机自动清洁装置可以提升卷烟内在质量，提高了设备运行的可靠性，实现了降本增效.