梗丝掺配电子秤均料装置的研制
[摘 要]掺配工序是将叶丝、膨胀丝和梗丝通过电子秤的配比，按照规定要求以一定的比例混合后进入混丝柜储丝。针对生产过程中出现梗丝和膨胀丝从电子秤落下后成团，与叶丝混合不均匀的情况，通过对梗丝电子秤配比原理的研究分析，提出在电子秤的出口位置安装均料装置对梗丝进行松散的改造方案。经计算，确定了均料装置关键部件的结构尺寸，结合电子秤原传动结构紧凑安装均料装置。项目实施后能够适应不同掺配比例的梗丝，有效地使梗丝均匀掺配到叶丝中，解决了生产中的实际问题，提高了成品烟丝质量。
[关键词]掺配 梗丝 电子秤 均料装置 均匀
中图分类号：G633.96 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0247-01
1梗丝掺配电子秤结构原理和现状
C（J、K、P）6E 系列电子皮带秤由控制柜、电子皮带秤输送机两个部分组成。电子皮带秤输送机主要由机架、皮带张紧装置、输送带、输送装置、自动纠偏装置、可调支撑组合、过渡托辊、称重装置、手动纠偏装置、支架、驱动及测速装置、皮带清扫装置等组成。
电子秤两个称重托辊之间的区域为该秤的计量段。当物料通过计量段时，这一区段上的物料重量对称重托辊产生压力，称重托辊将这个力作用到负荷传感器上，此时传感器输出 4mA～20mA 正比于物料重量的电流信号送入输入模块，经 A/D 转换后再送 CPU 模块进行运算。同时随着输送机的不断运转，装于驱动电机上的光电脉冲编码器发出脉冲，每一个脉冲代表皮带走过的距离。每当皮带走过一个固定的距离ΔL，PC装置完成一次重量、速度采样工作。当物料通过电子秤后，PC装置已采样多次，PC将各次采样值累计即可得到累计重量 W。
实际生产过程中，梗丝和膨胀丝从电子秤落料口落下后没有均匀分布在出口运输带上，而是成堆、断续分布。当叶丝和膨胀丝、梗丝到达混合区域混合时，叶丝中掺配的梗丝和膨胀丝也会出现时有时无、或多或少的情况。虽然在一个批次的掺配过程中，电子秤能够按照比例将正确总量的梗丝和膨胀丝掺入叶丝中，掺配精度也能达到要求，但是在较短的单位时间内，三者是不能充分均匀混合的。
配比电子秤前都配有计量管，计量管是一个定量装置，安装在进料装置与称重带之间。保证物料在计量管中堆积至一定高度让称重带能在恒定的质量下记重，使计量误差限定在极小的范围内。经过计量管“定型”后的梗丝，类似经过短时间的储存，与松散梗丝相比，所占空间减小，密度增大，梗丝之间形成相互缠绕。
梗丝经过计量管形成高度为200mm，宽度为800mm的立方体，通过输送带不断输出。立方体状的梗丝团到达出料口时，由于输送带速度很慢，且梗丝之间相互缠绕，导致梗丝不能顺畅流下，而是慢慢倾斜到一定角度后成团落下。第一团梗丝落下后，第二团梗丝要经过约1.5～2.2s后才能落下，电子秤出料口下方的运输带速度为 0.8 m/s，因此，在两团梗丝落下的时间差内，出口运输带已经运行了约1.2～1.8m，在这段距离上分布的梗丝就很少甚至出现中断。
2改进方案的分析及选择
由梗丝下落成团、断续的原因分析可知，落料均匀程度与梗丝下落时间差和梗丝物理状态有关，可从这两方面研究改进方案。
梗丝从电子秤上第一次落料与第二次落料之间的时间差越小，梗丝越能连续性地落到运输带上；时间差越大，连续性越差，落在运输带上的梗丝越容易中断。从电子秤上落下的梗丝越松散，落在运输带上的面积越大，料层越薄，越能均匀分布于下方运输带；落下的梗丝越紧密成团，落在运输带上后越会出现成堆、厚度不均的情况。
耙齿可以看做悬臂梁，其受到的作用力为梗丝从电子秤皮带上滑落堆积在上面对其施加的弯矩以及对其根部的剪切力和挤压力。梗丝掺配比例为12%时，最大流量Q=1100Kg/h=0.31Kg/s，此时电机主动链轮转速为3r/min。主动链轮齿数为25齿，电子秤输送带带链轮齿数为62齿，则输送带链轮转速为25×3/62=1.2r/min，假设均料辊转速和皮带转速一样为1.2 r/min，圆周上装四排耙齿，则耙齿转动1/4圈的时间为60/1.2/4=12.5s，则该时间内落在两排耙齿之间的重量 G=0.31×12.5=3.875 Kg，作用于耙齿上的最大弯矩Mmax=G×g×L=3.875×10×0.165=4Nm。
因为与梗丝直接接触，耙齿材料选用车间常用的食品级304不锈钢材料，查机械设计手册知304不锈钢最大许用应力为 =137MPa。
通过查阅弯曲正应力强度条件校核公式如下所示：
因耙齿安装段要加工成外螺纹的形式，查得标准粗牙普通螺纹大径d=8mm时，小径d1=6.647mm，与计算出的结果接近。但是为了后期实验，耙齿会发生多次拆装，为了提高耙齿安装螺纹可靠性，取直径为10mm的耙齿。
电子秤电机额定功率为0.75KW，输出转速为18 r/min。根据减速器、链条和滚动轴承的传递效率，均料辊轴实际功率P=0.75×0.82×0.97×0.99×0.97×0.99=0.57KW。
所受扭矩T=9550×P/n=9550×0.57/18=300Nm。
均料辊轴材料仍用304不锈钢材料，查机械设计手册知304不锈钢最大许用应力为 =137MPa。许用扭切应力 ，取0.8，则 =110MPa。
按扭转强度计算：
式中：T为转矩，WT为抗扭截面系数，对圆截面WT= ， 为许用扭切应力。则
通过估算，均料辊轴最小直径取25mm，即安装链轮的轴头段直径。为便于安装轴承，轴颈直径选30mm。为保证均料辊轴强度且方便安装耙齿，耙齿安装段直径选为50mm，耙齿段与轴颈过渡段直径为40mm。
为减小在轴上打孔的应力集中，耙齿在均料辊轴圆周上均匀对称分布，加工孔为通孔。根据耙齿的螺纹尺寸，每个圆周面上加工4个深度为20mm的M10螺纹孔。螺孔轴向间距50mm，共15列。为提高松散效果，耙齿在轴向上斜线分布，使梗丝下落后与不同部位耙齿持续接触不中断。
3结束语
梗丝掺配电子秤均料装置的研制项目从车间生产中的实际问题入手，通过综合分析，提出了解决方案，在电子秤上首次运用均料装置。通过设计计算确定了主要零部件结构尺寸。应用测试数据表明，设计的均料装置使用后，梗丝在输送带上的布料均匀程度得到改善，推广至膨胀丝掺配电子秤使用后，使整个掺配工序单位时间内掺配均匀度得到提高，成品烟丝质量得到提高。
參考文献
[1]机械设计手册编委会.《机械设计手册》. 机械工业出版社.2007年5月.
[2]昆明船舶设备集团有限公司云南昆船设计研究院.《C（J、K、P）6E 型电子皮带秤使用说明书》.2012年4月.
作者简介
钱智瑞，1980年 男 汉族 云南玉溪 技术员 本科生 研究方向：制丝修理 单位信息：红塔烟草（集团）有限责任公司玉溪卷烟厂。