盘纸余料自动吸附装置的设计

卢红林，刘韬，钟华，邹庆元，吕波

四川中烟工业有限责任公司绵阳卷烟厂卷包车间，绵阳，621000

摘要

绵阳卷烟厂拥有12台ZJ17型卷烟机，卷烟机在运行过程中，每次更换卷烟纸均需人工及时清理盘纸余料，否则正在使用的盘纸会被余料磨断，引起设备停机。每次重新启动会剔除大量烟支，增加消耗，同时若余料被带到下端，存在开出双层卷烟纸卷烟的质量风险。通过设计一套吸附装置吸附盘纸余料，解决卷烟纸飘落的问题，减少消耗、保证产品质量。

关键词   盘纸余料；吸附装置

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1项目现状

小组针对余料引发断纸的频次进行了统计，达到了1.55次/班，并且做对比实验（人为不清理盘纸余料），实验结果表明人为不处理，断纸频次会增加，达到了15次/班，因此亟待解决盘纸余料飘落的问题。对于我厂现有设备，有正压、负压两种气源，若直接使用负压作为动力，那么存在可能将纸屑、灰尘等杂物吸入负压风机的风险，减小风机寿命。使用正压则需将正压转换成负压，才能将盘纸余料吸附，因此如何利用正压装换成负压才是解决的关键。小组查阅了相关资料，发现可以利用伯努利原理，解决正压产生负压的痛点。

2 项目举措

经查阅相关资料，由流体力学可知，对于不可压缩空气气体（气体在低速进，可近似认为是不可压缩空气）的连续性方程

A× V ₁ =B× V ₂

式中A，B----管道的截面面积，㎡

v1，v2----气流流速，m/s

由上式可知：截面增大，流速减小；截面减小，流速增大。

由不可压缩空气的伯努利理想能量方程：

P1+1/2ρV ₁ ²+mgh1= P2+1/2ρV ₂ ² + mgh2

式中：

P1,P2：截面A，B处相应的压力，Pa

V ₁, V ₂:截面A，B处相应的流速，m/s

ρ：空气的密度，kg/㎡

h1,h2:距离地面高度，m

由上式可知：流速增大，压力降低，当V ₂ ＞V ₁时，P1＞P2,当v2增加到一定值，P2将小于一个大气压务，即产生负压。故可用增大流速来获得负压，产生吸力。

已知我厂正压为0.5-0.7Mpa,测量分支管道在8mm管径内风速为V1=40m/s，压力为300KPa

由伯努利方程：P1+1/2ρV₁²+mgh1= P2+1/2ρV₂² + mgh2

，在本设计中重力势能影响可忽略不计，空气密度ρ=1.239kg/m³

即300000+0.5×1.239×40²=P2+0.5× 1.239× V ₂ ²

要满足P2＜0，则V ₂＞697.04m/s

由A× V ₁ =B× V ₂ ，即3.14×（0.008/2）²×40=B×697.04，

要满足V ₂＞697.04m/s，则横截面B＜2.88mm²

考虑到盘纸的运行轨迹，为避免与吸附通道产生左右剐蹭，设计吸附通道左右为圆角，如左图1所示，则：

横截面面积△S=S₂ -S₁

S₂ =L2×L3+π×（L2/2）²

S₁ =L1×L3+π×（L1/2）²

假设L2=16mm,L ₃=40mm，

S₂ =L2×L3+π×（L2/2）²=840.96mm²

则S₁= S₂ -△S =840.96-2.88=838.08mm²，则L1=15.95

若要△S ＜2.88，则L1＞15.95，在此取15.96mm。校核：当L1=15.96mm，S₁=838.36，△S ₁ =S₂ -S₁=840.96-827.97=2.6mm²＜ △S，满足设计要求。

负压校核：由A× V ₁ =B× V ₂ ，得出V ₂= 772.92 m/s

由伯努利方程P1+1/2ρV ₁ ²= P2+1/2ρV ₂ ²，得出P2=-69101.40Pa；

由公式P × S=W × T（P:吸附真空度Mpa,；S：吸附面积，mm²；W吸附重物，N；T安全系数，垂直方向≥8，本设计重物吸附方向并非垂直，存在一定夹角，但为确保更可靠，在此取T=8）

测得余料重物为2.23g，则P×S=（69101.40×10^-6）×40×12=33.17＞ W × T =2.23×10^-3×10×10=0.223，负压可以将余料吸附住，满足设计要求。

图2  吸附装置示意图

小组根据计算结果，结合实际情况，设计如图2所示盘纸余料吸附装置，以卷烟机盘纸接纸信号为触发信号，通过时间继电器控制电磁阀的通断以控制接通时间，实现自动吸附余料。

3 改进效果

通过此设计实现对盘纸余料的自动吸附，保障生产顺利，减少消耗，同时运用继电器控制，实现了装置的自动化运行，减小人员劳动强度。此装置投入生产运用之后，经30个工作日的跟踪观察，未再出盘纸飘落引起断纸导致停机的情况，并且减少了烟支消耗，消除了双层卷烟纸卷烟的质量隐患。

参考文献

[1]倪玲翠．工程流体力学［Ｍ］．山东东营：中国石油大学出版社，2012.

[2]孙克军．电工手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，2009