摘要：围绕烤烟初加工环节烟梗副产物的高效分级利用，设计了一套智能化烟梗筛分系统，并进行了离散元仿真与实验验证。基于不同产区烟梗粒径分布和含水率变化，建立振动筛分—气流分级联合仿真模型，优化给料量、振幅、风量等关键工艺参数。仿真与台架试验结果表明，在处理量约1.5 t/h工况下，筛分效率可达92.3%，梗丝中杂质混入率控制在3%以下，破碎率较现有工艺降低约4%，单位产量能耗下降约11%。研究结果为烟草副产物绿色高值利用及制丝线智能化改造提供了数据支撑。

　　关键词：烟梗筛分；智能化装备；离散元仿真；振动筛；试验验证

　　1.引言

　　烤烟初加工产生烟梗，筛分分级不当会降低梗丝再利用率，影响卷烟质量和能源利用效率[1]。近年来部分制丝线逐步采用滚筒式二级或多级筛分并配套光电色选，实现粒度粗选与颜色、表面缺陷精选相结合，但在多数初加工点仍主要依赖振动筛分且按经验设定工况，难以适应不同产区和批次烟梗粒度及含水率波动，常出现筛分效率低、杂质高、粉沫多等问题。在绿色加工和节能减排要求下，有必要在现有振动筛基础上引入智能感知与自适应控制，对筛分过程开展仿真和试验研究，提升烟梗副产物利用水平。

　　2.智能化烟梗筛分系统设计

　　2.1烟梗物料特性及分级指标

　　烤烟初加工线下脚料中烟梗粒径跨度大、形状不规则，含水率受产区气候、烘烤工艺和贮存条件影响明显[2]。对三个不同烟叶产区样品测定表明，烟梗长度集中在5—40 mm，粉末（d＜2 mm）质量分数约为12%—16%，含水率在14%—18%。将烟梗划分为可利用梗丝、粗梗、细梗和粉末四级如表1所示。

　　为定量评价分级效果，采用筛分效率η、杂质混入率δ、破碎率β和单位产量能耗E等指标。筛分效率定义为：

　　2.2烟梗筛分系统总体结构与物料流程

　　流程如图1。烟梗经上料系统和给料整形单元由变频皮带送入预筛单元，去除大块异物和部分粉尘；随后进入三层主振动筛箱，上层分出粗梗，下层分出细梗，中层物料送入气流分级室，分离轻质杂质与梗丝成品。粗梗入回配仓，梗丝成品入梗丝仓，各出料口粉尘汇入粉沫收集箱，实现粗梗、梗丝、细梗和粉沫的分级回收，同时在整体布置上与现有振动筛梗线兼容，并预留与滚筒式多级筛分及光电色选设备串联的接口，以便扩展“粗选+精选”的联合分选工艺。

　　2.3关键部件与智能控制单元配置

　　主振动筛箱为焊接钢结构，双侧振动电机驱动，偏心块调节振幅，频率由变频器控制，范围12—20 Hz；筛面采用耐磨聚氨酯/不锈钢网组合，以适应粉尘环境。气流分级室配可调风量离心风机和导流板，布置风压、风速和温度传感器。控制系统以PLC为核心，采集给料流量及振动电机、风机电流，按“给料量—振动参数—风量”联动控制，在设定处理量下自动修正振幅和风速，维持筛面负荷稳定，并预留工业相机接口扩展在线粒度监测，为后续光电色选等光学分选单元集成提供条件。

　　3.筛分过程模型仿真与参数优化

　　3.1振动筛分气流分级联合模型建立

　　采用离散元法建立振动筛分模型，将烟梗视为由若干球元体团聚而成的不规则颗粒，设置不同粒级的尺寸分布、密度和摩擦参数；筛面几何体由三维建模后导入仿真软件，定义筛面倾角、振动频率和振幅等边界条件。气流分级部分采用气固两相简化模型，以振动筛出口颗粒粒度和速度分布作为入口条件，计算不同风速下颗粒轨迹和分布情况，形成“振动筛分+气流分级”联合仿真框架。

　　3.2基于离散元的物料运动与筛分仿真

　　在给料量1.0—2.0 t/h、振动频率14—18 Hz、振幅2.5—4.5 mm范围内进行仿真，记录烟梗颗粒在筛面上的停留时间和透筛情况。结果表明适当提高振幅有利于物料松散和薄层，但振幅过大则导致颗粒抛掷、透筛概率下降；筛面开孔率由22%提高到28%时，可利用梗丝级筛分效率提高约3%。气流分级仿真显示，当风速控制在6.0—6.5 m/s时，轻质烟叶碎片被剔除，而大部分梗丝可稳定通过下游通道。

　　3.3给料量、振动参数、风量等工艺参数优化

　　以筛分效率最大化、杂质混入率和破碎率最小化、单位能耗较低为目标，构建多指标综合评价函数，对仿真结果进行正交分析[3]。优化工况为：给料量1.5 t/h，振动频率16 Hz，振幅3.5 mm，风速6.5 m/s，在该组合下，仿真预测筛分效率约为93%，杂质混入率约2.5%，粉末质量分数较初始工况降低约3%，为后续台架试验提供了参数区间。

　　4.实验平台搭建与试验方法

　　4.1实验系统组成与工况设定

　　在烟叶产区初加工站搭建中试平台，布置与仿真模型一致，包括上料系统、预筛单元、三层振动筛、气流分级室及电控系统。设定1.0、1.5、2.0 t/h处理量，在每档下组合不同振动频率、振幅和风速，构成试验组合如表2所示。

　　4.2样品制备及分级评价指标

　　试验烟梗采自三个主产乡镇初加工点。试验前人工剔除异物（石块、金属件、非烟草残体等），混合均匀后调湿，使含水率控制在15%±1%。各级出口按设定时间间隔采样，采用标准检验筛测定粒度分布，按照式（1）-式（4）计算各实验指标。

　　4.3数据采集与试验结果处理

　　数据采集模块实时记录给料流量、电机功率、风压等运行参数。利用统计软件计算各指标均值和标准差，对不同工况下筛分效果进行方差分析，评估给料量、振动频率和风速对关键指标的影响显著性。

　　5.仿真与实验结果对比分析

　　5.1筛分效率与粒度分布对比

　　在优化工况W 5下，实验测得可利用梗丝级筛分效率为92.3%，与联合仿真预测值93%相比，相对误差小于3%。随着处理量由1.5 t/h增至2.0 t/h，筛分效率由92.3%降至约86%，与仿真预测趋势一致，表明模型能较好反映设备处理能力上限。

　　粒度分布结果显示，可利用梗丝集中在8—25 mm，满足制丝生产线对粒度均匀性的要求。与仿真相比，实测粉末比例略高，与烟梗纤维结构复杂、局部受力集中和筛面磨损有关[4]。

　　5.2混入率、破碎率与能耗指标分析

　　与现行产区梗线相比，试验系统在相同处理量下将梗丝杂质混入率由5%—6%降至3%以内，粉沫质量分数由约14%降至约10%；单位产量能耗约4.0 kWh/t，较原工艺降低约10%。说明仿真优化工艺参数具有可操作性和节能优势。

　　5.3偏差来源与模型修正

　　结合样品形貌和含水率复测，仿真与实验偏差主要来源于烟梗纤维结构导致的非经典破碎行为及筛面局部磨损。通过二次标定接触参数并在模型中引入经验破碎判据后，对部分工况重新仿真，粉沫质量分数预测误差由±5%收敛到±3%以内，提高了模型在不同产区推广应用的可靠性。

　　6.结语

　　面向烤烟初加工烟梗副产物分级利用需求，构建智能化烟梗筛分系统，并通过联合仿真与中试试验验证其参数配置。结果表明，在典型产区条件下，系统能够提高梗丝分级质量，降低杂质混入率和粉沫生成，改善单位能耗，且可在不改动既有梗线布置的前提下接入运行，适应不同产区和批次烟梗差异。该系统具备在集中初加工站推广应用的可行性。同时，系统更侧重于振动筛基础上的智能化升级，未来可与滚筒筛、色选机等技术联用，实现“物理特性+光学特性”的联合分选。

参考文献:

　　[1]刘波兰,皮舟.烟梗筛分系统的研究与应用[J].设备管理与维修,2024(09):133-136.

　　[2]唐一榕,葛玉超.一种烟梗与梗头二级筛分装置的研制[J].设备管理与维修,2023(24):29-31.

　　[3]王汉岭.一种可调式烟梗筛分装置[J].设备管理与维修,2018(14):115-116.

　　[4]王博.基于ZJ116卷接机烟梗在线自动取样装置电气设计[J].机械管理开发,2016,31(02):75-76+85.