烟叶复烤生产线机械传动系统安全阈值研究

引言：

烟叶复烤是烟草加工产业链中的关键环节，其核心目标是通过精准控制温度、湿度及机械作用力，实现烟叶水分均匀化、杂质去除及结构优化。然而，复烤生产线机械传动系统因涉及高速旋转、重载承载及多级联动等复杂工况，长期面临应力集中、疲劳磨损、热变形等安全风险。据行业统计，传动系统故障占复烤线停机时间的 45% 以上，其中链条断裂、轴承卡死、皮带打滑等问题占比超 70% 。传统安全管理模式依赖定期检修与经验判断，难以应对动态工况下的非线性失效风险。

一、烟叶复烤生产线机械传动系统安全阈值的意义

（一）保障设备稳定运行，降低非计划停机风险

烟叶复烤生产线机械传动系统的安全阈值设定，是预防设备过载、疲劳断裂等故障的核心手段。例如，传动链条的张紧力若超过设计阈值（通常为额定载荷的 120% ），会加速链节磨损，导致断链事故，引发整线停机。通过明确应力、振动、温度等参数的安全范围，可实时监测传动部件状态，在超限前触发预警或自动停机，将设备故障率降低 30% 以上，确保复烤线连续稳定运行，避免因停机造成的烟叶质量波动与产能损失。

（二）保护人员安全，规避机械伤害事故

传动系统的高速旋转部件（如齿轮、皮带轮）若缺乏安全阈值管控，易引发卷入、挤压等严重人身伤害。例如，轴承振动加速度超过 5mm/ s² 时，可能因共振导致部件飞溅。通过设定防护装置的联锁阈值（如护罩开启时 0.1 秒内切断动力）、急停按钮响应时间（ ⩽0.2 秒）等安全指标，可构建“人 - 机 - 环境”协同防护体系。行业实践表明，严格的安全阈值管理能使机械伤害事故率下降，切实保障操作人员生命安全。

（三）优化工艺控制，提升烟叶复烤品质

传动系统的稳定运行直接影响烟叶加工精度。例如，复烤机输送带速度波动超过 ±5% 时，会导致烟叶干燥不均，出口水分偏差超出标准（ ±1.5% ）。通过将传动线速度、电机扭矩等参数纳入安全阈值体系，结合闭环控制算法动态调整，可使烟叶水分合格率提升至 98% 以上，减少焦糊、碎叶等质量缺陷。同时，精准的传动控制还能降低能耗10%-15% ，实现安全与效益的双重提升。

二、‌烟叶复烤生产线机械传动系统安全阈值策略

（一）构建多维度安全阈值模型，融合应力、振动与温度参数

以烤片机网板链条传动系统为例，针对其长达百米的输送链条易因弹簧随动张紧导致间歇停顿或蠕动的问题，需建立包含张紧力、振动加速度、轴承温度的复合阈值体系。具体而言，链条张紧力应控制在额定载荷的 80%-120% 范围内，避免过载断裂；振动加速度阈值设定为5mm/s² ，防止共振引发的设备损坏；轴承温度需实时监测，当超过环境温度 30% 时触发预警。某复烤企业通过在链条从动轴加装超越离合器辅助驱动装置，结合上述阈值模型，使链条磨损率降低 60% ，维修周期从每月 1 次延长至每季度 1 次，设备综合效率提升 25% 。该策略通过量化关键参数，将安全阈值从单一指标扩展为多维度协同控制，有效降低了传动系统故障率。

（二）采用动态阈值调整技术，应对工况波动与材料老化

复烤线传动部件长期处于高温（ 60-80‰ ）、高湿（相对湿度 75% 以下）环境，材料性能会随时间衰减。例如，链条材料屈服强度可能因热疲劳降低 15%-20% ，若采用固定阈值，易导致误判或漏判。某企业引入机器学习算法，通过实时采集传动部件的应力分布、振动频谱及温度场数据，建立材料性能衰减预测模型，动态调整安全阈值。当系统检测到链条屈服强度下降至初始值的 85% 时，自动将张紧力阈值从额定载荷的 120% 下调至 110% ，同时提高振动加速度预警阈值至 6mm/s² ，以补偿材料性能损失。实施该策略后，传动系统剩余寿命预测准确率提升，非计划停机时间减少。

（三）集成智能监测与预警系统，实现阈值超限实时响应

传统安全阈值管理依赖人工巡检与定期检修，难以应对突发故障。某复烤企业通过部署物联网传感器网络，在传动系统关键部位（如链条、轴承、齿轮）安装应力传感器、振动加速度计及温度探头，实时采集数据并上传至边缘计算平台。当监测到张紧力超过额定载荷的 120% 、振动加速度突破 5mm/s² 或轴承温度异常升高时，系统立即触发三级预警机制：一级预警通过声光报警提醒操作人员；二级预警自动启动辅助驱动装置分担载荷；三级预警强制停机并锁定设备，防止事故扩大。该系统上线后，传动系统故障响应时间从平均30 分钟缩短至 30 秒，事故损失降低。

（四）建立阈值验证与优化闭环，确保安全与效率平衡

安全阈值的设定需兼顾设备保护与生产效率，避免过度保守导致产能损失。某复烤企业采用“实验- 仿真- 现场验证”的闭环优化方法，首先通过台架试验确定传动部件的极限承载能力，再利用数字孪生技术模拟不同阈值下的系统运行状态，最后在生产线上进行小批量验证。例如，在优化链条张紧力阈值时，初始设定为额定载荷的 110% ，但发现导致链条弹性变形过大，影响输送精度。通过调整阈值至 105% ，并优化超越离合器辅助驱动装置的响应逻辑，既保证了链条安全，又将输送精度从 ±2mm 提升至 ±0.5mm ，片烟水分合格率提高。该策略通过持续迭代优化，使安全阈值既能有效防控风险，又能最大化设备效能。

结语：

烟叶复烤生产线机械传动系统的安全阈值研究，是保障设备稳定运行、人员安全与产品质量的核心命题，更是推动烟草加工行业向智能化、精细化转型的关键支点。从链条张紧力的精准控制到轴承振动频谱的实时监测，从材料热疲劳的动态补偿到多参数协同的智能预警，安全阈值已从单一的经验值演变为融合力学、材料学、控制论与数字技术的复合体系。唯有持续突破学科边界，将安全阈值研究嵌入烟草加工全产业链的协同创新网络，方能构建起“预防 - 监测 - 处置 - 优化”的全生命周期安全体系，为行业高质量发展筑牢根基。

参考文献：

[1] 赵唯琦 , 段显朝 , 张丽颖 , 等 . 烤机温度对烤烟烟叶中致香物质的影响 [J/0L] . 中国农业科技导报（中英文）,1-13[2025-06-30].

[2] 孙勇乾 , 汤守国 . 基于改进 DBO-BP 神经网络的烟叶复烤出口含水率和温度的预测 [J]. 计算机科学 ,2025,52(S1):321-327.