顧秋林，張志剛，許志強(qiáng)，張新攀

(1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128;2河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，鄭州450000)

ZJ17卷煙機(jī)具有質(zhì)量控制精度高、煙絲造碎小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在供絲系統(tǒng)風(fēng)室較小帶來(lái)的梗簽與煙絲分離不完全的缺點(diǎn)。在卷制卷煙過(guò)程中，存在煙支含簽率與簽中含絲率難以平衡的問(wèn)題[1～4]。針對(duì)這一問(wèn)題，根據(jù)設(shè)備工作原理，筆者進(jìn)行了供絲系統(tǒng)工作參數(shù)與梗、絲分離的影響關(guān)系的測(cè)試分析，旨在保證煙支含簽率穩(wěn)定的前提下，降低卷制過(guò)程梗簽剔除量，降低工藝損耗，提高煙絲有效利用率。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

烤煙型二類(lèi)A牌號(hào)卷煙;ZJ17卷接機(jī)組(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司)，AL204－IC電子天平(精度0.0001 g，瑞士 Mettler Toledo公司)。

1.2 工作原理

如圖1所示，針輥1將來(lái)自計(jì)量料槽7的煙絲喂入，落入輸送帶的煙絲流量的大小由其轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，而其轉(zhuǎn)速與其驅(qū)動(dòng)電機(jī)電樞電壓(以下簡(jiǎn)稱(chēng)針輥電壓)成正比關(guān)系;彈絲轆2將針輥上的煙絲均勻彈下落入輸送帶3上，輸送帶載著煙絲以較高的速度拋向風(fēng)分裝置6，該裝置上的空氣噴嘴安裝于輸送帶的左前上方，噴出一束向下的、氣壓保持在1.2×103Pa左右、垂直于輸送帶并分布在輸送帶的整個(gè)寬度上的正壓氣流，將煙絲吹向拋絲輥4后吸絲成形，稍重的煙絲團(tuán)、梗簽和雜質(zhì)憑借自身慣性進(jìn)入拋絲輥4上方的螺旋回梗機(jī)構(gòu)5的料槽內(nèi)，這樣便完成了梗、絲的第一次分離。其分離出的梗絲混合物的多少，可通過(guò)調(diào)節(jié)輸送帶前方梗導(dǎo)向擋板的高度(高出螺旋回梗槽上沿的高度)來(lái)實(shí)現(xiàn)[4]。來(lái)自螺旋回梗機(jī)構(gòu)的梗、絲混合物在二級(jí)梗絲分離風(fēng)室內(nèi)完成二級(jí)梗、絲分離后，煙絲通過(guò)大風(fēng)機(jī)負(fù)壓的作用，吸附到吸絲帶上進(jìn)行煙條成形，梗簽則自由落到梗簽收集槽內(nèi)。在螺旋回梗機(jī)構(gòu)流量和大風(fēng)機(jī)負(fù)壓一定的前提下，梗簽剔除量的多少取決于二級(jí)梗絲分離風(fēng)室的大小，而風(fēng)室的大小要靠改變調(diào)整板的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

從以上YJ17卷煙機(jī)供絲系統(tǒng)和梗絲分離系統(tǒng)工作原理可知，針輥電壓、梗導(dǎo)向板有效高度、大風(fēng)機(jī)負(fù)壓和二級(jí)梗絲分離風(fēng)室調(diào)整板的開(kāi)度等因素影響著梗簽剔除量的多少和吸附到吸絲帶上的煙絲純凈度，進(jìn)而影響煙支含簽率、梗簽剔除量等質(zhì)量、消耗指標(biāo)。

圖1 卷煙機(jī)工作原理

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)及最佳參數(shù)驗(yàn)證

在7 000支/min卷制速度、除塵負(fù)壓9 000 Pa、二級(jí)梗絲分離風(fēng)室調(diào)整板開(kāi)度為4和小風(fēng)機(jī)正壓1.2×103Pa條件下，首先對(duì)針輥電壓、梗導(dǎo)向板高度兩因素與梗、絲分離效果的關(guān)系進(jìn)行全因子DOE試驗(yàn)(包括重復(fù)2次的兩因素兩水平試驗(yàn)和4個(gè)中心點(diǎn)試驗(yàn)，共12次試驗(yàn))，確定兩因素的最佳水平。然后在7 000支/min卷制速度、針輥電壓85 V、梗導(dǎo)向板高度為66 mm和小風(fēng)機(jī)正壓1.2×103Pa條件下，對(duì)大風(fēng)機(jī)負(fù)壓和二級(jí)梗絲分離風(fēng)室調(diào)整板開(kāi)度兩因素與梗、絲分離效果的關(guān)系進(jìn)行全因子DOE試驗(yàn)(共16次試驗(yàn))，并確定后兩因素的最佳水平。最后，以試驗(yàn)確定的最佳參數(shù)為供絲系統(tǒng)工作參數(shù)，進(jìn)行為期一個(gè)月、每班次測(cè)試兩組梗簽剔除量和煙支含簽率的驗(yàn)證測(cè)試，以驗(yàn)證最佳參數(shù)的有效性。

以上DOE試驗(yàn)均采用隨機(jī)試驗(yàn)的方法進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果的分析、預(yù)測(cè)模型的建立和最佳參數(shù)的確定均用Minitab軟件完成。

1.3.2 檢測(cè)方法

在溫度(22±2)℃和濕度(60±5)%的環(huán)境條件下，逐支挑揀出煙支含簽率檢測(cè)樣品中的梗簽，并計(jì)算煙支含簽率。梗簽剔除量按下式計(jì)算:

2 結(jié)果與分析

2.1 一級(jí)梗絲分離試驗(yàn)結(jié)果及分析

一級(jí)梗、絲分離中的諸因素中，針輥電壓×梗導(dǎo)向板高度和針輥電壓梗導(dǎo)向板高度3個(gè)因子的p值均小于0.05，說(shuō)明它們均為影響梗簽剔除量的顯性因素，且對(duì)梗簽剔除量的影響大小依次為梗導(dǎo)向板高度＞針輥電壓×梗導(dǎo)向板高度＞針輥電壓。

一級(jí)梗、絲分離中的諸因素中，針輥電壓和梗導(dǎo)向板高度兩因子的p值均小于0.05，為影響煙支含簽率的顯性因素;針輥電壓×梗導(dǎo)向板高度的p值大于0.05，說(shuō)明其不是顯性因素。將其從因子中刪減后，重新分析，針輥電壓和梗導(dǎo)向板高度對(duì)煙支含簽率的影響相同。

梗簽剔除量和刪減因子后的煙支含簽率“失擬”項(xiàng)的p＞0.05，在現(xiàn)有因子個(gè)數(shù)和試驗(yàn)水平下，回歸模型有效。

表1 一級(jí)梗絲分離DOE試驗(yàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)以上分析結(jié)果，建立起針輥電壓、梗導(dǎo)向板高度及其交互作用與梗簽剔除量和煙支含簽率關(guān)系的預(yù)測(cè)模型，并利用DOE試驗(yàn)的參數(shù)響應(yīng)優(yōu)化器對(duì)一級(jí)梗絲分離參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果如圖2。梗簽剔除量隨針輥電壓和梗導(dǎo)向板高度增高分別增高和降低，煙支含簽率隨針輥電壓和梗導(dǎo)向板高度增高分別降低和增高，豎線可以移動(dòng)調(diào)整參數(shù)，當(dāng)復(fù)合合意性達(dá)到最高點(diǎn)為1.0時(shí)出現(xiàn)一個(gè)最佳區(qū)間，然后結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際控制范圍調(diào)整到最佳位置，豎線調(diào)整的參數(shù)位置為圖中“[]”內(nèi)數(shù)值。

由圖2可知，在針輥電壓85 V、梗導(dǎo)向板高度66 mm條件下，梗簽剔除量＜0.12 kg/萬(wàn)支，煙支含簽率＜2%。

圖2 一級(jí)梗絲分離兩因素參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

2.2 二級(jí)梗絲分離試驗(yàn)結(jié)果及分析

二級(jí)梗、絲分離中的諸因素中，只有大風(fēng)機(jī)負(fù)壓為影響梗簽剔除量的顯性因素，調(diào)整板開(kāi)度和大風(fēng)機(jī)負(fù)壓×調(diào)整板開(kāi)度對(duì)梗簽剔除量的影響不顯著(p＞0.05)，故需要對(duì)模型中的因子數(shù)量進(jìn)行刪減。

因子刪減后，模型“失擬”項(xiàng)的p由刪減前的＜0.05變?yōu)椋?.05，模型的有效性得到確認(rèn)。

同理，在對(duì)二級(jí)梗、絲分離中的諸因素與煙支含簽率的關(guān)系進(jìn)行分析時(shí)，也是只有大風(fēng)機(jī)負(fù)壓是顯性因素，需要對(duì)因子進(jìn)行刪減(刪減后結(jié)果見(jiàn)表3)。由表3中煙支含簽率的模型“失擬”項(xiàng)的p值可知，因子刪減后的模型整體有效。

表2 二級(jí)梗絲分離DOE試驗(yàn)方案和試驗(yàn)結(jié)果

表3 二級(jí)梗絲分離兩因素與梗絲分離效果的關(guān)系分析結(jié)果

(續(xù)表3)

依據(jù)以上分析結(jié)果，建立起大風(fēng)機(jī)負(fù)壓與與梗簽剔除量和煙支含簽率關(guān)系的預(yù)測(cè)模型，并利用DOE試驗(yàn)的參數(shù)優(yōu)化器對(duì)除塵負(fù)壓進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果如圖3。從圖3可見(jiàn)，梗簽剔除量隨大風(fēng)機(jī)負(fù)壓增高而增高，煙支含簽率隨大風(fēng)機(jī)負(fù)壓增高而降低，豎線可以移動(dòng)調(diào)整參數(shù)，當(dāng)復(fù)合合意性達(dá)到最高點(diǎn)為0.80493時(shí)為最佳位置，豎線調(diào)整的參數(shù)位置為圖中“[]”內(nèi)數(shù)值。

由圖3可知:在大風(fēng)機(jī)負(fù)壓9 000 Pa時(shí)，梗簽剔除量＜0.12 kg/萬(wàn)支，煙支含簽率＜3%。

圖3 二級(jí)梗絲分離兩因素參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

2.3 最佳參數(shù)驗(yàn)證結(jié)果

由表4可知，與優(yōu)化前相比，試驗(yàn)參數(shù)的梗簽剔除量由0.168 kg/萬(wàn)支降低到0.119 kg/萬(wàn)支，降幅達(dá)到29.2%，所降部分全部為煙絲，降耗效果明顯;煙支含簽率則變化不明顯，說(shuō)明試驗(yàn)參數(shù)在降低煙支含簽率方面作用有限。

表4 最佳參數(shù)驗(yàn)證結(jié)果

3 結(jié)論與討論

(1)通過(guò)測(cè)試，確定了針輥電壓、梗導(dǎo)向板高度與梗簽剔除量呈正相關(guān)關(guān)系，針輥電壓×梗導(dǎo)向板高度和大風(fēng)機(jī)負(fù)壓與梗簽剔除量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系;梗導(dǎo)向板高度、大風(fēng)機(jī)負(fù)壓與煙支含簽率呈正顯著相關(guān)關(guān)系，針輥電壓與煙支含簽率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，為ZJ17卷煙機(jī)供絲系統(tǒng)工作參數(shù)的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

(2)在一級(jí)檔板高度66 mm、大風(fēng)機(jī)負(fù)壓9 000 Pa、針輥電壓85 V條件下，梗簽剔除量由0.168 kg/萬(wàn)支降低到0.119 kg/萬(wàn)支，降幅達(dá)到29.2%，所降部分全部為煙絲，節(jié)約降耗效果明顯。

(3)本次測(cè)試僅解決了梗簽剔除量大的問(wèn)題，如何降低煙絲中的梗簽含量，提高煙絲松散性，以進(jìn)一步降低煙支含簽率，提高煙支燃燒質(zhì)量還有待進(jìn)一步研究。

[1]陳建中，王廣勝.提高彈絲轆轉(zhuǎn)速，改善煙支質(zhì)量[J].煙草科技，2002(2):16 －17.

[2]李華杰，陳河祥，李躍鋒，等.卷煙機(jī)彈絲轆轉(zhuǎn)速與煙支質(zhì)量控制精度的影響關(guān)系[A]//見(jiàn):中國(guó)煙草學(xué)會(huì)工業(yè)專(zhuān)業(yè)委員會(huì).煙草工藝學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].2006.60－62.

[3]徐 軻，羅 誠(chéng)，曾 海，等.PASSIM8000卷煙機(jī)彈絲轆煙絲造碎分析[J].煙草科技，2011(3):9－11.

[4]魏步建，周躍飛.煙支含簽率的影響因素探討[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002(1):60－62.