錢文聰 李丹 楊麗霞

摘 ?要：PT70卷煙機運行參數(shù)中小風機轉(zhuǎn)速、回絲量以及VE風室負壓是對煙支重量穩(wěn)定性影響較大的運行參數(shù)。通過實驗以獲得煙支重量標準偏差，從而確定各運行參數(shù)對煙支重量穩(wěn)定性的影響，并以此為依據(jù)，對運行參數(shù)進行優(yōu)化，以提高煙支重量穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：卷煙機;運行參數(shù);重量穩(wěn)定性

中圖分類號：TS43 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）25-0077-04

Abstract： Roller speed of small fan， rate of recycling excess tobacco and negative pressure of VE are the operating parameters of cigarette maker that affect the stability of cigarette weight powerfully. The data of cigarette standard deviation getting from the experiment is researched to find out the relationship between the operating parameters and the stability of cigarette weight. And an optimization process is launched based on the relationship to enhance the stability of cigarette weight.

Keywords： cigarette maker; operating parameters; stability of cigarette weight

PT70卷煙機是國內(nèi)卷煙生產(chǎn)企業(yè)廣泛使用的設(shè)備[1]，其煙支的重量控制是卷煙生產(chǎn)工藝中一個極為重要的環(huán)節(jié)。煙支重量直接決定了卷煙的抽吸口數(shù)，進而影響了煙氣焦油含量、卷煙吸阻等煙支特性[2]。提高煙支重量穩(wěn)定性能夠降低煙支的差異性，這對煙支品質(zhì)具有積極影響。

煙支重量穩(wěn)定性的量化采用的是重量標準偏差，重量標準偏差越小則說明重量穩(wěn)定性越好。煙條形成的質(zhì)量是影響煙支重量標準偏差的重要方面，當煙條形成時，若其密度分布均勻，煙絲密實，可使煙條最終經(jīng)過平準器修剪后，質(zhì)量密度較為均勻，從而降低重量標準偏差。因此考慮對PT70卷煙機煙條形成過程中影響較大的小風機轉(zhuǎn)速、回絲量以及VE風室負壓三個運行參數(shù)進行優(yōu)化，以降低重量標準偏差，提升煙支重量穩(wěn)定性。

1 煙條形成工藝過程及優(yōu)化參數(shù)選取

PT70卷煙機煙條形是在該套設(shè)備的VE部分完成，煙條形成的工藝過程是[3]：煙絲由陡角提升輸送帶送入堆料槽，針輥按照生產(chǎn)速度比例從堆料槽中梳取煙絲，彈絲輥則將針輥梳取的煙絲剝離，均勻地鋪在煙絲輸送帶上，由輸送帶送至風分裝置，風分裝置中有噴射氣流作用，質(zhì)量較重的煙絲結(jié)團和煙梗落入螺旋回梗機構(gòu)，被送至二次風分裝置，質(zhì)量較輕的煙絲被氣流吹向拋絲輥，經(jīng)拋絲輥和氣流共同作用被拋向負壓室吸絲帶，在負壓作用下，煙絲被吸附于吸絲帶上向下游輸送，經(jīng)平準器修剪后，經(jīng)過煙舌等機構(gòu)壓縮后進入SE部分，形成煙條。

卷煙機煙條形成主要與VE的幾個運行參數(shù)有關(guān)：小風機轉(zhuǎn)速、回絲量以及VE風室負壓。小風機轉(zhuǎn)速決定著風分裝置中噴射氣流的強弱，這一方面影響著經(jīng)拋絲輥吹向吸絲帶煙絲分布的均勻性，另一方面影響著不均勻煙絲團和梗簽的剔除，從而影響煙條形成的質(zhì)量;回絲量決定著煙絲的供給量;VE風室負壓決定著從噴射氣流中吸取煙絲和輸送煙條的能力。這幾個運行參數(shù)直接影響著煙條形成的質(zhì)量，從而影響著煙支重量的穩(wěn)定性。為了穩(wěn)定煙支重量，降低重量標準偏差，需要對這幾個參數(shù)進行優(yōu)化。這里煙支重量的穩(wěn)定性指標采用重量短時標準差作為指標。

2 試驗

選定的試驗設(shè)備為生產(chǎn)某牌號細支產(chǎn)品的PT70卷煙機進行，設(shè)定不同的運行參數(shù)梯度：小風機轉(zhuǎn)速（800控制脈沖、900控制脈沖、950控制脈沖、1000控制脈沖、1050控制脈沖、1100控制脈沖、1200控制脈沖），回絲量（100控制脈沖、150控制脈沖、200控制脈沖、250控制脈沖、300控制脈沖、350控制脈沖、400控制脈沖、500控制脈沖），VE風室負壓（-80MPa、-85MPa、-90MPa、-95MPa、-100MPa、-105MPa、-110MPa）。通過變換運行參數(shù)組合，獲得不同運行參數(shù)下的重量短時標準差，以研究這三個運行參數(shù)對煙支的重量穩(wěn)定性影響。實驗時保持其他運行參數(shù)不變，包括生產(chǎn)速度，同時保證所使用的煙絲為同一批產(chǎn)品。

3 運行參數(shù)與煙支重量穩(wěn)定性的關(guān)系

為使后文敘述及圖表表達清晰方便，小風機轉(zhuǎn)速以N表示，回絲量以B表示，VE風室負壓以F表示，煙支重量標準差以E表示?？紤]到小風機轉(zhuǎn)速是連續(xù)變化;回絲量的調(diào)整過程是由電機加減速連續(xù)變動實現(xiàn)的;風室負壓的調(diào)節(jié)是通過改變風門開度來實現(xiàn)的，風門開度的調(diào)節(jié)則是一個連續(xù)的過程;并且在這幾個參數(shù)變化期間重量短時標準差未出現(xiàn)躍變，亦可認為變化是連續(xù)的，重量短時標準差特征曲線也應該是平滑連續(xù)的。因此實驗數(shù)據(jù)采用三次樣條曲線插值即可獲各參數(shù)重量短時標準差特征曲線。

3.1 小風機轉(zhuǎn)速與煙支重量穩(wěn)定性的關(guān)系

小風機轉(zhuǎn)速直接決定了風分裝置中氣流的強弱，該氣流有兩個作用，一個是分離煙絲和煙梗，另一個是為拋絲輥提供輸送氣流，以使煙絲輸送至吸絲帶下方。

實驗數(shù)據(jù)采用三次樣條曲線插值即可獲得小風機轉(zhuǎn)速-重量短時標準差特征曲線，即N-E特征曲線。圖1為回絲量B=300控制脈沖、VE風室負壓F=-80MPa條件下的N-E特征曲線。

由圖1可以看出，隨小風機轉(zhuǎn)速N的增加，重量短時標準差E迅速下降，重量的穩(wěn)定性迅速提高，重量短時標準差E在達到谷底后，隨小風機轉(zhuǎn)速的增加又逐漸增大，重量穩(wěn)定性逐漸降低。經(jīng)分析，在到達谷底前，小風機轉(zhuǎn)速較低，輸送氣流強度較低，煙絲分布均勻性較差，導致重量短時標準差E較大;在到達谷底后，輸送氣流強度已經(jīng)能使煙絲獲得較好分布均勻性，但較大的小風機轉(zhuǎn)速又會導致風分氣流過大，致風分過程煙梗及煙絲濕團等剔除不完全，使經(jīng)拋絲輥送向吸絲帶的煙絲純凈度不足，影響煙絲填充，從而導致重量短時標準差E增加，煙支重量穩(wěn)定性下降。

3.2 回絲量與煙支重量穩(wěn)定性的關(guān)系

回絲量的大小決定了卷煙機一定轉(zhuǎn)速下煙絲供給量的多少，當煙絲供給量越大，其在吸絲槽中堆積的厚度就高，經(jīng)過平整圓盤修剪下的煙絲也就越多[4]。

實驗數(shù)據(jù)采用三次樣條曲線插值即可獲得回絲量-重量短時標準差特征曲線，即B-E特征曲線。圖2為小風機轉(zhuǎn)速N=900控制脈沖、VE風室負壓F=-95MPa條件下的B-E特征曲線。

分析圖2可以知道，在回絲量B較低的區(qū)間，重量短時標準差隨回絲量增加迅速降低，當?shù)竭_最低點后，無論回絲量如何增加，重量短時標準都幾乎不再變化，也就是說回絲量進入了飽和區(qū)間。通過對設(shè)備的分析，在非飽和區(qū)間內(nèi)吸絲槽中的煙絲堆積厚度隨著回絲量的增加而增大，吸絲槽中較厚的煙絲可以使經(jīng)平整圓盤修剪的煙條煙絲分布更加均勻，但是隨著回絲量進入飽和區(qū)間，煙絲堆積厚度已經(jīng)到達極限高度，故即便回絲量再增加，煙絲厚度也不會再變化，這就使得重量短時標準差基本不再變化，重量穩(wěn)定性達到最高。

3.3 VE風室負壓與煙支重量穩(wěn)定性的關(guān)系

VE風室負壓一方面起到從輸送氣流中吸取煙絲的作用，一方面也為吸絲帶提供煙絲輸送的負壓吸力。

實驗數(shù)據(jù)采用三次樣條曲線插值即可獲得VE風室負壓-重量短時標準差特征曲線，即F-E特征曲線。圖3為小風機轉(zhuǎn)速N=950控制脈沖、回絲量B=350控制脈沖條件下的F-E特征曲線。

由圖3分析可知，在VE風室負壓F絕對值較小的區(qū)間，重量短時標準E隨VE風室負壓絕對值的增加迅速降低，這意味著重量的穩(wěn)定性迅速提高，當重量短時標準達到最低點后，隨VE風室負壓絕對值的增加，重量短時標準又隨之逐漸增大，即重量穩(wěn)定性變差。經(jīng)過對設(shè)備的分析，形成這樣的F-E特征曲線是因為在E到達谷底前，隨著VE風室負壓絕對值的增加，吸絲槽能夠更多的吸取輸送氣流中的煙絲，使得煙絲堆積厚度增加，這有利于在經(jīng)過平整圓盤修剪后獲填充更加飽滿的煙條，同時，增加的VE風室負壓絕對值也會使吸絲帶在輸送煙絲時，更少的掉落煙絲，從而獲得較為均勻的煙絲分布。但當重量短時標準差達到最低點后，隨著VE風室負壓絕對值的增大，會導致煙絲在吸絲帶和吸絲槽中被吸附得過緊，使得煙絲在吸絲帶輸送過程中運動出現(xiàn)卡阻，造成最終的煙絲填充質(zhì)量下降，導致重量穩(wěn)定性變差。

4 運行參數(shù)優(yōu)化

參數(shù)優(yōu)化的目的是獲得最佳的重量穩(wěn)定性，即獲得最小的重量短時標準差。小風機轉(zhuǎn)速、回絲量以及VE風室負壓對重量穩(wěn)定性的影響可以由N-E、B-E以及F-E特征曲線獲得。由于各特征曲線是在其余兩個運行參數(shù)確定的條件下獲得的，當其余兩個運行參數(shù)變動后，特征曲線也會發(fā)生變動。實際上當其余兩個運行參數(shù)變動后，特征曲線仍然是相似的，其趨勢沒有發(fā)生改變，但是特征曲線形狀和位置會有改變。由圖1及圖3可知，最小的重量短時標準差出現(xiàn)在N-E、F-E特征曲線的最低點。由于其余兩個運行參數(shù)的變動會使特征曲線出現(xiàn)變化，雖然仍然是相似的，但特征曲線的最低點位置會發(fā)生變化，這就無法單獨使用N-E或F-E特征曲線來獲得最優(yōu)的小風機轉(zhuǎn)速N或VE風室負壓F。由圖2可知，B-E特征曲線只要回絲量B到達飽和區(qū)間就可以使重量短時標準差獲得最小值，即便其余兩個運行參數(shù)改變，仍然可以找到合適的回絲量B，使不同的B-E特征曲線處于飽和區(qū)間。所以優(yōu)先對回絲量進行優(yōu)化。

4.1 回絲量的優(yōu)化

當小風機轉(zhuǎn)速N或VE風室負壓F改變后，可獲得不同的B-E特征曲線，如圖4所示，為不同小風機轉(zhuǎn)速N或VE風室負壓F條件下的B-E特征曲線。在N=900、F=-95MPa條件下，B-E特征曲線在B=300時開始進入飽和區(qū)間，在N=1000、F=-105MPa條件下，B-E特征曲線在B=280時開始進入飽和區(qū)間，進入飽和區(qū)間后重量短時標準差E幾乎無變化，且處于最小值，實際上，當B=300時，各條件下的B-E特征曲線都能夠進入飽和區(qū)間?？紤]到回絲量越大，煙絲造碎程度越大，同時較高的回絲量會使回絲機構(gòu)的堵塞風險變大，因此，滿足飽和區(qū)間的最小回絲量就為最優(yōu)值，故B=300為最優(yōu)回絲量。

4.2 小風機轉(zhuǎn)速及VE風室負壓的優(yōu)化

在回絲量確定為B=300控制脈沖的條件下，對獲得的不同小風機轉(zhuǎn)速N及VE風室負壓F條件下的重量短時標準差E進行空間差值，從而可以獲得對應的N-F-E曲面，對小風機轉(zhuǎn)速及VE風室負壓聯(lián)合優(yōu)化，以獲得最小的重量短時標準差。

圖5為N-F-E曲面的空間圖像，圖6為N-F-E等值圖。由圖5、圖6可以看出N-F-E曲面為一個具有谷底的空間曲面，最小短時標準差區(qū)域?qū)男★L機轉(zhuǎn)速N及VE風室負壓值即為所需最優(yōu)值。由于小風機轉(zhuǎn)速N過小時，容易出現(xiàn)絲梗分離不完全的情況，二次風分裝置中的煙絲含量會比較高，存在煙絲浪費，故將N的最優(yōu)值選定為1000控制脈沖;而當VE風室負壓值升高F，吸絲槽堵塞的風險就將增大，故VE風室負壓F選定為-99MPa。

4.3 優(yōu)化效果

通過上述優(yōu)化過程獲得的最優(yōu)運行參數(shù)組合為N=1000、B=300、F=-99MPa。按新參數(shù)調(diào)整設(shè)備后，使設(shè)備運行一段時間，待設(shè)備穩(wěn)定后重新獲得重量短時標準差。優(yōu)化前后各運行參數(shù)及重量短時標準差對比如表1所示。

經(jīng)過優(yōu)化，重量短時標準差由7.90mg下降到了6.16mg，下降了22.02%，煙支重量穩(wěn)定性得到了提高，煙支質(zhì)量獲得提升。

5 結(jié)論

小風機轉(zhuǎn)速、回絲量以及風室負壓是影響煙支重量穩(wěn)定性的重要運行參數(shù)，這幾個參數(shù)對煙支重量穩(wěn)定性的影響可以使用N-E、B-E及F-E特性曲線來表征。不同參數(shù)條件下的特征曲線趨勢相同，但具體形狀有所差別。N-E及F-E特性曲線趨勢相似，E都是先隨自變量參數(shù)增大先下降后上升;而B-E則是E先隨自變量參數(shù)增大下降，在到達飽和區(qū)間后不再變動。三個參數(shù)的優(yōu)化流程為：先優(yōu)化回絲量B，而后對小風機轉(zhuǎn)速N和風室負壓F進行聯(lián)合優(yōu)化。經(jīng)過優(yōu)化，煙支重量短時標準差下降了22.02%，煙支重量穩(wěn)定性得到了提高。

參考文獻：

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