卷煙機主要設備參數對卷煙圓周穩定性的影響

黃幼斌 謝 忱

（1.鄭州輕工業學院食品與工程學院 鄭州 2.廣西中煙公司有限責任公司南寧卷煙廠 南寧）

一、引言

在卷煙生產工藝中，卷煙圓周作為卷煙品質的一個重要指標，與卷煙的卷制質量密切相關，并對原材料消耗、主流煙氣和感官質量等各項指標有著直接的影響作用。卷煙圓周控制是卷煙機控制系統的重點和難點，卷煙圓周偏差過大時不但直接影響煙支的多項質量指標如外觀、吸阻、硬度等，而且會造成廢品過多、甚至引起停機。正確合理地控制卷煙圓周，一方面可在一定程度上提高卷煙的質量，對減少有害物質的生成量、減輕吸煙對煙民身體健康的危害程度，具有重要意義。

目前行業在卷煙機設備運行工藝參數優化方面的研究較多，而對卷煙圓周影響方面的研究鮮有報道。應用DOE全因子試驗研究不同大壓板、小壓板及煙舌位置對卷煙圓周波動的影響及參數最佳配置，為卷煙機設備參數的合理設置提供理論基礎。

二、材料與方法

1.材料與設備

烤煙煙絲，A牌號配方，廣西中煙工業有限責任公司；PROTOS-70卷煙機，德國HAUNI公司；多功能綜合測試臺SODIMAX，上海蘭寶佳杰儀器科技公司（法國SODIM有限公司）。

試驗方法。前期對影響卷煙圓周缺陷的原因進行梳理，通過FMEA（潛在因素及影響）分析及方差分析，確定了卷煙機主要設備參數中影響卷煙圓周的3個關鍵因子，即大、小壓板和煙舌位置。

選用追蹤取樣法，在其他各項參數不變條件下，在同一卷煙設備內調整大壓板位置、小壓板位置、煙舌位置參數，待穩定后在卷煙機設備出口取樣，減少其他干擾因素對結果的影響。參數調整后，生產恢復正常且過程控制穩定后取樣30支卷煙。以卷煙圓周作為評價指標。將樣品置于多功能綜合測試臺中，啟動測試臺進行檢測，輸出檢測結果。

固定配方煙絲（A牌號煙絲配方），在設備其他參數恒定的前提下，通過調整大、小壓板及煙舌位置，以卷煙圓周為判定依據，確定最佳調整參數。

三、結果與分析

1.卷煙圓周的單因子試驗

（1）大壓板位置對卷煙圓周的影響。在小壓板位置為7.8 mm、煙舌位置6.8 mm條件下，分別調整大壓板位置為0.8 mm、1 mm，考察大壓板位置對卷煙圓周的影響。對收集的樣本數據進行Mann-Whitney檢驗，卷煙圓周1，取樣數N=30，中位數24.33。卷煙圓周2，取樣數N=30，中位數24.55。ETA1-ETA2的點估計為-0.22，ETA1-ETA2的 95.2置信區間為（-0.26，-0.19），W=465.0。在 0.0000上，ETA1=ETA2與 ETA1≠ETA2 的檢驗結果顯著；在 0.0000顯著性水平上，檢驗結果顯著（已對結調整）。P值＜0.05，表明大壓板位置不同下卷煙圓周均值呈顯著變化，大壓板位置是影響卷煙圓周的顯著原因。

（2）小壓板位置對卷煙圓周的影響。在大壓板位置為0.9 mm，煙舌位置6.8 mm條件下，分別調整小壓板位置為7.7 mm和7.9 mm，考察小壓板位置對卷煙圓周的影響。對收集的樣本數據進行Mann-Whitney檢驗，結果P值＜0.05，表明不同小壓板位置下卷煙圓周有波動，所以小壓板位置是影響卷煙圓周的顯著原因。

（3）煙舌位置對卷煙圓周的影響。在大壓板位置為0.9 mm、小壓板位置7.8 mm條件下，煙舌位置（出口間隙）為6.5 mm、7 mm，考察位置煙舌對卷煙圓周的影響。對收集的樣本數據進行Mann-Whitney檢驗，結果P值＜0.05，表明卷煙圓周隨煙舌位置不同呈顯著變化，煙舌位置是影響卷煙圓周的顯著原因。

2.DOE試驗設計優化卷煙機主要設備參數

根據以上各單因素試驗結果，確定了大、小壓板及煙舌位置，以這3個主要參數作為試驗因素，分析不同試驗因素組合對卷煙圓周穩定性的影響。此外，在保持其他工藝參數恒定、設備運行正常的情況下，對試驗因素的水平進行設置，選擇全因子試驗并安排4個中心點（即23+4）的試驗，用Minitab-16軟件生成3因子2水平4個中心點的全因子試驗設計方案，并隨機化試驗順序，使中心點大體在試驗的開始、中間和結尾，根據試驗方案進行試驗，得到12個試驗處理方案及結果分別見表1、表2。

（1）試驗各因素對卷煙圓周的影響分析。為分析各因素對卷煙圓周的影響，以卷煙圓周為指標Y，利用Minitab-16數據分析軟件對表2的試驗結果進行分析，發現交互作用不顯著，刪除不顯著項后，對選定模型進行優化再次進行分析，得到3個因素與卷煙圓周之間的回歸方程：Y=20.81＋0.72X1＋0.30X2＋0.06X3

表1 DEO試驗水平表

表2 DEO試驗計劃與試驗結果

表3 響應值方差分析表

（2）試驗分析。對試驗回歸模型進行方差分析結果見表3

由表3可知，回歸模型的回歸項P＜0.05，表明模型總體有效。從殘差誤差看，試驗誤差小，說明可用本回歸方程進行分析和預測。

（3）各因素及交互作用對卷煙圓周的影響。各因素對卷煙圓周的影響見圖1～圖3。輸出各因子主效應圖、交互效應圖和等高線，由主效應圖形分析可知，為了若使卷煙圓周達到最大，大壓板位置、小壓板位置、煙舌位置應取上限值。由交互作用圖可知，小壓板位置與煙舌位置交互作用顯著。由等值線圖和曲面圖可知，卷煙圓周在大壓板位置=0.84 mm，小壓板位置=7.70 mm，煙舌位置在7.00 mm時達到最佳值。

圖1 卷煙圓周的主效應圖

圖2 卷煙圓周的交互作用圖

（4）最佳工藝條件優化及試驗模型驗證。為確定各因素的最佳工藝設置利用Minitab-16軟件找出回歸模型Y的最佳值，通過等值線圖和響應優化，可知在大壓板位置（大壓板與煙槍基座間隙）≈0.84 mm，小壓板位置（小壓板進出口徑）≈7.7 mm，煙舌位置（出口間隙）=7 mm時，卷煙圓周最接近目標的值為24.5 mm。在最佳參數條件下進行了3天驗證性實驗，卷煙圓周平均為24.51 mm，卷煙圓周標偏值基本可以控制在23.0 mm以下，卷煙圓周穩定，單支圓周標偏合格率＞96%，與理論值基本上一致，說明試驗的回歸方程可靠。

圖3 卷煙圓周的等值線圖

四、結論

試驗結果表明，卷煙機大壓板位置、小壓板位置、煙舌位置3個主要設備參數對卷煙圓周穩定性有顯著影響。結合生產實際，最佳設備參數組合為大壓板位置0.84 mm，小壓板位置7.7 mm，煙舌位置7 mm時，卷煙圓周標準偏差最小，卷煙圓周穩定性最好。本試驗為卷煙機最佳運行參數的設置和試驗方法提供了一定的理論參考。