切絲工藝參數(shù)對切絲質(zhì)量及工藝消耗的影響研究

邵寧

（貴州中煙有限責(zé)任公司技術(shù)中心，貴州貴陽 550003）

0 引言

消耗作為卷煙企業(yè)較為關(guān)注的重要經(jīng)濟指標，它的高低是企業(yè)技術(shù)水平、生產(chǎn)加工水平和管理水平的綜合體現(xiàn)[1-2]。近年來隨著制絲過程控制技術(shù)的提高和新一代卷煙機械的優(yōu)越性能，在保證卷煙質(zhì)量的前提下從加工技術(shù)方面大幅度降低了原料消耗。切絲是一個特別重要的工序，工藝任務(wù)是將煙片按設(shè)定要求切成寬度均勻的葉絲，以滿足后續(xù)加工要求[3-4]。切絲機的主要功能是將煙葉切成煙絲，在切絲的過程中必然會產(chǎn)生灰塵，產(chǎn)生造碎，不合理的切絲機參數(shù)設(shè)置不僅會影響切絲質(zhì)量，還會影響葉絲的耐加工性，對后續(xù)工序的生產(chǎn)產(chǎn)生影響。

1 儀器與方法

1.1 設(shè)備與儀器

SQ341 滾刀式切絲機，SH628B 薄板式烘絲機，電子天平，煙絲結(jié)構(gòu)檢測儀，煙草投影儀，電子秤。

1.2 材料與方法

A 卷煙廠B 品牌煙絲，B 品牌所用梗絲。

2 切絲機參數(shù)對切絲質(zhì)量的影響

切絲機是煙草制絲生產(chǎn)線上非常重要的生產(chǎn)設(shè)備，它決定了煙絲的寬度和彈性，而質(zhì)量指標切絲寬度對煙絲結(jié)構(gòu)、卷煙物理指標、卷煙煙氣成分及卷煙感官質(zhì)量都有不同程度的影響[5-7]。

2.1 刀輥轉(zhuǎn)速對葉絲結(jié)構(gòu)的影響

SQ 系列切絲機中切絲寬度的控制是通過數(shù)字控制，刀輥電機為主動電機，當進行恒流量切絲時，PLC 根據(jù)刀門高度的升高或降低信號對刀輥轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，達到切絲寬度、刀門高度和刀輥轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)匹配，完成切絲的恒流量生產(chǎn)。崔升等[8]研究發(fā)現(xiàn)刀輥轉(zhuǎn)速與切絲合格率關(guān)系顯著，且呈一元二次關(guān)系；切絲合格率影響因素的主次順序為：刀輥轉(zhuǎn)速＞刀門壓力＞排鏈比速。通過查閱文獻與技術(shù)人員交流最后對切絲機參數(shù)的調(diào)整研究集中在刀輥轉(zhuǎn)速上。

首先對刀輥轉(zhuǎn)速進行了梯度測試，將刀輥轉(zhuǎn)速從300～450 r/min每50 r/min 為一個梯度進行設(shè)置并測試，切后對葉絲進行了葉絲結(jié)構(gòu)檢測（表1，圖1）。從數(shù)據(jù)可以看出：①刀輥轉(zhuǎn)速在300～350 r/min 時，切后葉絲整絲率除80.01%一個離群值，整體在82.80%～83.22%，且較穩(wěn)定；②刀輥轉(zhuǎn)速在400～450 r/min 時，整絲率波動較大；③刀輥轉(zhuǎn)速在300～350 r/min 時，切后葉絲碎絲率除2.03%一個離群值，整體在1.58%～1.67%，且較穩(wěn)定；④刀輥轉(zhuǎn)速在400～450 r/min 時，碎絲率波動較大。

圖1 不同刀輥轉(zhuǎn)速下的整絲率、碎絲率

表1 不同刀輥轉(zhuǎn)速下的葉絲整絲率和碎絲率

2.2 刀輥轉(zhuǎn)速對切絲寬度的影響

由于切后葉絲水分較高，且切后葉絲較軟，而梗簽較硬，切后變形程度較葉絲輕，所以為提高數(shù)據(jù)可信程度，在測量切后葉絲寬度的同時，同步將切后葉絲中的梗簽進行了寬度測量，切絲目標寬度為1.0 mm（表2，圖2）。根據(jù)不同刀輥轉(zhuǎn)速下檢測的煙絲寬度與梗絲寬度，將兩者做了相關(guān)分析：煙絲寬度與梗絲寬度在0.01 水平上存在強相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.794，可以將梗絲寬度作為葉絲寬度的特征寬度進行參考評價（表3）。

表3 煙絲寬度與梗絲寬度的相關(guān)分析

圖2 不同刀輥轉(zhuǎn)速下的葉絲寬度與梗簽寬度

表2 不同刀輥轉(zhuǎn)速下葉絲寬度與梗簽寬度

2.3 切絲質(zhì)量綜合分析

根據(jù)上述對切絲機刀輥轉(zhuǎn)速不同梯度試驗獲得的數(shù)據(jù)，對葉絲寬度標準偏差、特征寬度、均勻性系數(shù)、合格率等指標整理繪制箱線圖（圖3～圖6）。從數(shù)據(jù)可以看出：①切絲后梗簽寬度與葉絲寬度趨勢圖看出變化趨勢一致，且相關(guān)性分析結(jié)果表明，相關(guān)系數(shù)為0.794，相關(guān)性極顯著，可以將梗絲寬度作為葉絲寬度的特征表示結(jié)果；②從切后寬度變化趨勢圖上看，刀輥轉(zhuǎn)速在300～350 r/min 時，切絲寬度符合1.0 mm 的目標設(shè)定值，刀輥轉(zhuǎn)速達到400 r/min以上時，出現(xiàn)了切絲寬度降低的情況；③刀輥轉(zhuǎn)速在300 r/min、350 r/min 時 的標偏和合格率指標箱線圖，300 r/min 時的葉絲寬度標偏較集中，且數(shù)據(jù)分布優(yōu)于350 r/min 時的分布水平；④合格率指標每梯度3 個數(shù)據(jù)，整體看來，300 r/min時的合格率明顯優(yōu)于其他梯度。

圖3 標準偏差

3 切絲機參數(shù)優(yōu)化后對葉絲質(zhì)量及工藝消耗的影響

3.1 切絲機參數(shù)優(yōu)化后對葉絲質(zhì)量影響

根據(jù)以上對切絲機參數(shù)優(yōu)化進行的研究，對刀輥轉(zhuǎn)速調(diào)整至300 r/min，并對刀輥系統(tǒng)（刀輥主軸、壓刀板、刀片）、上下排鏈傳動主軸、軸承油封等更換為原廠新件后，對葉絲寬度進行檢測（表4）。優(yōu)化前后均滿足切絲要求，葉絲寬度合格率提高1.79%，標準偏差變化不大，變異系數(shù)降低了0.27%。本次測試葉絲寬度合格率與穩(wěn)定性較之前略好。

表4 切絲機參數(shù)優(yōu)化前后葉絲切絲質(zhì)量

3.2 切絲機參數(shù)優(yōu)化后對工藝消耗的影響

制絲生產(chǎn)過程中，造碎程度最大的環(huán)節(jié)是切絲機?？紤]到切絲機相鄰的下游工序是烘絲、葉絲風(fēng)選，但相隔工序太遠會增加變量，目前考慮評價切絲機消耗程度較好的指標是切絲機本身的除塵量和烘絲機除塵量（表5，圖7，圖8）。

圖7 切絲機參數(shù)優(yōu)化前后切絲機除塵情況

圖8 切絲機參數(shù)優(yōu)化前后烘絲機除塵情況

表5 切絲機參數(shù)優(yōu)化前后消耗對比情況kg

圖4 特征寬度

圖5 均勻性系數(shù)

（1）從切絲機除塵量變化趨勢圖可以看出，優(yōu)化前后，切絲機集中收塵變化不大，本地收塵量在優(yōu)化前后有減少趨勢但是除塵量變化不明顯。這是由于切絲機加工物料含水率高，在切絲過程中產(chǎn)生的粉末大量粘附在煙絲上，難以被除塵系統(tǒng)抽走導(dǎo)致的。這個數(shù)據(jù)也反映了用切絲機除塵數(shù)據(jù)表征切絲機造碎是不合適的。

（2）從烘絲機除塵量變化趨勢可以看出，經(jīng)過優(yōu)化烘絲機除塵量逐步降低。由于烘絲是切絲緊挨的下一個工序，且4 個測試批次都是統(tǒng)一品牌，由于原料差異帶來的耐加工程度差異可忽略，且4 個測試批次的烘絲機參數(shù)未發(fā)生變化，因此，烘絲機的除塵量的變化趨勢可視同切絲機造碎程度的變化趨勢。

綜上，通過對切絲機調(diào)整優(yōu)化，使用烘絲機除塵量作為表征手段，烘絲機除塵量從優(yōu)化前41.78 kg 降到12.78 kg，共減少29 kg，降幅為69.4%。切絲機造碎情況改善明顯。

4 結(jié)論

（1）切絲機刀輥轉(zhuǎn)速在300 r/min、350 r/min 時，切后葉絲整絲率在82.80%～83.22%，且較穩(wěn)定；切后葉絲碎絲率在1.58%～1.67%，較穩(wěn)定。

（2）由于葉絲寬度與梗絲寬度的強相關(guān)性，不同刀輥轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)通過箱線圖表征，刀輥轉(zhuǎn)速在300 r/min 時的葉絲寬度標偏、合格率、均勻性系數(shù)等數(shù)據(jù)分布均優(yōu)于350 r/min 時的分布水平。整體看來，300 r/min 時的切絲質(zhì)量明顯優(yōu)于其他梯度。

（3）經(jīng)過切絲機參數(shù)調(diào)整后，優(yōu)化后葉絲寬度合格率提高1.79%，標準偏差變化不大，變異系數(shù)降低了0.27%，葉絲寬度合格率與穩(wěn)定性較之前略好。優(yōu)化前后，切絲機集中收塵變化不大，本地收塵量在優(yōu)化前后有減少趨勢但是除塵量變化不明顯。烘絲機除塵量從優(yōu)化前41.78 kg 降到12.78 kg，共減少29 kg，降幅為69.4%。切絲機造碎情況得到明顯改善。