基于Protos70的煙支硬度影響因素分析

關鍵詞：protos70，煙支硬度，緊頭位置，煙絲形態，線性相關性，變異系數

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.12.028

1 煙支硬度的定義

煙支硬度[1]的測量過程為在一定的大氣環境條件下，以一定面積的測頭、一定的壓力，施加于煙支一段時間后，該處直徑方向上的長度與原直徑的百分數之比。計算公式為：

H =（D -a）/D *100%=d /D *100%

式中，H —— 硬度，%；a ——壓陷量，m m；D ——壓陷前試料直徑，mm；d ——壓陷后試料直徑，mm。

2 煙支硬度影響因素研究

通過數據庫文獻查詢發現，黃剛、郭春暉等在《煙支硬度檢測結果影響因素分析》[2]中對煙支硬度檢測結果的影響因素進行過相關分析，該研究內容涉及硬度測量結果，并未直接針對造成煙支硬度異常的因素進行分析；倪克平、范鐵楨在《卷煙硬度、吸阻與單支重相關性分析》[3]中研究證明在煙絲填充值一定的情況下，卷煙單支重增加，其硬度也增加，研究內容針對煙支單支克重，并未對PROTOS70卷煙機影響煙支硬度的因素研究。為進一步加強卷制環節對卷煙硬度的把控，擬對卷制環節對涉及的因素進行分析。

3 煙支硬度影響因素分析

當設備正常運轉時，風送裝置從送絲管道中吸取煙絲，經計量輥送至儲料區，儲料區的煙絲經煙絲提升帶送至計量槽內，并進行磁選除雜篩分，而后經針輥、勻絲板和彈絲轆作用送至風室體內部，煙絲在風室體內在螺旋回梗機構和拋絲輥的作用下，重的煙梗、濕團等落至二次風分裝置內，輕的煙絲拋灑至吸絲軌道內，形成連續向前運動的煙絲流，在煙絲送到煙槍之前，劈刀除去多余的煙絲，僅留下達到煙支標準重量的煙絲束。在YJ17供料部分上，劈刀由 SRM 重量控制系統控制。YJ17卷煙部分上的掃描器將控制煙條所需的信息傳送計算機[4]。劈刀除去的煙絲通過主、副回絲輸送帶和落絲振槽送回煙絲貯料區底部，從那里由陡角提絲帶再送回計量料槽，具體如圖1所示。

整個送料過程中，與煙支硬度相關的主要包含以下幾個方面：

（1）物料供給指標：膨脹葉絲儲存后要求控制在填充值≥6.5 g/cm³，整絲率≥70.0%，碎絲率≤4.0%，煙絲彈性≥3.3%，含水率12.5%～14.5%，切絲寬度0 .7～1.1 m m；膨脹干燥后梗絲填充值≥6.5 g/cm³，碎絲率≤3.0%，含水率12.5%～14.5%的指標要求范圍內，梗絲摻配比按不同品規價類的卷煙而定。

（2）設備參數優化：控制梗絲分離的低壓風機向空氣室內送入的空氣壓力大約為12 mbar；吹風口中心和皮帶之間的間隙應為25 mm；回梗時梗導向器頂邊緣和調節螺母之間間距的基本調整值應為67 mm；氣流通道從右到左寬度增加0.4 mm，即右側8.8 mm，左側9.2 mm；吸絲帶張緊氣缸的操作壓力為2.5 bar；刮刀與帶輪之間的間隙≤0.05 mm；鏟刀尖與吸絲帶之間間隙等于0.1 mm，鏟刀與卷紙軌道間的尺寸=煙支直徑加0.2 mm；劈刀盤之間的間隙為0.1 mm；前劈刀盤和刷絲輪之間的間隙B=0.15mm，后劈刀盤和刷絲輪之間的間隙為0.1 mm；刮刀與劈刀盤之間的間隙為0.02 mm。

（3）其他方面：煙支緊頭位置偏移，導致硬度測量時測量位置在緊頭和正常煙絲段之間來回波動；煙絲束在送絲軌道內的煙絲形態差異導致煙支的圓柱兩側填充存在差異；煙支硬度與其他物理指標交互影響導致硬度異常波動。

綜上所述，為了進一步探索煙支硬度的影響因素，從煙支緊頭、送絲軌道內的煙絲形態、與其他物理指標交互影響三個方面進行分析。

4 煙支緊頭、松頭與硬度的關系

煙絲在送絲軌道內向前輸送時，劈刀盤對其進行修剪，切割后的無咀煙支可分為三個區域：緊頭區域、正常煙絲流區域、松頭區域，靠近濾嘴端的為煙支的松頭區域，以PROTOS70卷煙機為例，其平準盤規格為：三深三淺式，深槽弧長25 mm×槽深4 mm，淺槽弧長15 mm×槽深1.5 mm。根據平準盤規格可推算出緊頭區域為12.5 mm，松頭區域為7.5mm。具體如圖2、圖3所示。

如圖3所示，正常煙支的硬度測量位置位于距濾嘴端50～63 mm的區域，而煙支緊頭位置和松頭位置正常情況下均不與測量區域重疊，當緊頭區域嚴重跑偏，即緊頭區域長度位于距離點煙端[（8.5，21）～（34，46.5）]區域時，松頭區域長度距離點煙端[（13.5，21）～（34，41.5）]區域時，由于煙絲緊頭填充過多，煙支硬度的測量值相較于正常煙支將會產生異常。根據實際生產情況，由于煙支松頭跑偏導致煙支硬度值異常的情況基本不可能發生。現場調查某廠卷包車間11組設備的緊頭位置偏移情況，具體如表1所示。

如表1所示，機臺9的緊頭位置偏移可能導致煙支硬度值測量異常，機臺3、機臺5的緊頭位置存在較高的隱患導致硬度測量值異常，其余機組均正常。

5 煙絲在吸絲軌道中的形態

由于煙絲經從拋絲輥處經負壓風的作用拋灑至送絲軌道內，負壓供給的大小將導致煙絲在送絲軌道內呈現不同的形態，當煙絲重力lt;負壓風時，煙絲在送絲軌道內呈漂浮的均勻流，如圖4所示；當煙絲重力=負壓風時，煙絲在送絲軌道內呈上疏下密的非均勻流，如圖5所示；煙絲重力gt;負壓風時，煙絲在送絲軌道內呈滑動流，如圖6所示。為實現硬度值的精準控制而言，均勻流由于在煙支內的煙絲分布較均勻，煙支硬度測量穩定性也較好，但實際生產過程中，當煙絲重力lt;負壓風時，由于負壓風作用力過大，在煙絲拋灑至送絲軌道的過程中會導致煙絲造碎過多，并引發其他質量隱患，如煙支空頭、煙支吸阻異常、煙支燃燒錐掉火頭等；當煙絲在送絲軌道中處于非均勻流時，可能會導致煙支圓柱體兩側的硬度測量值存在波動，但對其他物理指標缺陷的影響較小；當煙絲處于滑動流時，煙支圓柱體的兩個側面硬度值異常較為明顯，且由于煙絲重力gt;負壓風時，負壓風的作用力不足于支撐煙絲重量，導致重的煙絲落入振槽，并最終落入梗簽二次風分裝置，對于卷煙生產企業的物耗是一個極大的考驗。

綜上所述，當負壓風略微大于煙絲重量時，即煙絲處于非均勻流時是比較理想的狀態，為此，查閱某卷煙廠14組設備取樣過程硬度指標異常情況，并統計當月14組設備的負壓風供給情況進行觀察，具體如表2所示。

根據14組設備負壓供給及硬度缺陷統計繪制箱線圖，如圖7所示。

如圖7所示，當負壓介于118～147 mbar時，硬度缺陷率較低，當負壓大于147 mbar或小于118 mbar時，硬度缺陷率較高。

6 煙支硬度與其他物理指標的線性相關性

由于硬度指標機組把控過程中并沒有直接的手段，造成硬度缺陷較高時，機組只能從煙絲結構方向進行反饋。為此探索硬度與其他物理指標離散程度的線性相關性，對車間某月的各項物理指標變異系數進行統計，具體如表3所示，其中變異系數VC = s/x，其中s為標準差，x為平均值，s =sqrt （（（x1-x）^2+（x2-x）^2+......（xn-x）^2）/（n-1））。

硬度與其他物理指標離散程度的線性相關性如表4所示。

線性相關性的強弱如表5所示。

根據表4可知，在煙支的各項物理指標中煙支長度與煙支硬度呈中度線性負相關，煙支吸阻與煙支硬度呈高度線性正相關，其他物理指標線性相關性程度均較弱，為此繪制長度與硬度變異系數的線性擬合如圖8所示，吸阻與硬度變異系數的線性擬合如圖9所示。

根據硬度與吸阻的正相關性，硬度與吸阻的負相關性，可通過調控吸阻與長度間接調控硬度指標，對于生產現場指標把控有一定的指導意義。

7 結語

影響煙支硬度的因素是多方面交互作用的結果，基于Protos70卷煙機，通過物料供給指標的把控，設備參數的優化可以有效降低硬度缺陷率。同時，當煙支緊頭偏移區間介于[（8.5，21）～（34，46.5）]區域時將導致煙支硬度異常；負壓供給在118～147mbar時，煙絲在送絲軌道內處于非均勻流時，硬度可控性好；煙支硬度與吸阻的離散程度呈高度線性正相關，與長度呈中度線性正相關。

作者簡介

段興坤，本科，助理工程師，主要研究方向為卷煙過程質量控制。

（責任編輯：張瑞洋）