濾棒成型參數(shù)優(yōu)化及分切前后的壓降變化規(guī)律研究

羅 軍，王強(qiáng)春，徐俊延，張適洲，宋 豪*

(1.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司畢節(jié)卷煙廠，貴州畢節(jié) 551700；2.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，貴州貴陽 550000)

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濾棒成型參數(shù)優(yōu)化及分切前后的壓降變化規(guī)律研究

羅 軍1，王強(qiáng)春1，徐俊延1，張適洲2，宋 豪1*

(1.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司畢節(jié)卷煙廠，貴州畢節(jié) 551700；2.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，貴州貴陽 550000)

[目的]優(yōu)化KDF-2濾棒成型機(jī)加工工藝參數(shù)，提高濾棒成型質(zhì)量的穩(wěn)定性。[方法]以對(duì)濾棒加工質(zhì)量有重要影響的工藝參數(shù)：輥速比、輥壓力、噴嘴空氣壓力、增塑劑施加量為試驗(yàn)因子，采用4因素3水平正交試驗(yàn)，并對(duì)濾棒分切前后的壓降變化進(jìn)行了研究。[結(jié)果] 濾棒成型的最佳工藝參數(shù)組合為：增塑劑施加量9%、噴嘴空氣壓力0.40 MPa、輥速比1∶1.28、輥壓力0.20、0.20、0.050 MPa，對(duì)濾棒質(zhì)量影響最大的指標(biāo)為增塑劑施加量。 將濾棒分切至目標(biāo)長度后，切前壓降比切后4支短支總和平均低44 Pa，并且切后4支濾嘴壓降差異較大，極差平均為80 Pa。 [結(jié)論]研究可為優(yōu)化濾棒成型工藝參數(shù)、提高濾棒質(zhì)量提供參考。

卷煙；濾棒；參數(shù)優(yōu)化；濾棒分切；壓降

隨著煙草行業(yè)對(duì)降焦、控焦重要性的認(rèn)識(shí)不斷加深，對(duì)卷煙輔料特別是濾棒的研究也不斷深入，其中對(duì)絲束原料[1-2]、濾棒添加劑[3]、復(fù)合濾棒[4-5]的研究較多。此外，對(duì)濾棒成型加工工藝參數(shù)及其對(duì)濾棒質(zhì)量指標(biāo)的影響和圍繞提高濾棒質(zhì)量及降低原輔料的使用方面，國內(nèi)外卷煙企業(yè)也進(jìn)行了大量的理論和應(yīng)用研究[6-14]。影響濾棒成型質(zhì)量穩(wěn)定性的因素很多，除絲束、成型紙等材料外，成型過程中的輥速比、輥壓力、空氣噴嘴壓力、穩(wěn)定輥壓力、增塑劑施加量和設(shè)備運(yùn)行速度等工藝參數(shù)是影響濾棒質(zhì)量穩(wěn)定性的主要因素[11]。KDF-2濾棒成型機(jī)是目前國內(nèi)較為普及的濾棒成型設(shè)備，為提高濾棒質(zhì)量穩(wěn)定性，筆者選取輥速比、輥壓力、噴嘴空氣壓力、增塑劑施加量等參數(shù)對(duì)KDF-2型濾棒成型進(jìn)行了正交試驗(yàn)，并對(duì)濾棒分切到目標(biāo)長度前后壓降的變化規(guī)律進(jìn)行了初步研究分析，旨在為提高濾棒成型質(zhì)量穩(wěn)定性及濾棒的使用提供一定的參考。

1　材料與方法

1.1材料3.0Y/35000醋纖絲束；KDF-2型濾棒成型機(jī)組，沈陽飛機(jī)制造公司；DT綜合測試臺(tái)，美國BORGWALDT KC公司；QTM-7硬度儀，英國FILTRONA公司。

1.2方法運(yùn)用正交試驗(yàn)的方法，將對(duì)濾棒加工質(zhì)量有重要影響的工藝參數(shù)輥速比、輥壓力、噴嘴空氣壓力、增塑劑施加量設(shè)置為試驗(yàn)因子，每個(gè)因子確定3個(gè)水平，根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，在不考慮交互作用的前提下，設(shè)計(jì)4因素3水平正交試驗(yàn)方案L9(34)[15]，正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1。每次試驗(yàn)按方案進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，待設(shè)備正常運(yùn)行15 min后，每隔5 min取樣1次，共3次，每次取樣200支，在環(huán)境溫度(22±2)℃，相對(duì)濕度(60±5)%的實(shí)驗(yàn)室放置30 min后，用綜合測試臺(tái)測定濾棒單重、長度 、圓周、圓度、壓降，用硬度儀檢測硬度，并運(yùn)用綜合平衡法評(píng)分，每組樣品測定30支，平行測試3次。通過數(shù)據(jù)分析，找出3.0Y/35000醋纖絲束在KDF-2濾棒成型機(jī)上生產(chǎn)的最佳工藝參數(shù)組合，并按照優(yōu)選出的最佳工藝參數(shù)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

表1濾棒加工質(zhì)量正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)

Table 1Design of factors and levels of orthogonal test on filter rod processing quality

水平Level因素Factor輥速比(A)Speedratiobetweenrolls輥壓力(B)RollerpressureMPa噴嘴空壓(C)AirpressureofnozzleMPa增塑劑施加量(D)Plasticizerspreadingamount∥%11∶1.120.18、0.18、0.0450.36721∶1.200.20、0.20、0.0500.40831∶1.280.22、0.22、0.0550.449

正交試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)“濾棒得分”，采用綜合平衡法，對(duì)濾棒壓降、硬度、圓周、長度、圓度等指標(biāo)的測量結(jié)果的偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行評(píng)分，總分為100分，長度指標(biāo)只檢不判，不參與研究評(píng)分，評(píng)分規(guī)則見表2。同時(shí)，將在最佳工藝參數(shù)條件下生產(chǎn)的濾棒(100 mm)在PROTOS70卷煙機(jī)上分切到目標(biāo)長度(25 mm)，分別測試分切前后濾棒的壓降，分析分切到目標(biāo)長度前后濾棒壓降的變化規(guī)律。

表2　正交試驗(yàn)濾棒質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分規(guī)則

2　結(jié)果與分析

2.1參數(shù)優(yōu)化

表3　濾棒加工質(zhì)量正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的極差分析精度較差，并沒有定量地分析因素對(duì)試驗(yàn)的影響，并且不能區(qū)分因素各水平間對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果的差異究竟是由于因素水平不同引起的，還是由于試驗(yàn)誤差引起的，無法估計(jì)試驗(yàn)誤差的大小，因此需要進(jìn)一步利用方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

由表3可知，輥壓力(B)對(duì)濾棒得分影響最小，因此以輥壓力作為誤差項(xiàng)測定F值。通過方差分析得出，增塑劑的施加量對(duì)濾棒質(zhì)量的影響達(dá)到顯著水平，其他因素對(duì)濾棒質(zhì)量的影響均不顯著。

當(dāng)試驗(yàn)指標(biāo)不符從正態(tài)分布時(shí)，進(jìn)行方差分析的依據(jù)就不充分，此時(shí)可以通過比較各個(gè)因素的“貢獻(xiàn)率”(P)來衡量各因素作用的大小。由表4可知，因素D(增塑劑施加量)的貢獻(xiàn)率最大，它的水平變化引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)在總的平方和中占了41.47%，其次是因素A(輥速比)和C(噴嘴空氣壓力)，貢獻(xiàn)率分別為21.31%和22.41%。

表4　各影響因素貢獻(xiàn)率比較

2.1.2濾棒成型工藝參數(shù)優(yōu)化驗(yàn)證試驗(yàn)。按照優(yōu)選出的最佳工藝參數(shù)組合進(jìn)行試驗(yàn)，隨機(jī)取樣3組樣品，分別記為1#、2#、3#，每組30支，并對(duì)樣品質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行測試，按照試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。驗(yàn)證試驗(yàn)樣品得分如表5所示。將表5數(shù)據(jù)與正交試驗(yàn)每次試驗(yàn)的濾棒質(zhì)量綜合得分(表3)進(jìn)行對(duì)比可以看出，在優(yōu)化后的工藝參數(shù)條件下制得的濾棒質(zhì)量得分均大于正交試驗(yàn)的濾棒得分，并且分?jǐn)?shù)均在80分以上，說明參數(shù)優(yōu)化后濾棒質(zhì)量較為穩(wěn)定，同時(shí)驗(yàn)證了最優(yōu)工藝參數(shù)組合的可靠性。

表5　驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.2濾棒分切到目標(biāo)長度前后壓降的變化規(guī)律分別對(duì)分切到目標(biāo)長度前后的濾棒壓降進(jìn)行測試，結(jié)果如表6所示。通過對(duì)濾棒分切到目標(biāo)長度前后壓降的分析得出切后4支短支濾嘴壓降總和接近切前濾棒壓降，切前壓降比切后4支短支總和平均低44 Pa，即濾棒實(shí)際分切均值均比理論分切均值大；并且切后4支濾嘴壓降差異較大，極差平均為80 Pa。

表6　濾棒分切前后壓降對(duì)比

3　結(jié)論與討論

從該研究分析結(jié)果來看，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，所研究4個(gè)影響因素對(duì)濾棒綜合質(zhì)量的影響大小依次為增塑劑施加量、輥速比、噴嘴空氣壓力和輥壓力，其中增塑劑施加量對(duì)濾棒綜合質(zhì)量有顯著影響。通過對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出了KDF-2型濾棒成型機(jī)使用3.0Y/35000醋纖絲束的較優(yōu)工藝參數(shù)組合，即增塑劑施加量9%、噴嘴空氣壓力0.40 MPa、選擇輥速比1∶1.28、輥壓力0.20、0.20、0.050 MPa，在該工藝條件下的濾棒綜合質(zhì)量較好且穩(wěn)定性較高。該部分結(jié)果與常紀(jì)恒等研究結(jié)果不盡相同[8-14]，這可能與試驗(yàn)所用的絲束規(guī)格、增塑劑固化效率及評(píng)價(jià)方法等的不完全相同所致，各加工單位應(yīng)立足本廠實(shí)際進(jìn)行分析及設(shè)置，以達(dá)到切實(shí)有效提高濾棒加工質(zhì)量的目的。

另外，通過對(duì)分切濾棒到目標(biāo)長度后的壓降變化規(guī)律的研究可知，濾棒實(shí)際分切均值均比理論分切均值大，并且切后4支濾嘴壓降差異較大，極差平均為80 Pa，這容易使整支卷煙壓降產(chǎn)生較大波動(dòng)，從而使煙支吸阻超標(biāo)，影響卷煙內(nèi)在品質(zhì)。分切濾棒后壓降產(chǎn)生差異的原因還不明確，亦無公開發(fā)表的相關(guān)研究，將進(jìn)一步對(duì)該項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行深入研究分析，找出影響濾棒在分切后壓降差異的原因，并進(jìn)一步對(duì)提高分切后濾棒壓降穩(wěn)定性的控制方法進(jìn)行探索研究，以準(zhǔn)確指導(dǎo)生產(chǎn)，穩(wěn)定卷煙質(zhì)量，達(dá)到精益生產(chǎn)的目標(biāo)要求。

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Parameter Optimization in Filter Rod Making and the Change Law of Pressure Drop after Cutting

LUO Jun1, WANG Qiang-chun1, XU Jun-yan1, SONG Hao1*et al

(1. Bijie Cigarette Factory, China Tobacco Guizhou Industrial Co., Ltd., Bijie, Guizhou 551700; 2. Technology Center of China Tobacco Guizhou Industrial Co., Ltd., Guiyang,Guizhou 550000)

[Objective] To improve the quality stability of KDF-2 filter rod making, to optimize the process parameters of filter rod making. [Method] Using orthogonal experiment, the 4 key parameters were adopted, including speed ratio between rolls, roller pressure, air pressure and plasticizer spreading amount. L9(34) orthogonal test adopted. Changes of pressure drop after cutting were also discussed. [Result] The optimal technologies were 9% plasticizer spreading amount, 0.40 MPa air pressure of nozzle, 1∶1.28 speed ratio between rolls and (0.20, 0.20, 0.050 MPa) roller pressure. The most important factor was plasticizer spreading amount. When the filter rod was divided into four equal length sections, the total pressure drop of the filter rod was 44 Pa larger than before cutting on average, and the values of the divided filter rods pressure drop had a great difference and the mean range was 80 Pa. [Conclusion] This research provides references for the optimization of filter rod making parameters and the enhancement of filter rod quality stability.

Cigarette; Filter rod; Parameter optimization; Filter rod cutting; Pressure drop

羅軍(1968- )，男，貴州畢節(jié)人，工程師，從事煙葉原料相關(guān)管理、卷煙加工技術(shù)研究。*通訊作者，助理工程師，碩士，從事卷煙工藝質(zhì)量管控及研究。

2016-03-30

S 509.2

A

0517-6611(2016)20-101-04