煙葉加料過(guò)程的混合均勻性研究

趙浩然++黃亞宇

摘要：加料過(guò)程是煙葉制絲加工過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，是決定卷煙質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，而混合的均勻性則是混料的重點(diǎn)。為了研究混合均勻性，以煙葉為研究對(duì)象，以某混料滾筒為模型，運(yùn)用EDEM對(duì)煙葉的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬，將混料的不可視過(guò)程可視化，提取出煙葉的運(yùn)動(dòng)速度，拋灑和堆積上升位置，確定滾筒的旋轉(zhuǎn)速度和傾斜角度，為分析煙葉在空間中分散狀態(tài)提供可靠依據(jù)。利用Matlab軟件將所有煙葉的分布情況可視化處理并提取出包絡(luò)面和包絡(luò)體積，分析煙葉在滾筒中空間分散狀態(tài)，為料液的噴射狀態(tài)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

Abstract： The feeding process is an important step in the process of tobacco leaf processing， which is the key step in determining the quality of the cigarette， and the mixing uniformity is the focus of the mixing. In order to study the mixing uniformity， with tobacco as the research object， a mixing drum as a model， the movement process of tobacco leaves was simulated by EDEM. The invisible mixing process is made visible. The moving speed of tobacco leaves， throwing and accumulating up position are extracted， and the rotating speed and tilt angle of the cylinder are determined， to provide a reliable basis for the dispersion analysis of tobacco in space. Matlab software is used for visible treatment of the distribution of all tobacco leaves， and the envelope surface and the envelope volume are extracted. The space dispersed state of tobacco leaves in the cylinder is analyzed， to provide reliable data support for the ejection state of liquid material.

關(guān)鍵詞：混合均勻性；EDEM；MATLAB；可視化

Key words： mixing uniformity；EDEM；MATLAB；visualization

中圖分類號(hào)：TS45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）32-0110-03

0 引言

葉片加料是卷煙制絲加工過(guò)程中的重要工序，其主要任務(wù)是將配置好的料液按照產(chǎn)品加料比例均勻施加到葉片上，起到增香保潤(rùn)、提升煙葉品質(zhì)的作用[1]。

很多學(xué)者在此方面做出了大量的研究。如王軍[2]等學(xué)者引入近紅外光譜分析技術(shù)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析煙葉和料液的混合情況，提出以料液施加比例相對(duì)偏差的百分比作為評(píng)價(jià)煙葉加料混合效果的評(píng)價(jià)因素。并通過(guò)該評(píng)價(jià)因素判斷加料過(guò)程中是否存在異常，可判斷加料工序是否異常。但是目前可以量化評(píng)價(jià)煙葉與料液混合均勻性的相關(guān)文獻(xiàn)相對(duì)較少。所以本文針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步研究。鄭飛[3]等學(xué)者將純白色紙片投入到穩(wěn)定混料的滾筒中，利用圖像處理的方法以料液在紙片上的單片覆蓋率和所有的單張紙片上料液的分布均勻性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)煙葉葉片和料液的混合均勻性。

1 加料滾筒混料過(guò)程

1.1 混料滾筒結(jié)構(gòu)建模

經(jīng)過(guò)從某煙廠實(shí)際考察后發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)于滾筒內(nèi)部的煙葉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)存在無(wú)法觀察實(shí)際混料過(guò)程這一問(wèn)題，為了模擬出煙葉在滾筒內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使用離散元法進(jìn)行模擬分析，可以直接獲得離散物質(zhì)大量復(fù)雜的行為信息以及不易測(cè)量的顆粒尺度行為信息[4]。

1.2 煙葉葉片建模

為了達(dá)到仿真的真實(shí)性，測(cè)量了實(shí)際生產(chǎn)線的真實(shí)煙葉葉片，在不計(jì)算煙梗的情況下葉片厚度為0.15～0.2mm，形狀大致為長(zhǎng)條形、橢圓形和三角形，圖2中分別展示了各類煙葉的數(shù)字化模型。

1.3 混料滾筒仿真過(guò)程

通過(guò)EDEM軟件對(duì)煙葉葉片在混料滾筒中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，滾筒內(nèi)煙葉葉片的空間狀態(tài)如圖3所示。利用EDEM軟件將實(shí)際生產(chǎn)線中不可視的混料過(guò)程可視化處理，從而為今后研究滾筒內(nèi)部情況提供了一種新方法[5]?，F(xiàn)規(guī)定滾筒內(nèi)耙釘為短釘，滾筒的轉(zhuǎn)速為25r/min，滾筒的傾斜角度分別設(shè)計(jì)為3°、4°、5°。將滾筒內(nèi)部所有煙葉的位置信息導(dǎo)出，以便在Matlab中做進(jìn)一步量化處理。

2 混料的數(shù)據(jù)量化

2.1 煙葉運(yùn)動(dòng)位置的數(shù)據(jù)提取

利用MATLAB軟件執(zhí)行預(yù)先寫好的程序[6]，將在EDEM中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，繪制出包絡(luò)面如圖4所示。圖中不同顏色代表了不同包絡(luò)區(qū)域，拋灑區(qū)為藍(lán)色，堆積上升區(qū)為紅色，進(jìn)料區(qū)為粉色，綠色的點(diǎn)代表了煙葉在所有時(shí)刻的位置信息，這種方法可以更直觀地看出煙葉在滾筒內(nèi)部的分布狀態(tài)。

2.2 包絡(luò)體量化分析

為了更具體地分析在不同角度下包絡(luò)體的變化情況，現(xiàn)利用程序求得各個(gè)狀態(tài)下包絡(luò)體的體積變化情況和每一部分包絡(luò)區(qū)域占滾筒提及的變化情況如表1所示。

再利用Matlab繪制出變化趨勢(shì)圖這樣可以更直觀地分析煙葉葉片的分散狀態(tài)。由于混料過(guò)程中煙葉葉片進(jìn)料位置不在料液的噴射范圍內(nèi)，所以對(duì)該區(qū)域不做分析，變化趨勢(shì)如圖5所示。

通過(guò)對(duì)趨勢(shì)圖的分析可知，滾筒在4°時(shí)拋灑區(qū)域體積最大，堆積上升區(qū)域體積適中。實(shí)際生產(chǎn)中混料過(guò)程均勻度最好的位置就是在煙葉在空中拋灑的狀態(tài)，所以在這鐘工況下的效果相對(duì)最佳，為生產(chǎn)實(shí)際提供了可靠的依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上的分析可以得出下述結(jié)論。

①在混料裝置內(nèi)部不可視的狀態(tài)下，利用EDEM對(duì)滾筒內(nèi)部情況進(jìn)行可視化處理，并作出符合煙葉特征形狀的模型，為今后更趨近于實(shí)際的仿真提供了一種方法。

②為了更加量化的分析煙葉葉片在滾筒內(nèi)部的分散狀態(tài)，應(yīng)用MATLAB軟件對(duì)不同狀態(tài)下的滾筒進(jìn)行分析，確定了滾筒在傾斜角度為4°的時(shí)候空間的分散程度最佳，為實(shí)際生產(chǎn)的混料加工提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳良元.煙草生產(chǎn)工藝技術(shù)[M].鄭州：河南科技大學(xué)出版社，2002.

[2]王軍，王聚奎，王雷.加料均勻性評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用研究[J].生物技術(shù)世界，2012（6）：5-6.

[3]鄭飛，李媛，劉德強(qiáng)等.基于圖像處理的煙片加料均勻性評(píng)價(jià)方法[J].煙草科技，2015，48（11）：65-68.

[4]王國(guó)強(qiáng)，郝萬(wàn)軍，王繼新.離散單元法及其在EDEM上的實(shí)踐[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[5]周重凱.基于EDEM和ANSYS Workbench加料機(jī)混料過(guò)程的研究[J].新工藝新技術(shù)，2015（7）：74-76.

[6]溫正.精通MATLAB科學(xué)計(jì)算[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.endprint