基于調(diào)控?zé)熑~葉片結(jié)構(gòu)的工藝優(yōu)化與應(yīng)用

王鵬澤 黨霞 位輝琴

摘要：針對(duì)當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)煙葉葉片結(jié)構(gòu)需求的變化，設(shè)計(jì)在打葉風(fēng)分匯總后增加葉片篩分復(fù)打設(shè)備，并對(duì)設(shè)備工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)葉片結(jié)構(gòu)降低大片率、提高中片率及優(yōu)化葉形的目的。以中煙100為材料，采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究了框欄形狀、篩選輥轉(zhuǎn)速和打輥轉(zhuǎn)速3個(gè)因素對(duì)煙葉葉片結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，打葉風(fēng)分后應(yīng)用葉片篩分復(fù)打工藝能顯著改善葉片結(jié)構(gòu)比例，調(diào)控?zé)熑~片形結(jié)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)為六邊形框欄、80 r/min的篩選輥轉(zhuǎn)速、650 r/min打輥轉(zhuǎn)速。采用最優(yōu)工藝參數(shù)葉片大片所占比例降低了10.70個(gè)百分點(diǎn)，中片所占比例提升了8.57個(gè)百分點(diǎn)，最佳煙葉片形比例提升了12.64個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)，煙片片形趨于方圓，提高了片煙原料制絲后的利用率。

關(guān)鍵詞：煙葉;打葉復(fù)烤;葉片結(jié)構(gòu);篩分復(fù)打

中圖分類號(hào)： S572 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）10-0134-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.10.032 ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： Aiming at the demand change of tobacco industrial enterprises for tobacco leaf stalk shaped structure， after the increase of blade screen rebeating equipments behind the belt of threshing and pneumatic separation， as well as the optimization of technological parameters of the equipment， the purpose of reducing the large and increasing the medium shape of tobacco leaf structure and improving the leaf shape is realized. Taking Zhongyan 100 as the material and using the orthogonal experiment design of L9（34）， the influence of three factors on the tobacco blade structure， such as frame column shape， screening roll speed and roll speed， is studied. The results show that the application of tobacco leaf screening and rebeating process can significantly improve the proportion of tobacco leaf structure after threshing and pneumatic separation. The optimal parameters for regulating tobacco leaf shape structure are hexagonal frame bar， screening roll speed of 80 r/min and roll speed of 650 r/min. By using the optimal technological parameters， the large shape of tobacco leaf decreases by 10.70 percentage points， the medium shape of tobacco leaf increases by 8.57 percentage points， and the best proportion of tobacco leaf shape increases by 12.64 percentage points. At the same time， the leaf shape tends to be circumferential， which improves the utilization rate for the silk of tobacco blade raw material.

Key words： tobacco leaf; threshing and redrying; tobacco blade structure; screening and rebeating

片煙結(jié)構(gòu)是指煙葉打葉復(fù)烤后的片型結(jié)構(gòu) ?，主要包括大片、中片、小片、碎片等，片煙結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定制絲品質(zhì)的基礎(chǔ)，直接決定切后煙絲的成絲長度[4-6]。近年來，隨著中短支和細(xì)支煙需求量快速提升，車間的制絲設(shè)備也相應(yīng)地進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)工業(yè)企業(yè)對(duì)復(fù)烤加工理念的轉(zhuǎn)變，使得降低大片率、提高中片率、控制煙葉造碎成為卷煙企業(yè)對(duì)打葉質(zhì)量的新要求[7-10]。以往煙葉在打葉復(fù)烤過程中，工業(yè)客戶青睞于提高大中片率，而如今要降低大片率，提高中片率，就會(huì)在打葉加工過程中施加更多的機(jī)械外力，這導(dǎo)致煙葉造碎增多，出片率降低。

片煙結(jié)構(gòu)指標(biāo)是評(píng)價(jià)打葉復(fù)烤加工技術(shù)水平的硬性指標(biāo)。蔡聯(lián)合等[11]縮減打葉環(huán)節(jié)一打的框欄尺寸（7.0～8.9 cm），復(fù)烤后煙葉的出片率和大片率出現(xiàn)小幅降低，造碎有所增加，但均在可控范圍內(nèi)。李曉等[12]從控制超大片率、保證大中片率的設(shè)計(jì)思路出發(fā)，調(diào)整了一級(jí)打葉器上框欄開孔尺寸（110 mm× 78 mm）來改善打葉后的葉片結(jié)構(gòu)，得出將打葉機(jī)1、2、6、7排框欄孔徑改為110 mm×（72±1） mm，3、4、5排打葉框欄的孔徑改為110 mm×（80±1） mm。改造后大中片率提升了0.7個(gè)百分點(diǎn)，50 mm×50 mm以上超大片率減少了4.6個(gè)百分點(diǎn)。本試驗(yàn)在打葉風(fēng)分匯總后增加葉片篩分復(fù)打設(shè)備并對(duì)設(shè)備的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以便更有效地處理大片煙葉，以期實(shí)現(xiàn)打葉復(fù)烤煙片結(jié)構(gòu)及片型的可調(diào)、可控。

1 ?材料與方法

1.1 ?篩分復(fù)打工藝流程

目前，調(diào)整葉片結(jié)構(gòu)的方法多是對(duì)打葉器打刀、框欄進(jìn)行改進(jìn)，或調(diào)整打葉機(jī)的工藝參數(shù)，這就造成在打葉過程中造碎的增加，影響了出片率。經(jīng)檢測，大葉片的力學(xué)特性要優(yōu)于中小片，復(fù)打后造碎小。本研究設(shè)計(jì)運(yùn)用耙釘式篩分機(jī)先將大片篩分出來（中小片從耙釘式篩分機(jī)輥軸間隙落到傳送皮帶上，大片從耙釘式篩分機(jī)輥軸上傳送到打葉器），有針對(duì)性地將大片送入打葉機(jī)進(jìn)行復(fù)打，復(fù)打后的片煙再均勻地回?fù)剿腿胭A葉柜，達(dá)到“降大提中，控制造碎”的工藝要求，改善葉片的片形結(jié)構(gòu)。圖1為篩分復(fù)打工藝流程。

打葉風(fēng)分后收集皮帶的a與b分別表示將片煙不進(jìn)行篩分復(fù)打處理和進(jìn)行篩分復(fù)打處理;實(shí)線部分表示常規(guī)打葉復(fù)烤工藝流程，虛線部分表示篩分復(fù)打工藝流程。

1.2 ?篩分復(fù)打設(shè)備

篩分復(fù)打設(shè)備安裝在打葉風(fēng)分匯總皮帶處（圖2），主要由耙釘式篩分機(jī)、傳送皮帶、小型臥打機(jī)等組成，其中耙釘式篩分機(jī)由篩分機(jī)、底帶輸送機(jī)等組成（圖3）。篩分機(jī)的篩選輥采用釘輥形式，釘輥減速機(jī)變頻控制，耙釘與輥軸間隙為5 mm，輥軸上相鄰2個(gè)耙釘?shù)拈g距為35 mm。底帶輸送機(jī)為普通帶式輸送機(jī)，主要起到收集、輸送合格葉片的作用。小型臥打機(jī)配備的框欄有菱形、六邊形和圓形框欄。不同規(guī)格的框欄充分保證了煙葉篩分復(fù)打后片形結(jié)構(gòu)的效果。

1.3 ?材料

試驗(yàn)所用原料為豫中（許昌市、洛陽市、平頂山市）地區(qū)2017年所產(chǎn)煙葉，品種為中煙100，等級(jí)C3F。

1.4 ?方法

1.4.1 ?參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì) ? ?試驗(yàn)按L9（34）正交試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)（表1）。在框欄形狀A(yù)（A1為兩平行間距均為50.8 mm的菱形，A2為50.8 mm的六邊形，A3為直徑為50.8 mm的圓形），篩分機(jī)篩選輥轉(zhuǎn)速B（B1、B2、B3分別為60、80、100 r/min），打輥轉(zhuǎn)速C（C1、C2、C3分別為600、650、700 r/min）3因素3水平下進(jìn)行正交試驗(yàn)（無交互作用）。

1.4.2 ?取樣及測定方法 ? 每組試驗(yàn)待機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)行40 min后取樣，取樣間隔60 min，檢測樣品片煙大小及其面積分布，每組試驗(yàn)連續(xù)檢測5次，每次取3個(gè)樣品。葉片結(jié)構(gòu)檢測設(shè)備：質(zhì)量控制振動(dòng)篩，所用篩網(wǎng)為克雷斯塔篩網(wǎng)，檢測指標(biāo)有（>25.4×25.4 mm2）大片、（12.7×12.7 mm2～25.4×25.4 mm2）中片、（6.35×6.35 mm2～12.7×12.7 mm2）小片、（2.36×2.36 mm2～6.35×6.35 mm2）碎片、（<2.36×2.36 mm2）碎末。葉形葉面積檢測設(shè)備：AM350葉面積分析儀。主要分析篩分復(fù)打工藝對(duì)片煙尺寸分布和片煙形態(tài)特征的影響。片煙形態(tài)特征包括矩形度、圓形度、體態(tài)系數(shù)指標(biāo)。

矩形度：矩形度用來表征一片煙葉接近矩形的程度，具體公式α=S0/S，其中S0為片煙投影面積，S為葉片最小外接矩形面積，α取值范圍為0～1，α越接近1煙葉越接近矩形。

圓形度：圓形度用來表征一片煙葉接近圓形的程度，具體公式β=（4π×S0）/L2，其中S0為片煙投影面積，L為煙葉周長，β取值范圍為0～1，β越接近1煙葉越接近圓形。

體態(tài)系數(shù)：體態(tài)系數(shù)用來表征一片煙葉細(xì)長的程度，具體公式γ=A/B，其中A為最小外接矩形寬，B為最小外接矩形長，γ值取值范圍為0～1，γ越接近1煙葉越接近正方形。

根據(jù)《打葉煙葉質(zhì)量檢驗(yàn)》[13]和《煙葉片煙大小及其分布的測定葉面積法》[14]檢測復(fù)打后的葉片結(jié)構(gòu)及形態(tài)特征指標(biāo)，并進(jìn)行對(duì)比分析。

1.5 ?統(tǒng)計(jì)方法

運(yùn)用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，Origin7.5軟件進(jìn)行圖表制作，采用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同處理煙葉葉片結(jié)構(gòu)分布

對(duì)不同處理煙葉葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，結(jié)果（表2）表明，框欄形狀A(yù)、篩分機(jī)篩選輥轉(zhuǎn)速B、打輥轉(zhuǎn)速C 3個(gè)因素對(duì)煙葉葉片結(jié)構(gòu)分布變化有一定的影響。采用篩分復(fù)打工藝處理后葉片“降大提中”的效果明顯。與對(duì)照相比，葉片的中片比例都達(dá)到了40.00%以上，小片、碎片各試驗(yàn)處理變化幅度較小，其中試驗(yàn)7和試驗(yàn)9碎末比例較大，其余各試驗(yàn)處理碎末比例都在1.00%以下。按最新版《卷煙工藝規(guī)范》對(duì)打葉復(fù)烤葉片大、中片比例要求來分析，滿足大片<40.00%，大中片≥80%的有試驗(yàn)2、4、5、7，片葉結(jié)構(gòu)調(diào)控效果明顯。

研究表明，片煙尺寸的最佳范圍是100～1225 mm2，包括葉片結(jié)構(gòu)中全部的中等葉片及小范圍的大葉片，這個(gè)范圍內(nèi)葉片切成煙絲的成絲強(qiáng)度和填充效果最佳[15，16]。試驗(yàn)結(jié)果（表3）表明，采用篩分復(fù)打工藝煙葉最佳片形比例為63.21%～70.90%，遠(yuǎn)高于對(duì)照組59.63%。因此，需要對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步進(jìn)行極差分析。

2.2 ?不同工藝參數(shù)的篩選分析

最佳煙葉片形比例占比越大參數(shù)越優(yōu)。由表4得出，框欄形狀條件下KA2>KA1>KA3，所以KA2為因素A的優(yōu)水平。篩選輥轉(zhuǎn)速條件下，KB2>KB3>KB1，所以KB2為因素B的最優(yōu)水平。同理KC2為因素C的最優(yōu)水平，即六邊形框欄、篩選輥轉(zhuǎn)速為80 r/min、打輥轉(zhuǎn)速為650 r/min是調(diào)控?zé)熑~片形結(jié)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)。正交試驗(yàn)各組間最佳煙葉片形比例的極差值為框欄形狀（RA）>篩選輥轉(zhuǎn)速（RB）>打輥轉(zhuǎn)速（RC）。因此，改變框欄類型對(duì)煙葉結(jié)構(gòu)變化影響最大，而改變打輥轉(zhuǎn)速變化量為650 r/min時(shí)對(duì)葉片結(jié)構(gòu)變化影響相對(duì)較小。

2.3 ?正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析

方差分析結(jié)果（表5）表明，框欄形狀和篩選輥轉(zhuǎn)速對(duì)最佳煙葉片形比例有顯著影響，打輥轉(zhuǎn)速對(duì)最佳煙葉片形比例沒有顯著影響，結(jié)合不同工藝參數(shù)的篩分分析，最優(yōu)工藝參數(shù)組合為A2B2C2，即采用六邊形框欄、80 r/min的篩選輥轉(zhuǎn)速、650 r/min打輥轉(zhuǎn)速為調(diào)控?zé)熑~片形結(jié)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)。

2.4 ?最優(yōu)工藝參數(shù)條件下各工位葉片結(jié)構(gòu)分析

在最優(yōu)工藝參數(shù)條件下，對(duì)篩分復(fù)打煙葉各個(gè)工位葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行多重比較（表6），其中在大片煙葉中，以篩分機(jī)篩出片煙的大片煙葉所占比例最大，達(dá)到69.34%，極顯著高于其他各工位，篩分機(jī)未篩出的大片比例最低，為36.64%，極顯著低于篩分機(jī)篩出片煙的大片和對(duì)照組所占比例，而篩分機(jī)未篩出的中片比例最大，達(dá)到44.29%，極顯著高于其他各工位，說明篩分機(jī)的篩分效果較好，能有效地篩分出大片。篩分機(jī)篩出片煙與復(fù)打出口片煙結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，大片、中片和小片所占比例都達(dá)到了極顯著水平，即大片所占比例下降，中片和小片所占比例上升，說明復(fù)打后葉片結(jié)構(gòu)改善明顯。篩分復(fù)打總片煙與對(duì)照組相比，各指標(biāo)都有極顯著差異。即采用最優(yōu)工藝參數(shù)，煙葉大片所占比例降低了10.70個(gè)百分點(diǎn)，中片提升了8.57個(gè)百分點(diǎn)，最佳煙葉片形比例提升了12.64個(gè)百分點(diǎn)，表明優(yōu)化工藝參數(shù)后的篩分復(fù)打效果良好。

2.5 最優(yōu)工藝參數(shù)條件下各工位煙葉形態(tài)特征分析

煙葉的葉片形態(tài)特征與煙絲長度密切相關(guān)，指標(biāo)矩形度（α）、圓形度（β）、體態(tài)系數(shù)（γ）值越接近1，葉片形態(tài)特征越規(guī)整，切絲后成絲比例越高。經(jīng)耙釘篩分機(jī)未篩出的片煙的矩形度（α）為0.74，圓形度（β）為0.65，體態(tài)系數(shù)（γ）為0.68，都優(yōu)于篩分機(jī)篩出片煙的形態(tài)特征指標(biāo)，復(fù)打出口片煙的矩形度（α）比復(fù)打前高了0.12，圓形度（β）和體態(tài)系數(shù)（γ）都高0.13，篩分復(fù)打總片煙的形態(tài)與對(duì)照組相比更加規(guī)則、方圓，形態(tài)特征優(yōu)化效果明顯（表7）。這有利于減少制絲過程中長條煙絲的比例，優(yōu)化煙絲結(jié)構(gòu)，減少碎煙絲比例，提高細(xì)支煙的卷制質(zhì)量。

3 ?小結(jié)

①通過正交試驗(yàn)對(duì)篩分復(fù)打工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和多重比較，得出采用六邊形框欄、80 r/min的篩選輥轉(zhuǎn)速、650 r/min打輥轉(zhuǎn)速為調(diào)控?zé)熑~片形結(jié)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)。

②篩分復(fù)打工藝能有效調(diào)控葉片結(jié)構(gòu)，特別是“降大提中”效果顯著。采用最優(yōu)工藝參數(shù)葉片大片所占比例降低了10.70個(gè)百分點(diǎn)，中片所占比例提升了8.57個(gè)百分點(diǎn)，最佳煙葉片形（100～1 225 mm2）比例提升了12.64個(gè)百分點(diǎn)。

③采用篩分復(fù)打工藝能明顯改善葉片的形態(tài)特征。葉片的矩形度、圓形度和體態(tài)系數(shù)等形態(tài)特征指標(biāo)均有所提升。葉片的葉形更加規(guī)則、方圓，可有效優(yōu)化煙絲結(jié)構(gòu)，保障中短支和細(xì)支煙煙絲的卷制效率和質(zhì)量，提高了片煙原料利用率。

4 ?討論

原先工業(yè)企業(yè)在煙葉復(fù)烤加工后片煙結(jié)構(gòu)的大片率較高，而大葉片切成的煙絲過長，不易松散，容易結(jié)團(tuán)，并且煙絲中含有部分細(xì)煙梗，不符合中短支和細(xì)支卷煙卷接包過程的工藝要求，在煙絲卷制過程中容易扎破或撐破卷煙紙，從而造成原材料的浪費(fèi)，影響卷接包工序的加工效率。雖然采用篩分復(fù)打工藝可有效降低大片率，提高中片率，改善葉片的形態(tài)結(jié)構(gòu)，利于后續(xù)的制絲工藝，但在配方打葉過程中未考慮不同特質(zhì)煙葉加工特性的差異，模塊組配不盡合理也會(huì)影響打葉后煙葉的片形結(jié)構(gòu)，同時(shí)不同葉片結(jié)構(gòu)的片煙切絲長度和寬度對(duì)卷煙卷制質(zhì)量的影響程度不同，這些問題都有待進(jìn)一步研究。

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