基于正交試驗(yàn)法的柔性風(fēng)選機(jī)參數(shù)優(yōu)化研究

陳勇進(jìn)

(廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建 廈門 361022)

柔性風(fēng)選機(jī)的工作原理是將被選物料由進(jìn)料機(jī)構(gòu)(如振槽)送入風(fēng)選箱體，在抽吸風(fēng)機(jī)的作用下，向箱體提供垂直進(jìn)風(fēng)和側(cè)向進(jìn)風(fēng)，利用垂直進(jìn)風(fēng)和側(cè)向進(jìn)風(fēng)對被選物料進(jìn)行飄選、浮選，達(dá)到分離輕的物體(如煙絲)和重的物體(如梗簽、濕團(tuán))的目的。由于柔性風(fēng)選機(jī)能夠剔除煙絲中的梗頭、梗簽、焦片、濕團(tuán)等雜物，因此被廣泛應(yīng)用于卷煙生產(chǎn)線的多個(gè)工藝段中[1-9]。由于生產(chǎn)線流量的不同、葉組配方的差異和環(huán)境氣候的影響，目前尚未見到關(guān)于風(fēng)選機(jī)參數(shù)設(shè)置的研究和報(bào)道。為此，采用正交試驗(yàn)法[10-12]對風(fēng)機(jī)頻率、導(dǎo)向板角度(刻度)和側(cè)向調(diào)節(jié)板高度(刻度)3個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)的較佳組合進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 材料與方法

本文選用的材料與設(shè)備包括：1140kg/h干冰膨脹煙絲生產(chǎn)線；FS414柔性風(fēng)選機(jī)(徐州眾凱)；電子天平(感量0.001g)；某級膨脹煙絲葉組配方。

1.1 FS414柔性風(fēng)選機(jī)結(jié)構(gòu)原理

FS414型柔性風(fēng)選機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。主要由風(fēng)選箱體、輸送機(jī)構(gòu)、出料機(jī)構(gòu)、二次風(fēng)選箱、滾網(wǎng)機(jī)構(gòu)等部件組成。其工作原理是被選物料3通過進(jìn)料機(jī)構(gòu)1進(jìn)入箱體4后自由下落，利用側(cè)向進(jìn)風(fēng)7和垂直進(jìn)風(fēng)10對其進(jìn)行風(fēng)選，比重輕的物料通過輸送機(jī)構(gòu)11和出料機(jī)構(gòu)12進(jìn)入下游設(shè)備，比重大的物料(如濕團(tuán)或梗簽)通過二次風(fēng)選箱9排出。通過改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率來調(diào)節(jié)風(fēng)選所需的風(fēng)量，通過調(diào)整側(cè)向擋板2位置，控制側(cè)向進(jìn)風(fēng)量與垂直進(jìn)風(fēng)量的比例，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)向板8的角度，控制被風(fēng)選物料自由下落的起始位置，滿足不同等級物料的風(fēng)選要求。

1-進(jìn)料機(jī)構(gòu)；2-側(cè)向擋板；3-被選物料；4-箱體；5-滾網(wǎng)機(jī)構(gòu)；6-排風(fēng)管；7-側(cè)向進(jìn)風(fēng)；8-導(dǎo)向板；9-二次風(fēng)選箱；10-垂直進(jìn)風(fēng)；11-輸送機(jī)構(gòu)；12-出料機(jī)構(gòu)

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

測定風(fēng)選后膨脹煙絲含梗簽率、風(fēng)選機(jī)濕團(tuán)剔除量和風(fēng)選機(jī)梗簽剔除量；對柔性風(fēng)機(jī)的風(fēng)機(jī)頻率、導(dǎo)向板角度(刻度)和側(cè)向檔板高度(刻度)3因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)(表1)，采用直觀分析法和方差分析法對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，以確定風(fēng)選機(jī)較佳的工藝參數(shù)。

1.2.2 測量方法

每組試驗(yàn)持續(xù)生產(chǎn)10分鐘。首先，在風(fēng)選機(jī)后隨機(jī)取樣100g膨脹煙絲,挑出其中的梗簽并計(jì)算含梗簽率。其次，分別稱量單位時(shí)間內(nèi)剔除的濕團(tuán)煙絲重量和梗簽重量。

2 結(jié)果與分析

9組測試的膨脹煙絲含梗簽率、濕團(tuán)煙絲剔除量和梗簽剔除量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總?cè)绫?所示。

表1 正交試驗(yàn)方案及測試數(shù)據(jù)

2.1 風(fēng)選后膨脹煙絲含梗簽率分析

2.1.1 直觀分析

從表2和圖2可以看出，①風(fēng)機(jī)頻率和導(dǎo)向板角度(刻度)對膨脹煙絲中含梗簽率影響呈先降后升趨勢。當(dāng)風(fēng)機(jī)頻率為36Hz、導(dǎo)向板角度(刻度)為57時(shí)，風(fēng)選剔除膨脹煙絲中梗簽的效果較好；②側(cè)向檔板高度(刻度)對膨脹煙絲中含梗簽率影響呈上升趨勢，側(cè)向檔板高度(刻度)刻度越大越不利于梗簽的剔除。

表2 數(shù)據(jù)直觀分析結(jié)果

圖2 風(fēng)選后膨脹煙絲含梗簽率主效應(yīng)圖

從圖3可以看出，①側(cè)向檔板高度(刻度)與風(fēng)機(jī)頻率和導(dǎo)向板角度(刻度)存在較為明顯交互作用；②當(dāng)側(cè)向檔板高度(刻度)為11時(shí)，對風(fēng)選后膨脹煙絲含梗簽率的影響相對穩(wěn)定。

圖3 風(fēng)選后膨脹煙絲含梗簽率交互作用圖

2.1.2 方差分析

從表3可以看出，①F導(dǎo)向板角度(刻度)=12.58,大于F[10,(2,2)]=9.00，導(dǎo)向板角度(刻度)對風(fēng)選后膨脹煙絲含梗簽率有顯著影響(置信度為90)；②F風(fēng)機(jī)頻率=5.90,大于F[25,(2,2)]=3.00，風(fēng)機(jī)頻率對風(fēng)選后膨脹煙絲含梗簽率有較為明顯影響(置信度為75)。

表3 風(fēng)選后膨脹煙絲含梗簽率數(shù)據(jù)的方差分析

2.2 風(fēng)選過程梗簽剔除量的分析

2.2.1 直觀分析

對風(fēng)選過程梗簽剔除量數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀分析，從表2和圖4可以看出:①在膨脹煙絲就地風(fēng)選過程中，梗簽剔除量隨導(dǎo)向板角度(刻度)和側(cè)向檔板高度(刻度)增加呈先小幅增加后大幅增加趨勢。在剔除的梗簽實(shí)物中，當(dāng)側(cè)向檔板高度(刻度)為11和導(dǎo)向板角度(刻度)為9時(shí)，梗簽中帶有少量膨脹煙絲；② 風(fēng)機(jī)頻率對梗簽剔除量影響呈先大幅降低后小幅增加趨勢，說明風(fēng)機(jī)頻率為36Hz左右時(shí)梗簽剔除量趨于平穩(wěn)。

從圖5可以看出，側(cè)向檔板高度(刻度)的增加，以及風(fēng)機(jī)頻率和導(dǎo)向板角度(刻度)對風(fēng)選梗簽剔除量的影響存在明顯的交互作用。

圖4 梗簽剔除量主效應(yīng)圖

圖5 梗簽剔除量交互作用圖

2.2.2 方差分析

從表4可以看出，F(xiàn)風(fēng)機(jī)頻率=1.81，F(xiàn)導(dǎo)向板角度(刻度)=1.83，F(xiàn)側(cè)向檔板高度(刻度)=0.82,均小于F[25,(2,2)]=3.00，說明風(fēng)機(jī)頻率、側(cè)向檔板高度(刻度)和導(dǎo)向板角度(刻度)對風(fēng)選梗簽剔除量影響不顯著。出現(xiàn)3個(gè)參數(shù)對梗簽剔除量影響不顯著的原因：剔除梗簽過程有結(jié)團(tuán)煙絲被剔除出來，在干冰快速揮發(fā)過程中煙絲團(tuán)部分煙絲松散開來進(jìn)入梗簽中，從而干擾了梗簽的剔除量。

表4 風(fēng)選梗簽剔除量數(shù)據(jù)的方差分析

2.3 風(fēng)選過程濕團(tuán)煙絲剔除量的分析

2.3.1 直觀分析

對風(fēng)選過程濕團(tuán)煙絲剔除量數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀分析，從表2和圖6可以看出:①風(fēng)機(jī)頻率對濕團(tuán)煙絲剔除量呈先增后減的趨勢。由于試驗(yàn)按照風(fēng)機(jī)頻率從低到高順序進(jìn)行，來料煙絲結(jié)團(tuán)情況對試驗(yàn)結(jié)果有所影響；②導(dǎo)向板角度(刻度)對濕團(tuán)煙絲剔除量影響隨著導(dǎo)向板角度(刻度)增加而先大幅增加后小幅增加；③側(cè)向檔板高度(刻度)對濕團(tuán)煙絲剔除量影響隨著側(cè)向檔板高度(刻度)提高先增加后趨于平穩(wěn)，當(dāng)側(cè)向檔板高度(刻度)為11時(shí)，濕團(tuán)剔除量趨于穩(wěn)定。

從圖7可以看出，側(cè)向檔板高度(刻度)的增加，以及風(fēng)機(jī)頻率和導(dǎo)向板角度(刻度)對風(fēng)選濕團(tuán)煙絲剔除量的影響存在交互作用。

圖6 濕團(tuán)煙絲剔除量主效應(yīng)圖

圖7 濕團(tuán)煙絲剔除量交互作用圖

2.3.2 方差分析

從表5可以看出，①F風(fēng)機(jī)頻率=6.25和F導(dǎo)向板角度(刻度)=3.25,均大于F[25,(2,2)]=3.00，說明風(fēng)機(jī)頻率和導(dǎo)向板角度(刻度)對風(fēng)選濕團(tuán)煙絲剔除量有較為明顯的影響(置信度為75)。②F側(cè)向檔板高度(刻度)=1.00，小于F[25,(2,2)]=3.00，說明側(cè)向檔板高度(刻度)對濕團(tuán)煙絲剔除量影響不顯著。

表5 濕團(tuán)煙絲剔除量數(shù)據(jù)的方差分析

2.4 小結(jié)

①導(dǎo)向板角度(刻度)、風(fēng)機(jī)頻率和側(cè)向檔板高度(刻度)3個(gè)參數(shù)對膨脹煙絲的含梗簽率的影響排序分別為顯著、較為顯著和不顯著。

②濕團(tuán)煙絲中干冰快速揮發(fā)使得部分煙絲松散進(jìn)入梗簽，干擾了導(dǎo)向板角度(刻度)、風(fēng)機(jī)頻率和側(cè)向檔板高度(刻度)3個(gè)參數(shù)，以及對膨脹煙絲風(fēng)選梗簽剔除量效果的分析。

③導(dǎo)向板角度(刻度)、風(fēng)機(jī)頻率和側(cè)向檔板高度(刻度)三個(gè)參數(shù)對膨脹煙絲的濕團(tuán)煙絲剔除量的影響分別為較為顯著、較為顯著和不顯著。

④綜合以上分析，導(dǎo)向板角度(刻度)為57、風(fēng)機(jī)頻率為36Hz和側(cè)向檔板高度(刻度)為11時(shí)，膨脹煙絲的梗簽及濕團(tuán)煙絲的剔除效果較好。

3 應(yīng)用效果

根據(jù)上述分析結(jié)果，以導(dǎo)向板角度(刻度)為57、風(fēng)機(jī)頻率為36Hz和側(cè)向檔板高度(刻度)為11作為參數(shù)組合進(jìn)行生產(chǎn)，檢查成品膨脹煙絲的含梗簽率，數(shù)據(jù)見表6所示。

表6 風(fēng)選后膨脹煙絲含梗簽率

4 結(jié)論

導(dǎo)向板角度(刻度)、風(fēng)機(jī)頻率和側(cè)向檔板高度(刻度)三個(gè)參數(shù)對膨脹煙絲的含梗簽率的影響排序分別為有顯著、較為顯著和不顯著。導(dǎo)向板角度(刻度)為57、風(fēng)機(jī)頻率為36Hz和側(cè)向檔板高度(刻度)為11時(shí)，膨脹煙絲的梗簽及濕團(tuán)煙絲的剔除效果較好。風(fēng)選后膨脹煙絲含梗簽率由0.57%降為0.35%。