基于正交設(shè)計(jì)的打葉風(fēng)分器參數(shù)優(yōu)化研究

李瑞東，李克強(qiáng)，朱劍波，劉建國(guó)，楊 博，李昀欣，楊澤會(huì)，劉 波

(1.云南煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司，云南昆明 650031；2.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江杭州 310008)

葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)是打葉復(fù)烤片煙質(zhì)量指標(biāo)的重要組成部分，對(duì)卷煙制絲環(huán)節(jié)煙葉原料消耗、工藝質(zhì)量、卷煙機(jī)的運(yùn)行效率和卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量(如單支重量、煙支密度、端部落絲量、空頭率和卷制質(zhì)量穩(wěn)定性等)有重要影響[1-3]。近年來(lái)，細(xì)、中支卷煙迅猛發(fā)展，正成為中式卷煙發(fā)展的新空間、新陣地、新市場(chǎng)，逐漸從差異化向主流化發(fā)展[4]。為適應(yīng)新品規(guī)品牌制絲環(huán)節(jié)的原料需求，卷煙企業(yè)不再單純追求大中片率，降低大片率、提高中片率、控制碎片率、降低葉含梗率、葉片結(jié)構(gòu)合理逐步成為新要求。打葉復(fù)烤片煙的葉中含梗在下游制絲加工過(guò)程中易形成梗簽或梗塊，是造成中、細(xì)煙支易出現(xiàn)刺破、漏氣的主要原因[5]。工業(yè)客戶對(duì)成品片煙葉含梗率提出了更高的要求。打葉復(fù)烤葉梗分離段作為對(duì)葉含梗率影響最大的工序，一直是打葉復(fù)烤行業(yè)降低葉含梗率的主要環(huán)節(jié)。劉利鋒等[6]認(rèn)為通過(guò)調(diào)整打葉框欄尺寸和打輥轉(zhuǎn)速可以降低大片率，提高中片率，降低葉含梗率，并降低碎片率。朱文魁等[7]研制出一種精確的葉梗分離裝置，結(jié)合風(fēng)分器將含梗葉片和游離葉片徹底分離，降低了葉含梗率。高宏[8]、孔祥等[9]研究發(fā)現(xiàn)使用正六邊形打葉框欄可以降低葉含梗率。許強(qiáng)等[10]研究了一打框欄形狀與尺寸、打葉物料流量、打前葉片含水率對(duì)葉含梗率的影響，并通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化參數(shù)，降低葉含梗率。然而，關(guān)于葉梗分離段風(fēng)分工藝參數(shù)優(yōu)化方面的研究較少。筆者以葉梗分離段MACTAVISH型的第五風(fēng)分器為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)正交試驗(yàn)研究風(fēng)分頻率、一次拋料頻率和二次拋料頻率對(duì)葉含梗率和風(fēng)分效率的影響，探索最佳工藝參數(shù)，旨在為風(fēng)分器工藝的優(yōu)化提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料、設(shè)備和儀器

1.1.1試驗(yàn)材料。試驗(yàn)材料為云南配打模塊YN2117CHQ，中部煙葉原料等級(jí)。

1.1.2試驗(yàn)設(shè)備。流量控制設(shè)備：一潤(rùn)電子皮帶秤(CK67E型)、二潤(rùn)電子皮帶秤(CK67E型)均購(gòu)自昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司。潤(rùn)葉設(shè)備：一次潤(rùn)葉機(jī)(滾筒式熱風(fēng)潤(rùn)葉機(jī)，WF363型)、二次潤(rùn)葉機(jī)(滾筒式熱風(fēng)潤(rùn)葉機(jī)，WF3523B型)均購(gòu)自昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司。葉梗分離設(shè)備：臥式打葉機(jī)組(高仿MACTAVISH型)、風(fēng)分機(jī)組(高仿MACTAVISH型)，總工藝為四打十一分(含回梗打)，均購(gòu)自昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司。

1.1.3檢測(cè)儀器。葉片結(jié)構(gòu)多指標(biāo)在線無(wú)損檢測(cè)設(shè)備(云南煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司與昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司聯(lián)合研制)、取樣電子皮帶秤(CK67E型，昆明船舶設(shè)備集團(tuán)有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)條件。生產(chǎn)流量12 000 kg/h保持不變；一、二潤(rùn)工序參數(shù)保持不變；葉梗分離參數(shù)除第五風(fēng)分器以外，其他參數(shù)不變。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)。采用3因素4水平正交試驗(yàn)，設(shè)置第五風(fēng)分器的風(fēng)分頻率、一次拋料頻率和二次拋料頻率為3個(gè)試驗(yàn)因素，每個(gè)因素設(shè)置4個(gè)水平，設(shè)計(jì)L16(43)正交表。每個(gè)試驗(yàn)參數(shù)調(diào)整穩(wěn)定后，利用在線檢測(cè)設(shè)備對(duì)風(fēng)分出口的煙葉連續(xù)自動(dòng)取樣5次，取樣時(shí)間固定，并根據(jù)取樣重量和葉片結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)風(fēng)分出口取樣量、葉含梗率和大中片率等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析使用Minitab 19軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，利用直觀分析、方差分析、綜合平衡法等分析方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

在葉梗分離工序生產(chǎn)過(guò)程中，為了減少游離葉片進(jìn)入下一級(jí)打葉器后二次擊打帶來(lái)的造碎，葉梗分離段的常規(guī)工藝如下：在保證葉含梗率達(dá)標(biāo)的前提下，盡可能將進(jìn)入風(fēng)分器的打后游離葉片分離出，故風(fēng)分器的工藝參數(shù)調(diào)整需重點(diǎn)關(guān)注葉含梗率和風(fēng)分出口取樣量。當(dāng)某工業(yè)客戶葉含梗率控制在1.2%左右時(shí)，A4B3C2組合為最優(yōu)工藝參數(shù)，即風(fēng)分頻率39 Hz、一次拋料頻率42 Hz、二次拋料頻率33 Hz。該工藝條件下，在葉含梗率合格的情況下風(fēng)分出口取樣量最大，即風(fēng)分效率最高(表2)。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.1 各因素對(duì)風(fēng)分出口取樣量的影響由表3可知，在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，經(jīng)直觀分析發(fā)現(xiàn)風(fēng)分出口取樣量的影響因素主次順序?yàn)锳>C>B，即風(fēng)分頻率>二次拋料頻率>一次拋料頻率；二次拋料頻率的影響程度略大于一次拋料頻率。通過(guò)方差分析發(fā)現(xiàn)，因素A的P值小于0.05，說(shuō)明風(fēng)分頻率對(duì)風(fēng)分出口取樣量有顯著影響。

表3 各因素對(duì)風(fēng)分出口取樣量的影響

2.2 各因素對(duì)葉含梗率的影響由表4可知，在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，經(jīng)直觀分析發(fā)現(xiàn)葉含梗率的影響因素主次順序?yàn)锳>C>B，即風(fēng)分頻率>二次拋料頻率>一次拋料頻率；二次拋料頻率的影響程度大于一次拋料頻率。經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)，因素A的P值小于0.05，即風(fēng)分頻率對(duì)葉含梗率有顯著影響。

表4 各因素對(duì)葉含梗率的影響

2.3 各因素對(duì)大中片率的影響由表5可知，在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，經(jīng)直觀分析發(fā)現(xiàn)大中片率影響因素主次順序表現(xiàn)為A>B>C，即風(fēng)分頻率>一次拋料頻率>二次拋料頻率；一次拋料頻率的影響程度略大于一次拋料頻率。通過(guò)方差分析發(fā)現(xiàn)，因素A的P值小于0.05，即風(fēng)分頻率對(duì)大中片率有顯著影響。

表5 各因素對(duì)大中片率的影響

3 結(jié)論與討論

該研究結(jié)果表明葉梗分離段MACTAVISH型第五風(fēng)分器的風(fēng)分頻率對(duì)風(fēng)分后的葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)均有顯著影響，而一次拋料頻率和二次拋料頻率對(duì)其有一定的影響。結(jié)果表明：①在試驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)某工業(yè)中含梗率控制在1.2%左右時(shí)，第五風(fēng)分器的最優(yōu)工藝參數(shù)為風(fēng)分頻率39 Hz、一次拋料頻率42 Hz、二次拋料頻率33 Hz。②實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，風(fēng)分頻率對(duì)葉含梗率和風(fēng)分出口取樣量有顯著影響，可作為主調(diào)控參數(shù)；二次拋料頻率對(duì)風(fēng)分效率和葉含梗率有一定的影響，但影響不顯著，可作為副調(diào)參數(shù)；當(dāng)風(fēng)分頻率一定時(shí)，可適當(dāng)提高二次拋料頻率，進(jìn)行精調(diào)，進(jìn)一步提高風(fēng)分效率。③目前新型高速皮帶進(jìn)料風(fēng)分器的設(shè)計(jì)進(jìn)料方式不一樣。為適應(yīng)場(chǎng)地空間，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上增加二次拋料設(shè)計(jì)有一定困難，加上二次拋料頻率對(duì)風(fēng)分后葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)的影響不顯著，故取消了二次拋料設(shè)計(jì)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，二次拋料頻率對(duì)葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)調(diào)控有一定的正向作用。從工藝精細(xì)化控調(diào)的角度來(lái)看，增加二次拋料作為副調(diào)部分，可以提高葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)調(diào)控的精度。