ZL29型細支濾棒成型機的工藝參數(shù)研究

＊賓暉 陳智鳴 唐小雪 潘連華 黃宇亮 王弘

（廣西中煙工業(yè)有限責任公司 廣西 530001）

國內(nèi)細支卷煙從2012年開始，產(chǎn)銷量呈快速增長趨勢且目前仍在穩(wěn)步增長當中，細支卷煙以及細支濾棒是整個行業(yè)研究的熱點[1]。ZL29細支濾棒成型機是近幾年由許昌煙草機械有限責任公司生產(chǎn)的高速細支成型設備，設計額定機速達到500m/min，隨著對細支濾棒自產(chǎn)化需求的提升，該機型也將成為未來生產(chǎn)細支濾棒的主要機型[2]。此外，國內(nèi)外對ZL29常規(guī)濾棒成型機進行過大量的理論和應用研究，而針對ZL29細支濾棒成型機的研究甚少，影響細支濾棒成型穩(wěn)定性的因素很多，先要從設備工藝參數(shù)研究著手，為提高細支濾棒質(zhì)量穩(wěn)定性[3]，將一級、二級、三級開松器風壓、預張力輥壓（V0-P)、開松輥壓（P1&P2)、開松比（V2/V1）、松馳比（V3/V2）（V4/V3）及輸送噴嘴閥門開度（Jet）等調(diào)節(jié)因子納入試驗范疇，以篩選出影響細支濾棒壓降CV的關鍵因素，旨在優(yōu)化設備工藝參數(shù)，為提高濾棒壓降穩(wěn)定性及濾棒的使用提供一定的參考。

1.材料與方法

(1)材料與儀器

①材料

絲束：6.0Y17000，珠海醋酸纖維有限公司。

成形紙：28g/m2，19mm，恒豐紙業(yè)股份有限公司。

②主要儀器設備

細支濾棒成型機：ZL29型，許昌煙草機械有限責任公司。

綜合檢測臺：SODIM，法國Sodim公司。

電子天平：EL204型，精確至0.0001g，瑞士Mettler Toledo公司。

(2)試驗方法

①試驗設計

基于前期調(diào)研情況，為找到適宜的絲帶開松條件及較好成型機使用效果[4]，對研究的六個因素進行兩水平試驗，并按MINITAB進行六因子雙水平設計，生成對應試驗方案。

表1 六因子雙水平設計表

②濾棒制備

使用同一時期同一生產(chǎn)線生產(chǎn)的絲束，同一批次的成形紙，在同一臺ZL29細支濾棒成型機，由相同操作人員生產(chǎn)，控制額定機速及其他指標一致[5]，調(diào)整不同設備工藝參數(shù)制備成同一規(guī)格[16.7mm，4300Pa]的細支濾棒樣品。每一組試驗參數(shù)都需待設備運行穩(wěn)定后，每隔1min取30支濾棒，放于密封袋中并做好標識即為1組，取10組，并將樣品在溫度（22±1）℃、相對濕度（60±3）%的恒溫恒濕環(huán)境中平衡4h[6]。

③質(zhì)量指標測定

分別按GB/T 22838.2、GB/T 22838.3、GB/T 22838.5、GB/T 22838.6、GB/T 22838.13標準方法對不同設備工藝參數(shù)制備的細支濾棒樣品的壓降、圓周、硬度、長度等質(zhì)量指標進行測定。

(3)數(shù)據(jù)處理

采用MINITAB、GeoGebra、Excel等軟件對不同工藝參數(shù)下的細支濾棒質(zhì)量指標進行差異分析，探索篩選顯著因子及最優(yōu)參數(shù)組合。

2.結果與分析

(1)篩選顯著因子

對試驗數(shù)據(jù)進行匯總，計算出各組數(shù)據(jù)的壓降CV單值及均值，見表2。

表2 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

對試驗結果進行分析，在Minitab軟件中進行“分析因子設計”“項”選擇默認項，并勾選“在模型中包括區(qū)組”，可得到結果如圖1、圖2所示。嘗試篩選出影響壓降穩(wěn)定性的顯著主因子，但未能找到顯著主因子。

圖1 效應的正態(tài)圖

圖2 效應的Pareto圖

在默認項中未能出現(xiàn)顯著因子，剔除影響較低的組合因子，再次在Minitab軟件中進行“分析因子設計”“項”選擇6個單因子和2個交互作用較明顯的組合因子，篩選出影響壓降穩(wěn)定性[7]的顯著因子為一級開松器風壓（mbar）、V2/V1、一級開松器風壓（mbar）×V2/V1、一級開松器風壓（mbar）×V3/V2，詳見圖3、圖4。

圖3 標準化效應的正態(tài)圖

圖4 標準化效應的Pareto圖

(2)確定最優(yōu)參數(shù)組合

由于期望壓降CV越小越好，要得到各參數(shù)組合在設定范圍內(nèi)的理論最優(yōu)解，即需要找到回歸方程的最小值（回歸方程：

壓降CV=52.7230-0.467646×一級風壓-0.00193750×二級風壓+0.00106250×三級風壓-0.478125×’V0-P’-21.4937×’V2/V1’-27.8417×’V3/V2’+0.198125×一級風壓×’V2/V1’+0.269167×一級風壓×’V3/V2’），因二級開松器風壓、三級開松器風壓、預張力輥壓無顯著交互作用，根據(jù)方程中對應項系數(shù)的正負號，可直接得到以上三個因子的理論最優(yōu)解分別為110、50、0.7。

一級開松器風壓、開松比V2/V1、松馳比V3/V2代入設計值，計算出壓降CV的理論值見表3。根據(jù)對公式結果的觀察，雖然當一級開松器風壓取最小值時，壓降CV最低可達到2.12，但在開松比V2/V1、松馳比V3/V2發(fā)生輕微變化時，壓降CV會顯著升高[8]；而當一級開松器風壓取最大值時，壓降CV整體情況較好，受開松比V2/V1、松馳比V3/V2變化的影響較小?？紤]到成型過程中因各種因素影響[9]，難免會對開松比V2/V1、松馳比V3/V2進行調(diào)節(jié)，故一級開松器風壓理論最優(yōu)解選擇110，該條件下開松比V2/V1、松馳比V3/V2的理論最優(yōu)解分別為1.2和0.65。最終經(jīng)計算及對比觀察，各參數(shù)的理論最優(yōu)組合見表4。

表3 壓降CV計算表

表4 參數(shù)最優(yōu)組合表

(3)試驗論證

根據(jù)以上分析結果，結合濾棒生產(chǎn)情況，在實際生產(chǎn)中應用最優(yōu)參數(shù)，并進行應用前后濾棒指標的對比，濾棒壓降標準偏差SD和壓降變異系數(shù)CV下降明顯，質(zhì)量穩(wěn)定性提升，詳見表5。

表5 參數(shù)優(yōu)化應用情況表

3.結論

對于細支濾棒成型，成型機設備工藝參數(shù)是影響細支濾棒質(zhì)量穩(wěn)定性的重要方面，ZL29細支濾棒成型機作為高速的細支濾棒成型設備，需要深入研究與優(yōu)化；對于6.0Y17000特定的絲束規(guī)格，本文選取一級、二級、三級開松器風壓、預張力輥壓、開松比、松弛比6個因子，開展了6因子兩水平試驗，采用MINITAB、GeoGebra等軟件對不同工藝參數(shù)下的細支濾棒質(zhì)量指標進行了差異分析，探索篩選出了最優(yōu)參數(shù)組合，一級開松器風壓控制在110mbar，二級開松器風壓控制在110mbar，三級開松器風壓控制在50mbar，預張力輥壓控制在0.7bar，開松比V2/V1控制在1.2，松弛比V3/V2控制在0.65較為適宜。