基于片煙結(jié)構(gòu)的不同規(guī)格框欄對比分析及優(yōu)化設(shè)計

王發(fā)勇，牛紹輝，李一輝，謝永軍，胡春華，解雯宇

1.紅云紅河煙草（集團）有限責(zé)任公司紅河卷煙廠，云南省彌勒市桃園路50 號 652399 2.云南省煙草公司紅河州公司，云南省彌勒市溫泉路延長線 652399

根據(jù)近年來煙草行業(yè)提出的打葉復(fù)烤以“降大片、提中片”為中心的片煙結(jié)構(gòu)控制要求，片煙結(jié)構(gòu)的控制理念已從傳統(tǒng)的追求大片率和大中片率向控制大片率、提升中片率轉(zhuǎn)變［1-2］。針對打葉復(fù)烤片煙結(jié)構(gòu)以及打葉質(zhì)量等問題已有較多研究報道，通過分析不同產(chǎn)區(qū)、不同品種、不同部位煙葉的物理特性與打葉質(zhì)量的關(guān)系，合理匹配相應(yīng)打葉工藝控制方案，可有效提高打葉質(zhì)量［3-5］；應(yīng)用煙葉分切模式打葉可提高大中片率［6］；通過試驗得到潤葉出口溫度、含水率與片煙結(jié)構(gòu)及打葉質(zhì)量的對應(yīng)關(guān)系，進而篩選出適宜的潤葉控制工藝方案［7-11］；提高一打打輥轉(zhuǎn)速可得到較好的中片率，但煙葉造碎較大［12-13］；片煙結(jié)構(gòu)各指標(biāo)之間具有一定平衡關(guān)系，單純追求中片率或大中片率會影響打葉質(zhì)量［14］。打葉機框欄作為片煙結(jié)構(gòu)控制的關(guān)鍵部件，是設(shè)備優(yōu)化改造的重點。孔祥等［15］在一級和二級打葉機中使用了六邊形框欄，降低了大片率，提高了中片率；高偉等［16］在一級打葉機中采用加密菱形框欄、矩形打刀和梯形打刀混用、打刀品字形排列的組合應(yīng)用方式，提高了中片率；蔡聯(lián)合等［17］在一打中通過縮小框欄尺寸降低了大片率，但煙葉造碎有所增加。上述研究從不同角度對片煙結(jié)構(gòu)及打葉質(zhì)量進行了探索，但實際生產(chǎn)中仍存在片煙結(jié)構(gòu)不合理、煙葉造碎過多、設(shè)備改造復(fù)雜等問題。為此，采用不同框欄開口尺寸以及設(shè)置不同框欄菱邊處理進行對比試驗，并選取最優(yōu)參數(shù)組合對常規(guī)框欄進行優(yōu)化改進，以期改善片煙結(jié)構(gòu)，提高打葉質(zhì)量。

1 材料、設(shè)備與方法

1.1 材料、設(shè)備與儀器

選擇2018 年云南紅河初烤K326 煙葉，等級C3F。每個配方模塊試驗1 批次，投入物料量為12 000 kg/批次。

設(shè)備與儀器：臥式打葉機組（額定流量12 000 kg/h，四打十一分，美國MacTavich 公司）；QCDS-31 葉片振動分選篩（美國MacTavich 公司）；框欄（昆明船舶設(shè)備集團有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

以相同物料、相同運行參數(shù)、相同環(huán)境為控制原則，設(shè)計工藝流量12 000 kg/h；環(huán)境溫度23.1℃，濕度38.2%；潤葉出口溫度、含水率分別穩(wěn)定在（54±3）℃和（18.5±0.5）%；打輥轉(zhuǎn)速325 r/min；框欄設(shè)置在一級打葉機，將試驗框欄與對照框欄（常規(guī)框欄）按照一打一側(cè)的順序同時使用，其分布見圖1。

圖1 一打框欄安裝示意圖Fig.1 Schematic diagram of installation of first stage thresher basket

1.2.2 一打試驗取樣方法

在一級打葉機兩側(cè)分別安裝試驗與常規(guī)框欄后同時取樣，各取9～12 kg 樣品進行人工分揀，挑出純片煙（含梗直徑小于1.5 mm 的片煙）并裝框。對分揀出的片煙進行結(jié)構(gòu)篩分，分別計算大、中片率等指標(biāo)，記錄試驗結(jié)果。每處理取3 組樣品，計算平均值。

1.2.3 片煙結(jié)構(gòu)檢測

按照《GB/T 21137—2007 煙葉 片形大小的測定》［18］《YC/T 146—2010 煙葉 打葉復(fù)烤工藝規(guī)范》［2］《YC/T 147—2010 打葉煙葉 質(zhì)量檢驗》［19］中的方法，將各層接料盒放在指定位置，對片煙樣品稱重后均勻置于輸送帶上，啟動葉片振動分選篩和輸送帶。當(dāng)篩分完成后，用手輕輕取下掛在網(wǎng)格上的片煙，各層分別稱重，計算片煙結(jié)構(gòu)。

1.2.4 一級打葉機撕葉率測定

一打后取9～12 kg 樣品進行人工分揀，將純片煙與煙梗、帶梗煙葉分開，全葉含梗率按30%計，再對純片煙進行篩分和稱重，計算一級打葉機撕葉率。每處理取3 組樣品，計算平均值。

1.2.5 整線片煙結(jié)構(gòu)取樣方法

待打葉風(fēng)分機組平穩(wěn)運行30 min 后，在片煙匯集輸送帶的取樣點處連續(xù)3 次取（3 000±300）g樣品并進行檢測，取平均值。

1.2.6 設(shè)置不同框欄開口尺寸

打輥轉(zhuǎn)速按常規(guī)設(shè)置為325 r/min，框欄形狀為菱形，以框欄開口尺寸105 mm×75 mm 為對照處理，設(shè)置不同框欄開口尺寸，見表1。

表1 不同框欄開口尺寸及打輥轉(zhuǎn)速設(shè)置Tab.1 Opening sizes of basket and rotational speeds of threshing drum

1.2.7 設(shè)置不同框欄菱邊處理

打輥轉(zhuǎn)速按常規(guī)設(shè)置為325 r/min，框欄開口尺寸為105 mm×75 mm，以常規(guī)菱形為對照處理，設(shè)置不同菱邊處理，見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同框欄開口尺寸對片煙結(jié)構(gòu)的影響

不同框欄開口尺寸對一級打葉機撕葉率的影響見表3。可見，隨框欄開口尺寸的增加，撕葉率呈下降趨勢，處理1 和2 的撕葉率相比處理3（CK）分別降低4.65 和0.61 百分點；隨框欄開口尺寸的減小，撕葉率呈上升趨勢，其中處理5 的撕葉率達(dá)到80.14%，比設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值（65%）提高15.14 百分點。說明框欄開口尺寸對一級打葉機撕葉率影響顯著，當(dāng)開口尺寸增大時，撕葉率逐漸降低，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表2 不同框欄菱邊處理及打輥轉(zhuǎn)速設(shè)置Tab.2 Opening edge treatments of basket and rotational speeds of threshing drum

表3 不同框欄開口尺寸對撕葉率的影響①Tab.3 Effects of different opening sizes of baskets on lamina yield

不同框欄開口尺寸對整線片煙結(jié)構(gòu)的影響見表4?？梢?，隨框欄開口尺寸的增加，大片率、大中片率呈上升趨勢，中片率、小片率、碎片率和含末率呈下降趨勢。其中，處理1、2、3（CK）的小片率較低且差別不大，分別為9.17%、9.72%和9.90%；處理4 和5 的小片率較高，分別為11.12%、11.91%，大中片率分別比處理3（CK）降低1.80、3.06 百分點。此外，處理4 和5 的含末率較高（高于打葉復(fù)烤≤0.8%的要求）。說明不同框欄開口尺寸對片煙結(jié)構(gòu)分布影響顯著，開口尺寸越大，大片率、大中片率升高，中片率降低；開口尺寸越小，中片率、小片率、碎片率和含末率均增加。因此，在“降大片、提中片”的要求下，并非框欄開口尺寸越小越好，應(yīng)綜合考慮大中片率與含末率的分布情況，使各片煙結(jié)構(gòu)指標(biāo)保持平衡。

2.2 不同框欄菱邊處理對片煙結(jié)構(gòu)的影響

不同框欄菱邊處理對一級打葉機撕葉率的影響見表5?？梢姡幚? 和3 的撕葉率分別高于處理1（CK）9.32 和7.19 百分點，且處理2＞處理3＞處理1（CK）。說明框欄菱邊開齒與噴涂硬質(zhì)合金處理均能夠提高一級打葉機的撕葉率。

表4 不同框欄開口尺寸對整線片煙結(jié)構(gòu)的影響Tab.4 Effects of different opening sizes of baskets on structure of strips （%）

表5 不同框欄菱邊處理對撕葉率的影響Tab.5 Effects of different opening edge treatments of baskets on lamina yield

不同框欄菱邊處理對整線片煙結(jié)構(gòu)的影響見表6。可見，處理2 和3 均能夠提高中片率，但同時小片率、碎片率和含末率增加，大片率、大中片率降低。其中，處理2 中片率提高4.00 百分點，效果明顯，但處理2 和3 的大中片率分別降低2.62、1.48百分點，含末率分別增加0.40、0.56 百分點。說明框欄菱邊處理能夠提高中片率、降低大片率，但含末率超出≤0.8%的要求。

表6 不同框欄菱邊處理對整線片煙結(jié)構(gòu)的影響Tab.6 Effects of different opening edge treatments of basket on structure of strips （%）

2.3 優(yōu)化設(shè)計

2.3.1 改進方法

通過對不同框欄開口尺寸及菱邊處理進行對比試驗可知，框欄開口尺寸與一級打葉機撕葉率、碎片率及含末率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與大片率、大中片率呈正相關(guān)關(guān)系，降低開口尺寸以及進行菱邊處理均能提高撕葉率，達(dá)到“降大片、提中片”的效果，但含末率會超出≤0.8%的控制要求。此外，大中片率大幅下降會對打葉復(fù)烤經(jīng)濟指標(biāo)產(chǎn)生較大影響。

由于菱邊處理會造成較大造碎，所以不作為優(yōu)化條件，改進框欄規(guī)格則是調(diào)控片煙結(jié)構(gòu)的主要因素。生產(chǎn)中框欄底部為泄流區(qū)，根據(jù)打輥作圓周運動的特點，片煙運動到框欄底部時在離心力作用下沿切線方向脫離框欄。為此，將框欄的第1、2、6、7 排開口尺寸改為110 mm×65 mm，作為撕葉區(qū)，以提高打葉效率；將第3、4、5 排開口尺寸改為105 mm×80 mm，作為泄流區(qū)，避免過度造碎，見圖2。改進后使煙葉在小開口尺寸區(qū)域完成撕葉，在大開口尺寸區(qū)域?qū)崿F(xiàn)快速泄流，縮短已完成葉梗分離的片煙在一級打葉機中的停留時間，減少煙葉造碎。同時利用復(fù)合開口框欄的調(diào)節(jié)作用重新分配整線的單機工藝任務(wù)，適當(dāng)提高中片率，實現(xiàn)高效低造碎打葉，達(dá)到調(diào)控片煙結(jié)構(gòu)的目的。

圖2 復(fù)合開口框欄設(shè)計示意圖Fig.2 Schematic diagram of basket with mixed opening sizes

2.3.2 數(shù)據(jù)分析

采用常規(guī)框欄（開口尺寸105 mm×75 mm）和改進后復(fù)合開口框欄，按照“材料、設(shè)備與方法”中的各項要求進行對比測試，結(jié)果見表7。可見，與常規(guī)框欄相比，復(fù)合開口框欄一級打葉機撕葉率提高5.54 百分點，大片率降低5.74 百分點，中片率提高5.56 百分點，大中片率降低0.18 百分點，含末率≤0.8%。說明復(fù)合開口框欄兼顧了小開口尺寸框欄撕葉率和中片率高、大開口尺寸框欄造碎低的特點，滿足了片煙結(jié)構(gòu)控制要求。

表7 不同框欄開口尺寸對撕葉率及整線片煙結(jié)構(gòu)的影響Tab.7 Effects of different opening sizes of basket on lamina yield and strip structure （%）

3 結(jié)論

打葉復(fù)烤生產(chǎn)中當(dāng)打輥轉(zhuǎn)速一定時，框欄規(guī)格是影響片煙結(jié)構(gòu)的主要因素。通過對現(xiàn)有不同規(guī)格框欄進行對比試驗，結(jié)果表明：①框欄開口尺寸與一級打葉機撕葉率、中片率、小片率、碎片率和含末率成負(fù)相關(guān)關(guān)系，與大片率、大中片率呈正相關(guān)關(guān)系，框欄開口尺寸為110 mm×70 mm、110×65 mm 的撕葉率比常規(guī)框欄（開口尺寸105 mm×75 mm）分別提高8.34、15.01 百分點，中片率分別提高0.59、1.94 百分點，但含末率超過≤0.8%的要求；②減少框欄開口尺寸以及對菱邊進行開齒、噴涂硬質(zhì)合金處理均能顯著提高撕葉率，但會產(chǎn)生較大造碎?；诜治鼋Y(jié)果對常規(guī)框欄進行了復(fù)合開口改進和測試，結(jié)果顯示：與常規(guī)框欄相比，改進后復(fù)合開口框欄的撕葉率、中片率分別提高5.54、5.56 百分點，大片率降低5.74 百分點，含末率控制在≤0.8%以內(nèi)。新型復(fù)合開口框欄能夠滿足當(dāng)前片煙結(jié)構(gòu)的控制要求，可有效提高打葉效率，降低煙葉造碎。