PT70卷煙機(jī)運(yùn)行參數(shù)對(duì)煙支重量穩(wěn)定性影響及優(yōu)化

錢文聰 李丹 楊麗霞

摘 ?要：PT70卷煙機(jī)運(yùn)行參數(shù)中小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、回絲量以及VE風(fēng)室負(fù)壓是對(duì)煙支重量穩(wěn)定性影響較大的運(yùn)行參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)以獲得煙支重量標(biāo)準(zhǔn)偏差，從而確定各運(yùn)行參數(shù)對(duì)煙支重量穩(wěn)定性的影響，并以此為依據(jù)，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高煙支重量穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：卷煙機(jī);運(yùn)行參數(shù);重量穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TS43 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）25-0077-04

Abstract： Roller speed of small fan， rate of recycling excess tobacco and negative pressure of VE are the operating parameters of cigarette maker that affect the stability of cigarette weight powerfully. The data of cigarette standard deviation getting from the experiment is researched to find out the relationship between the operating parameters and the stability of cigarette weight. And an optimization process is launched based on the relationship to enhance the stability of cigarette weight.

Keywords： cigarette maker; operating parameters; stability of cigarette weight

PT70卷煙機(jī)是國(guó)內(nèi)卷煙生產(chǎn)企業(yè)廣泛使用的設(shè)備[1]，其煙支的重量控制是卷煙生產(chǎn)工藝中一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)。煙支重量直接決定了卷煙的抽吸口數(shù)，進(jìn)而影響了煙氣焦油含量、卷煙吸阻等煙支特性[2]。提高煙支重量穩(wěn)定性能夠降低煙支的差異性，這對(duì)煙支品質(zhì)具有積極影響。

煙支重量穩(wěn)定性的量化采用的是重量標(biāo)準(zhǔn)偏差，重量標(biāo)準(zhǔn)偏差越小則說明重量穩(wěn)定性越好。煙條形成的質(zhì)量是影響煙支重量標(biāo)準(zhǔn)偏差的重要方面，當(dāng)煙條形成時(shí)，若其密度分布均勻，煙絲密實(shí)，可使煙條最終經(jīng)過平準(zhǔn)器修剪后，質(zhì)量密度較為均勻，從而降低重量標(biāo)準(zhǔn)偏差。因此考慮對(duì)PT70卷煙機(jī)煙條形成過程中影響較大的小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、回絲量以及VE風(fēng)室負(fù)壓三個(gè)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以降低重量標(biāo)準(zhǔn)偏差，提升煙支重量穩(wěn)定性。

1 煙條形成工藝過程及優(yōu)化參數(shù)選取

PT70卷煙機(jī)煙條形是在該套設(shè)備的VE部分完成，煙條形成的工藝過程是[3]：煙絲由陡角提升輸送帶送入堆料槽，針輥按照生產(chǎn)速度比例從堆料槽中梳取煙絲，彈絲輥則將針輥梳取的煙絲剝離，均勻地鋪在煙絲輸送帶上，由輸送帶送至風(fēng)分裝置，風(fēng)分裝置中有噴射氣流作用，質(zhì)量較重的煙絲結(jié)團(tuán)和煙梗落入螺旋回梗機(jī)構(gòu)，被送至二次風(fēng)分裝置，質(zhì)量較輕的煙絲被氣流吹向拋絲輥，經(jīng)拋絲輥和氣流共同作用被拋向負(fù)壓室吸絲帶，在負(fù)壓作用下，煙絲被吸附于吸絲帶上向下游輸送，經(jīng)平準(zhǔn)器修剪后，經(jīng)過煙舌等機(jī)構(gòu)壓縮后進(jìn)入SE部分，形成煙條。

卷煙機(jī)煙條形成主要與VE的幾個(gè)運(yùn)行參數(shù)有關(guān)：小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、回絲量以及VE風(fēng)室負(fù)壓。小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定著風(fēng)分裝置中噴射氣流的強(qiáng)弱，這一方面影響著經(jīng)拋絲輥吹向吸絲帶煙絲分布的均勻性，另一方面影響著不均勻煙絲團(tuán)和梗簽的剔除，從而影響煙條形成的質(zhì)量;回絲量決定著煙絲的供給量;VE風(fēng)室負(fù)壓決定著從噴射氣流中吸取煙絲和輸送煙條的能力。這幾個(gè)運(yùn)行參數(shù)直接影響著煙條形成的質(zhì)量，從而影響著煙支重量的穩(wěn)定性。為了穩(wěn)定煙支重量，降低重量標(biāo)準(zhǔn)偏差，需要對(duì)這幾個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。這里煙支重量的穩(wěn)定性指標(biāo)采用重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差作為指標(biāo)。

2 試驗(yàn)

選定的試驗(yàn)設(shè)備為生產(chǎn)某牌號(hào)細(xì)支產(chǎn)品的PT70卷煙機(jī)進(jìn)行，設(shè)定不同的運(yùn)行參數(shù)梯度：小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（800控制脈沖、900控制脈沖、950控制脈沖、1000控制脈沖、1050控制脈沖、1100控制脈沖、1200控制脈沖），回絲量（100控制脈沖、150控制脈沖、200控制脈沖、250控制脈沖、300控制脈沖、350控制脈沖、400控制脈沖、500控制脈沖），VE風(fēng)室負(fù)壓（-80MPa、-85MPa、-90MPa、-95MPa、-100MPa、-105MPa、-110MPa）。通過變換運(yùn)行參數(shù)組合，獲得不同運(yùn)行參數(shù)下的重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差，以研究這三個(gè)運(yùn)行參數(shù)對(duì)煙支的重量穩(wěn)定性影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)保持其他運(yùn)行參數(shù)不變，包括生產(chǎn)速度，同時(shí)保證所使用的煙絲為同一批產(chǎn)品。

3 運(yùn)行參數(shù)與煙支重量穩(wěn)定性的關(guān)系

為使后文敘述及圖表表達(dá)清晰方便，小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以N表示，回絲量以B表示，VE風(fēng)室負(fù)壓以F表示，煙支重量標(biāo)準(zhǔn)差以E表示?？紤]到小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速是連續(xù)變化;回絲量的調(diào)整過程是由電機(jī)加減速連續(xù)變動(dòng)實(shí)現(xiàn)的;風(fēng)室負(fù)壓的調(diào)節(jié)是通過改變風(fēng)門開度來實(shí)現(xiàn)的，風(fēng)門開度的調(diào)節(jié)則是一個(gè)連續(xù)的過程;并且在這幾個(gè)參數(shù)變化期間重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差未出現(xiàn)躍變，亦可認(rèn)為變化是連續(xù)的，重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差特征曲線也應(yīng)該是平滑連續(xù)的。因此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用三次樣條曲線插值即可獲各參數(shù)重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差特征曲線。

3.1 小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與煙支重量穩(wěn)定性的關(guān)系

小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速直接決定了風(fēng)分裝置中氣流的強(qiáng)弱，該氣流有兩個(gè)作用，一個(gè)是分離煙絲和煙梗，另一個(gè)是為拋絲輥提供輸送氣流，以使煙絲輸送至吸絲帶下方。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用三次樣條曲線插值即可獲得小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速-重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差特征曲線，即N-E特征曲線。圖1為回絲量B=300控制脈沖、VE風(fēng)室負(fù)壓F=-80MPa條件下的N-E特征曲線。

由圖1可以看出，隨小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速N的增加，重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差E迅速下降，重量的穩(wěn)定性迅速提高，重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差E在達(dá)到谷底后，隨小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加又逐漸增大，重量穩(wěn)定性逐漸降低。經(jīng)分析，在到達(dá)谷底前，小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，輸送氣流強(qiáng)度較低，煙絲分布均勻性較差，導(dǎo)致重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差E較大;在到達(dá)谷底后，輸送氣流強(qiáng)度已經(jīng)能使煙絲獲得較好分布均勻性，但較大的小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速又會(huì)導(dǎo)致風(fēng)分氣流過大，致風(fēng)分過程煙梗及煙絲濕團(tuán)等剔除不完全，使經(jīng)拋絲輥送向吸絲帶的煙絲純凈度不足，影響煙絲填充，從而導(dǎo)致重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差E增加，煙支重量穩(wěn)定性下降。

3.2 回絲量與煙支重量穩(wěn)定性的關(guān)系

回絲量的大小決定了卷煙機(jī)一定轉(zhuǎn)速下煙絲供給量的多少，當(dāng)煙絲供給量越大，其在吸絲槽中堆積的厚度就高，經(jīng)過平整圓盤修剪下的煙絲也就越多[4]。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用三次樣條曲線插值即可獲得回絲量-重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差特征曲線，即B-E特征曲線。圖2為小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速N=900控制脈沖、VE風(fēng)室負(fù)壓F=-95MPa條件下的B-E特征曲線。

分析圖2可以知道，在回絲量B較低的區(qū)間，重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差隨回絲量增加迅速降低，當(dāng)?shù)竭_(dá)最低點(diǎn)后，無論回絲量如何增加，重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)都幾乎不再變化，也就是說回絲量進(jìn)入了飽和區(qū)間。通過對(duì)設(shè)備的分析，在非飽和區(qū)間內(nèi)吸絲槽中的煙絲堆積厚度隨著回絲量的增加而增大，吸絲槽中較厚的煙絲可以使經(jīng)平整圓盤修剪的煙條煙絲分布更加均勻，但是隨著回絲量進(jìn)入飽和區(qū)間，煙絲堆積厚度已經(jīng)到達(dá)極限高度，故即便回絲量再增加，煙絲厚度也不會(huì)再變化，這就使得重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差基本不再變化，重量穩(wěn)定性達(dá)到最高。

3.3 VE風(fēng)室負(fù)壓與煙支重量穩(wěn)定性的關(guān)系

VE風(fēng)室負(fù)壓一方面起到從輸送氣流中吸取煙絲的作用，一方面也為吸絲帶提供煙絲輸送的負(fù)壓吸力。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用三次樣條曲線插值即可獲得VE風(fēng)室負(fù)壓-重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差特征曲線，即F-E特征曲線。圖3為小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速N=950控制脈沖、回絲量B=350控制脈沖條件下的F-E特征曲線。

由圖3分析可知，在VE風(fēng)室負(fù)壓F絕對(duì)值較小的區(qū)間，重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)E隨VE風(fēng)室負(fù)壓絕對(duì)值的增加迅速降低，這意味著重量的穩(wěn)定性迅速提高，當(dāng)重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到最低點(diǎn)后，隨VE風(fēng)室負(fù)壓絕對(duì)值的增加，重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)又隨之逐漸增大，即重量穩(wěn)定性變差。經(jīng)過對(duì)設(shè)備的分析，形成這樣的F-E特征曲線是因?yàn)樵贓到達(dá)谷底前，隨著VE風(fēng)室負(fù)壓絕對(duì)值的增加，吸絲槽能夠更多的吸取輸送氣流中的煙絲，使得煙絲堆積厚度增加，這有利于在經(jīng)過平整圓盤修剪后獲填充更加飽滿的煙條，同時(shí)，增加的VE風(fēng)室負(fù)壓絕對(duì)值也會(huì)使吸絲帶在輸送煙絲時(shí)，更少的掉落煙絲，從而獲得較為均勻的煙絲分布。但當(dāng)重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到最低點(diǎn)后，隨著VE風(fēng)室負(fù)壓絕對(duì)值的增大，會(huì)導(dǎo)致煙絲在吸絲帶和吸絲槽中被吸附得過緊，使得煙絲在吸絲帶輸送過程中運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)卡阻，造成最終的煙絲填充質(zhì)量下降，導(dǎo)致重量穩(wěn)定性變差。

4 運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化

參數(shù)優(yōu)化的目的是獲得最佳的重量穩(wěn)定性，即獲得最小的重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差。小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、回絲量以及VE風(fēng)室負(fù)壓對(duì)重量穩(wěn)定性的影響可以由N-E、B-E以及F-E特征曲線獲得。由于各特征曲線是在其余兩個(gè)運(yùn)行參數(shù)確定的條件下獲得的，當(dāng)其余兩個(gè)運(yùn)行參數(shù)變動(dòng)后，特征曲線也會(huì)發(fā)生變動(dòng)。實(shí)際上當(dāng)其余兩個(gè)運(yùn)行參數(shù)變動(dòng)后，特征曲線仍然是相似的，其趨勢(shì)沒有發(fā)生改變，但是特征曲線形狀和位置會(huì)有改變。由圖1及圖3可知，最小的重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差出現(xiàn)在N-E、F-E特征曲線的最低點(diǎn)。由于其余兩個(gè)運(yùn)行參數(shù)的變動(dòng)會(huì)使特征曲線出現(xiàn)變化，雖然仍然是相似的，但特征曲線的最低點(diǎn)位置會(huì)發(fā)生變化，這就無法單獨(dú)使用N-E或F-E特征曲線來獲得最優(yōu)的小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速N或VE風(fēng)室負(fù)壓F。由圖2可知，B-E特征曲線只要回絲量B到達(dá)飽和區(qū)間就可以使重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差獲得最小值，即便其余兩個(gè)運(yùn)行參數(shù)改變，仍然可以找到合適的回絲量B，使不同的B-E特征曲線處于飽和區(qū)間。所以優(yōu)先對(duì)回絲量進(jìn)行優(yōu)化。

4.1 回絲量的優(yōu)化

當(dāng)小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速N或VE風(fēng)室負(fù)壓F改變后，可獲得不同的B-E特征曲線，如圖4所示，為不同小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速N或VE風(fēng)室負(fù)壓F條件下的B-E特征曲線。在N=900、F=-95MPa條件下，B-E特征曲線在B=300時(shí)開始進(jìn)入飽和區(qū)間，在N=1000、F=-105MPa條件下，B-E特征曲線在B=280時(shí)開始進(jìn)入飽和區(qū)間，進(jìn)入飽和區(qū)間后重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差E幾乎無變化，且處于最小值，實(shí)際上，當(dāng)B=300時(shí)，各條件下的B-E特征曲線都能夠進(jìn)入飽和區(qū)間?？紤]到回絲量越大，煙絲造碎程度越大，同時(shí)較高的回絲量會(huì)使回絲機(jī)構(gòu)的堵塞風(fēng)險(xiǎn)變大，因此，滿足飽和區(qū)間的最小回絲量就為最優(yōu)值，故B=300為最優(yōu)回絲量。

4.2 小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及VE風(fēng)室負(fù)壓的優(yōu)化

在回絲量確定為B=300控制脈沖的條件下，對(duì)獲得的不同小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速N及VE風(fēng)室負(fù)壓F條件下的重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差E進(jìn)行空間差值，從而可以獲得對(duì)應(yīng)的N-F-E曲面，對(duì)小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及VE風(fēng)室負(fù)壓聯(lián)合優(yōu)化，以獲得最小的重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差。

圖5為N-F-E曲面的空間圖像，圖6為N-F-E等值圖。由圖5、圖6可以看出N-F-E曲面為一個(gè)具有谷底的空間曲面，最小短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差區(qū)域?qū)?yīng)的小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速N及VE風(fēng)室負(fù)壓值即為所需最優(yōu)值。由于小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速N過小時(shí)，容易出現(xiàn)絲梗分離不完全的情況，二次風(fēng)分裝置中的煙絲含量會(huì)比較高，存在煙絲浪費(fèi)，故將N的最優(yōu)值選定為1000控制脈沖;而當(dāng)VE風(fēng)室負(fù)壓值升高F，吸絲槽堵塞的風(fēng)險(xiǎn)就將增大，故VE風(fēng)室負(fù)壓F選定為-99MPa。

4.3 優(yōu)化效果

通過上述優(yōu)化過程獲得的最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)組合為N=1000、B=300、F=-99MPa。按新參數(shù)調(diào)整設(shè)備后，使設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間，待設(shè)備穩(wěn)定后重新獲得重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差。優(yōu)化前后各運(yùn)行參數(shù)及重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)比如表1所示。

經(jīng)過優(yōu)化，重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差由7.90mg下降到了6.16mg，下降了22.02%，煙支重量穩(wěn)定性得到了提高，煙支質(zhì)量獲得提升。

5 結(jié)論

小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、回絲量以及風(fēng)室負(fù)壓是影響煙支重量穩(wěn)定性的重要運(yùn)行參數(shù)，這幾個(gè)參數(shù)對(duì)煙支重量穩(wěn)定性的影響可以使用N-E、B-E及F-E特性曲線來表征。不同參數(shù)條件下的特征曲線趨勢(shì)相同，但具體形狀有所差別。N-E及F-E特性曲線趨勢(shì)相似，E都是先隨自變量參數(shù)增大先下降后上升;而B-E則是E先隨自變量參數(shù)增大下降，在到達(dá)飽和區(qū)間后不再變動(dòng)。三個(gè)參數(shù)的優(yōu)化流程為：先優(yōu)化回絲量B，而后對(duì)小風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速N和風(fēng)室負(fù)壓F進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。經(jīng)過優(yōu)化，煙支重量短時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差下降了22.02%，煙支重量穩(wěn)定性得到了提高。

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