基于正交法和經(jīng)驗(yàn)法提升二元復(fù)合濾棒吸阻穩(wěn)定性的研究

段青娜DUAN Qing-na；李淑梅LI Shu-mei；高闊GAO Kuo；程勇CHENG Yong；李佳燕LI Jia-yan；沙利波SHA Li-bo；李贊LI Zan

（①紅云紅河（集團(tuán)）有限責(zé)任公司昆明卷煙廠，昆明 650000；②昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院，昆明 650000）

0 引言

料棒和白棒兩種基棒經(jīng)復(fù)合機(jī)加工成二元復(fù)合濾棒，基棒和復(fù)合棒質(zhì)量指標(biāo)主要包括吸阻、圓周、圓度、重量、長度、硬度等，其中，壓降和圓周是重要指標(biāo)[1-2]，其質(zhì)量波動(dòng)性直接受兩種基棒的影響[3-4]。在加工成型中，這些指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值越大，表明濾棒質(zhì)量越不穩(wěn)定[5-6]。

1 生產(chǎn)工藝及指標(biāo)

1.1 二元復(fù)合濾棒的結(jié)構(gòu)

二元復(fù)合濾棒單支長度為120mm，由KDF2E 濾棒成型機(jī)生產(chǎn)的料棒（使用3.9Y/31000D 規(guī)格的絲束）和由ZL29 濾棒成型機(jī)生產(chǎn)的白棒（使用3.0Y/32000D 規(guī)格的絲束）兩種基礎(chǔ)濾棒（簡稱為基棒）經(jīng)MERLIN 濾棒復(fù)合機(jī)復(fù)合而成。

二元復(fù)合濾棒生產(chǎn)工藝流程，可劃分為三個(gè)環(huán)節(jié)：基棒生產(chǎn)、基棒復(fù)合、復(fù)合棒發(fā)射（如圖1）。

圖1 二元復(fù)合濾棒生產(chǎn)工藝流程圖

1.2 二元復(fù)合濾棒壓降穩(wěn)定性統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

數(shù)據(jù)集中趨勢(shì)的度量指標(biāo)包括平均值、中位數(shù)、眾數(shù)等，平均值可以較好地反應(yīng)數(shù)據(jù)的集中趨勢(shì)，但易受極端值的影響。數(shù)據(jù)離中趨勢(shì)的度量指標(biāo)包括極差、分位矩、平均差、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、離散系數(shù)等，標(biāo)準(zhǔn)差度量了偏離平均值的大小。其計(jì)算公式為：

式中，Xˉ為平均值，Xn為單個(gè)樣本壓降值，n 為樣本個(gè)數(shù)；SD 為標(biāo)準(zhǔn)偏差，Xi為單個(gè)樣本壓降值。

2 影響二元復(fù)合棒壓降穩(wěn)定性的主要原因分析

從生產(chǎn)工藝流程出發(fā)，本文分別通過人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六個(gè)方面分析白棒和料棒壓降穩(wěn)定性的影響量。

2.1 白棒壓降穩(wěn)定性影響因素剖析

影響白棒壓降穩(wěn)定性的因素包括工人的設(shè)備操作水平、開松輥磨損、設(shè)備開松參數(shù)調(diào)整情況、原料和輔料的品質(zhì)穩(wěn)定性、質(zhì)量管控流程、車間環(huán)境溫濕度及傳感器的準(zhǔn)確性等。

研究過程中對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)白棒壓降穩(wěn)定性的主要影響原因是開松參數(shù)設(shè)置不當(dāng)（如表1）。

表1 白棒壓降主要原因分析

2.2 料棒壓降穩(wěn)定性影響因素剖析

對(duì)原機(jī)料粉添加系統(tǒng)原理分析（圖2），發(fā)現(xiàn)料粉下料和施加不均勻是影響料棒壓降穩(wěn)定性的主要原因。泄放閘板狀態(tài)為off 時(shí)，抽吸管將料粉抽吸到料粉收集器，當(dāng)料位低于儲(chǔ)料容器的低料位時(shí)，泄放閘板狀態(tài)為on，料粉下落到儲(chǔ)料容器中，落料時(shí)間計(jì)時(shí)到則泄放閘板恢復(fù)為off 狀態(tài)。料粉從儲(chǔ)料容器中均勻落到截面為半圓形施料輥輥槽中并將輥槽填滿，當(dāng)隨施料輥轉(zhuǎn)動(dòng)的料粉轉(zhuǎn)動(dòng)到落料口時(shí)，料粉隨即施加到行進(jìn)的料棒絲束中?；匚b置將微小的料粉顆?；匚椒蛛x器中。當(dāng)收集器料位低于低料位檢測(cè)位置時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將一定量的料粉抽取到收集器中形成循環(huán)利用。

圖2 原機(jī)料粉添加系統(tǒng)原理圖

3 基于正交試驗(yàn)法的白棒壓降穩(wěn)定性提升

3.1 正交試驗(yàn)意義及方法

所生產(chǎn)白棒吸阻穩(wěn)定性的優(yōu)劣受開松工藝參數(shù)的影響，對(duì)V0 輥壓力、V2/V1 速比等白棒工藝參數(shù)進(jìn)行大概間隔取值，如V0 輥壓力：0.55MPa、0.60MPa、0.68MPa、0.70MPa；V2/V1 速比：1.086、1.135、1.159、1.162；V1/VKDF 速比：1.137、1.138、1.139、1.140；V3/V2 速比：0.70、0.867、0.901、0.95。即對(duì)4 個(gè)白棒壓降穩(wěn)定性影響量的每個(gè)量各取4 個(gè)值，如果做實(shí)驗(yàn)想要包括所有情形，則需4^4=256 種組合實(shí)驗(yàn)，即需做256 次實(shí)驗(yàn)。若按照正交試驗(yàn)法思想，則只需要試驗(yàn)16 次，即可極大地減少試驗(yàn)次數(shù)，進(jìn)而提高試驗(yàn)效率，達(dá)到降低試驗(yàn)成本的目的。

正交試驗(yàn)法中，因子指正交試驗(yàn)中對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)有影響的因素，水平指每個(gè)因子在試驗(yàn)中的具體條件，指標(biāo)指試驗(yàn)需要得到的效果特性。正交表是基于“均衡搭配”和“整齊可比”原理制成的排列整齊的規(guī)格化表格，實(shí)現(xiàn)用最少的試驗(yàn)次數(shù)與大量全面試驗(yàn)等效的結(jié)果。表2 對(duì)應(yīng)的正交表L9（34）稱為“同水平正交表”，需做9 次試驗(yàn)，有4 個(gè)因子，每個(gè)因子取的3 個(gè)水平數(shù)“1”“2”“3”在各列中出現(xiàn)的次數(shù)一致[7]。正交表特點(diǎn)體現(xiàn)為保持列間平衡性和正交性，即各個(gè)縱列中每種數(shù)字出現(xiàn)相等次數(shù)、任意兩縱列中的有序?qū)Τ霈F(xiàn)相等次數(shù)。

表2 L9（34）正交表

白棒吸阻穩(wěn)定性主要受V0 輥壓力、V2/V1 速比等影響，即有4 個(gè)影響因素，每個(gè)因素有4 個(gè)值，對(duì)于4 因子4 水平的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，按照不同因素間的組合則有256 次試驗(yàn)，工程量巨大，完成的可能性不大，故可設(shè)計(jì)正交表L16（44）。

3.2 提高白棒壓降穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

從3.1 節(jié)原因分析可以看出，導(dǎo)致白棒壓降穩(wěn)定性不高的原因是開松部分參數(shù)調(diào)整不當(dāng)。對(duì)此，修理人員對(duì)開松參數(shù)進(jìn)行了逐步調(diào)整（如表3）。

表3 白棒吸阻穩(wěn)定性試驗(yàn)正交表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)正交表中的開松部分參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行白棒壓降試驗(yàn)，獲得工藝參數(shù)下對(duì)應(yīng)的壓降性能數(shù)據(jù)。通過對(duì)開松參數(shù)的逐步調(diào)整，最終優(yōu)選出使開松狀態(tài)保持最充分時(shí)的參數(shù)并進(jìn)行固化：開松預(yù)張力輥（V0 輥）的壓力調(diào)整為0.68MPa，開松輥V2/V1 速比調(diào)整為1.159，V1/VKDF速比調(diào)整為1.137，V3/V2 速比調(diào)整為0.867。對(duì)15#機(jī)的開松參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，白棒開松狀態(tài)良好（如圖3），統(tǒng)計(jì)了改善前后各三個(gè)月的檢測(cè)數(shù)據(jù)（如表4）。

圖3 濾棒開松狀態(tài)良好

表4 改善前后白棒壓降數(shù)據(jù)對(duì)比

從表4 的數(shù)據(jù)可以看出，壓降SD 值由89.33Pa 降到了75.16Pa，壓降穩(wěn)定性有了明顯提升。

4 基于經(jīng)驗(yàn)法的料棒壓降穩(wěn)定性提升

料棒壓降不穩(wěn)定的主要原因是料粉施加不均勻，本部分內(nèi)容對(duì)影響料粉施加均勻性的四個(gè)原因逐一進(jìn)行改進(jìn)，并制定了措施表（如表5）。

表5 措施表

根據(jù)目標(biāo)對(duì)各主要原因進(jìn)行改進(jìn)：將施料輥直徑減小至6.77mm；將施料輥轉(zhuǎn)速設(shè)定為49.38r/min；增加儲(chǔ)料容器高料位檢測(cè)開關(guān)（音叉式開關(guān)）；回吸管路負(fù)壓減小為-0.126bar。

將加工好的施料輥上機(jī)實(shí)驗(yàn)，施料輥運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期效果。經(jīng)過調(diào)整施料輥轉(zhuǎn)速、增加儲(chǔ)料容器高料位檢測(cè)開關(guān)及減小回吸管路負(fù)壓等一系列措施實(shí)施后，料粉施加不均勻的情況得到了明顯的改善。對(duì)改造前后各三個(gè)月的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（如表6）。

表6 改善前后料棒壓降數(shù)據(jù)對(duì)比

從表6 中數(shù)據(jù)可以看出，料棒壓降SD 值從147.54Pa降低到107.35Pa 左右，料棒壓降的穩(wěn)定性明顯提升。

5 結(jié)論

為了確保改善效果，車間將優(yōu)選參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行固化，并組織操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高操作人員對(duì)濾棒物理指標(biāo)的質(zhì)量管控水平，使二元復(fù)合濾棒壓降的穩(wěn)定性得到更高提升。