降低煙支單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差的研究與探索

史俊杰，錢 俊，白朝矗

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司紅河卷煙廠，云南紅河 652300）

0 引言

隨著煙草行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，提升卷煙產(chǎn)品的穩(wěn)定性成為產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。在卷煙生產(chǎn)過(guò)程中，由于煙絲的配方存在明顯差異，部分牌號(hào)煙支單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差存在長(zhǎng)期不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。為了減小卷煙單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差，深入研究可能造成煙支單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差不達(dá)標(biāo)的因素，最終找到卷煙機(jī)劈刀盤削減面積過(guò)大、劈刀盤凹槽長(zhǎng)度及深度設(shè)計(jì)不合理等主要因素，并研制出一種新型劈刀盤，使煙支單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差得到有效控制。

1 煙支單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差統(tǒng)計(jì)

以紅河（A7）品牌為例，其煙絲的含水率、整絲率、加香比例、梗絲摻配比例等參數(shù)與其他牌號(hào)存在明顯的差異，導(dǎo)致卷煙機(jī)生產(chǎn)出的煙支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差較大。統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中連續(xù)一個(gè)月取樣煙支的單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.040 g，明顯高于0.021 g的標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

表1 紅河（A7）單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏統(tǒng)計(jì) g

2 煙支單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差超標(biāo)準(zhǔn)原因分析

2.1 嘴棒對(duì)克重標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響

煙支單支克重由嘴棒克重及煙支克重組成，為了調(diào)查嘴棒單支克重的波動(dòng)對(duì)煙支單支克重偏差的影響，取樣品煙支10組，每組20 支煙支，首先測(cè)量計(jì)算每組樣品煙支的克重標(biāo)準(zhǔn)偏差，然后去除嘴棒，再次測(cè)量計(jì)算無(wú)嘴棒煙支的克重標(biāo)準(zhǔn)偏差，見(jiàn)表2。從計(jì)算結(jié)果可以看出，去除嘴棒后煙支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差無(wú)明顯變化，因此可以確定嘴棒克重對(duì)煙支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差無(wú)影響。

表2 紅河（A7）完整煙支與無(wú)嘴棒煙支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差統(tǒng)計(jì) g

2.2 煙支長(zhǎng)度對(duì)單支克重的影響

為了調(diào)查煙支長(zhǎng)度對(duì)單支克重的影響，取樣10 組，每組20支煙支，分別測(cè)量其長(zhǎng)度及單支克重，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1 所示。從散點(diǎn)圖可以看出，煙支長(zhǎng)度與煙支克重沒(méi)有關(guān)系，因此可以排除煙支長(zhǎng)度對(duì)煙支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響。

圖1 煙支長(zhǎng)度與克重標(biāo)準(zhǔn)偏差散點(diǎn)圖

2.3 煙支煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)單支克重的影響

為了調(diào)查煙絲點(diǎn)密度分布及標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)單支克重的影響，抽取4 個(gè)牌號(hào)的煙支，取樣10 組、每組20 支煙支，取200 支煙支測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值，并去除煙支兩端無(wú)效數(shù)據(jù)，繪制煙絲點(diǎn)密度分布趨勢(shì)圖（圖2）。同時(shí)繪制出對(duì)應(yīng)牌號(hào)的煙支煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)比圖（圖3）。

圖2 不同牌號(hào)煙支點(diǎn)密度分布趨勢(shì)

圖3 煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)比

從圖3 可以看出，紅河（A7）牌號(hào)的煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差為21.503 mg/cm3，明顯高于其他牌號(hào)。為了進(jìn)一步確認(rèn)紅河（A7）牌號(hào)煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差與煙支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的關(guān)系，繪制出煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差與煙支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差的散點(diǎn)圖（圖4）。從圖4 可以看出，煙支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差隨著煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差增大而增大，且呈線性變化。

圖4 煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差與煙支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差散點(diǎn)圖

通過(guò)以上調(diào)查分析可知，影響煙支單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差大的主要原因是煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差大，且煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差與煙支單支克重偏差呈線性正相關(guān)關(guān)系。

3 煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差大的原因分析

3.1 劈刀盤凹槽面積對(duì)煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響

煙絲點(diǎn)密度的分布趨勢(shì)主要由劈刀盤削減煙絲的面積、深度造成。根據(jù)劈刀盤工作原理以及煙絲束成型工藝流程可知，劈刀盤凹槽寬度必須與吸絲帶導(dǎo)軌寬度（10.00 mm）保持一致，因此確定劈刀盤的寬度為5.00 mm。在凹槽深度相同的情況下，凹槽削減面積的大小決定了煙支緊頭部分的煙絲填充量。凹槽削減面積越大，緊頭部分煙絲越多，煙絲點(diǎn)密度越大；凹槽削減面積越小，緊頭部分煙絲越少，煙絲點(diǎn)密度越小。因此，在凹槽長(zhǎng)度一定的情況下，凹槽的形狀決定了凹槽的削減面積。選取兩種形狀凹槽的劈刀盤進(jìn)行分析，分別為方形凹槽和梯形凹槽，其削減煙絲結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 不同削減面積劈刀盤煙絲結(jié)構(gòu)示意

分別采用兩種凹槽削減面積的劈刀盤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)生產(chǎn)出的煙支進(jìn)行取樣，取樣5 組，每組20 支，測(cè)試煙支煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯觯煌疾鄣呐侗P即不同削減面積的劈刀盤對(duì)煙絲點(diǎn)密度有明顯的影響。

表3 不同削減面積劈刀盤煙支煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差統(tǒng)計(jì)

3.2 劈刀盤凹槽長(zhǎng)度及深度對(duì)煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響

卷煙設(shè)備上使用的劈刀盤為6 槽結(jié)構(gòu)如圖6 所示，其中槽1 形成煙支搓接端的緊頭，確保煙支搓接質(zhì)量；槽2 形成點(diǎn)燃端的緊頭，降低煙支空頭剔除率。兩個(gè)凹槽的長(zhǎng)度、寬度設(shè)計(jì)并不完全一致。分別試驗(yàn)凹槽1 長(zhǎng)度、凹槽1 深度、凹槽2 長(zhǎng)度、凹槽2 深度4 個(gè)因素對(duì)煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響。每次試驗(yàn)選取一個(gè)變量，另外3 個(gè)因素不變。取樣5 組，每組20 支，測(cè)試煙支煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見(jiàn)圖7?？梢钥闯?，不同的凹槽長(zhǎng)度、深度對(duì)煙絲點(diǎn)密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差都有明顯的影響。

圖6 劈刀盤凹槽與煙支緊頭對(duì)照

圖7 劈刀盤凹槽長(zhǎng)度、深度對(duì)煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響

4 新型劈刀盤設(shè)計(jì)方案

4.1 劈刀盤凹槽形狀設(shè)計(jì)

在研究中發(fā)現(xiàn)，劈刀盤凹槽面積越大，緊頭部分煙絲越多、煙絲點(diǎn)密度越大；凹槽削減面積越小，緊頭部分煙絲越少，煙絲點(diǎn)密度越小。在凹槽長(zhǎng)度一定的情況下，凹槽的形狀決定了凹槽的削減面積。利用Triz 矛盾矩陣，選擇解決凹槽面積的方案為“曲面化”，提出3 種不同凹槽形狀的劈刀盤設(shè)計(jì)（圖8）。按照?qǐng)D8 所示方案加工制作方形、梯形和圓弧形凹槽的劈刀盤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證不同凹槽形狀的劈刀盤與煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系，尋找最佳劈刀盤形狀。

圖8 不同凹槽形狀劈刀盤對(duì)比

取樣計(jì)算不同形狀凹槽劈刀盤生產(chǎn)的煙支煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差，繪制箱線圖（圖9）?？梢钥闯?，不同劈刀盤槽型對(duì)煙支煙絲點(diǎn)密度具有明顯的影響，從箱線圖中可看出，圓弧形凹槽煙絲點(diǎn)密度標(biāo)偏明顯低于其他形狀，凹槽最終選擇圓弧形凹槽。

圖9 劈刀盤凹槽形狀對(duì)煙絲點(diǎn)密度方差分析

4.2 劈刀盤凹槽長(zhǎng)度、深度設(shè)計(jì)

由煙支成型原理可知，劈刀盤凹槽的長(zhǎng)度決定煙支緊頭的長(zhǎng)度，凹槽長(zhǎng)度越長(zhǎng)，煙支緊頭越長(zhǎng)；凹槽的深度決定了緊頭部分煙絲的密度，凹槽深度越深，緊頭部分煙絲點(diǎn)密度越大。由于劈刀盤凹槽分凹槽1 和凹槽2，而每個(gè)凹槽的長(zhǎng)度、深度均會(huì)對(duì)煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差造成影響，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)來(lái)決定劈刀盤凹槽的最佳尺寸。根據(jù)設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提出3 個(gè)位級(jí)。其中凹槽1 深度不低于1.5 mm，長(zhǎng)度不大于30.0 mm，凹槽過(guò)淺過(guò)長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)煙支搓接不好；凹槽2深度不低于3.0 mm，長(zhǎng)度不大于30.0 mm，凹槽過(guò)淺過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致煙支空頭、空松剔除率過(guò)高。L9（34）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10 所示。

圖10 正交實(shí)驗(yàn)表

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出A1B1C1D1 為最佳方案，最佳方案對(duì)應(yīng)的煙絲點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差為9.204 mg/cm3，劈刀盤參數(shù)為：凹槽1 長(zhǎng)度=30.0 mm，凹槽1 深度=1.5 mm；凹槽2 長(zhǎng)度=30.0 mm，凹槽2 深度=3.0 mm。

5 效果驗(yàn)證及總結(jié)

使用新型劈刀盤后，跟蹤調(diào)查了紅河（A7）煙支單支克重標(biāo)準(zhǔn)偏差，能夠穩(wěn)定在0.017 g，煙支成型效果得到提升，煙支偏輕、偏重剔除率和空頭率高的問(wèn)題得到有效解決，提高了卷煙機(jī)對(duì)不同牌號(hào)卷煙產(chǎn)品的適應(yīng)性。