切絲工藝參數對切絲質量及工藝消耗的影響研究

邵寧

（貴州中煙有限責任公司技術中心，貴州貴陽 550003）

0 引言

消耗作為卷煙企業較為關注的重要經濟指標，它的高低是企業技術水平、生產加工水平和管理水平的綜合體現[1-2]。近年來隨著制絲過程控制技術的提高和新一代卷煙機械的優越性能，在保證卷煙質量的前提下從加工技術方面大幅度降低了原料消耗。切絲是一個特別重要的工序，工藝任務是將煙片按設定要求切成寬度均勻的葉絲，以滿足后續加工要求[3-4]。切絲機的主要功能是將煙葉切成煙絲，在切絲的過程中必然會產生灰塵，產生造碎，不合理的切絲機參數設置不僅會影響切絲質量，還會影響葉絲的耐加工性，對后續工序的生產產生影響。

1 儀器與方法

1.1 設備與儀器

SQ341 滾刀式切絲機，SH628B 薄板式烘絲機，電子天平，煙絲結構檢測儀，煙草投影儀，電子秤。

1.2 材料與方法

A 卷煙廠B 品牌煙絲，B 品牌所用梗絲。

2 切絲機參數對切絲質量的影響

切絲機是煙草制絲生產線上非常重要的生產設備，它決定了煙絲的寬度和彈性，而質量指標切絲寬度對煙絲結構、卷煙物理指標、卷煙煙氣成分及卷煙感官質量都有不同程度的影響[5-7]。

2.1 刀輥轉速對葉絲結構的影響

SQ 系列切絲機中切絲寬度的控制是通過數字控制，刀輥電機為主動電機，當進行恒流量切絲時，PLC 根據刀門高度的升高或降低信號對刀輥轉速進行調節，達到切絲寬度、刀門高度和刀輥轉速協調匹配，完成切絲的恒流量生產。崔升等[8]研究發現刀輥轉速與切絲合格率關系顯著，且呈一元二次關系；切絲合格率影響因素的主次順序為：刀輥轉速＞刀門壓力＞排鏈比速。通過查閱文獻與技術人員交流最后對切絲機參數的調整研究集中在刀輥轉速上。

首先對刀輥轉速進行了梯度測試，將刀輥轉速從300～450 r/min每50 r/min 為一個梯度進行設置并測試，切后對葉絲進行了葉絲結構檢測（表1，圖1）。從數據可以看出：①刀輥轉速在300～350 r/min 時，切后葉絲整絲率除80.01%一個離群值，整體在82.80%～83.22%，且較穩定；②刀輥轉速在400～450 r/min 時，整絲率波動較大；③刀輥轉速在300～350 r/min 時，切后葉絲碎絲率除2.03%一個離群值，整體在1.58%～1.67%，且較穩定；④刀輥轉速在400～450 r/min 時，碎絲率波動較大。

圖1 不同刀輥轉速下的整絲率、碎絲率

表1 不同刀輥轉速下的葉絲整絲率和碎絲率

2.2 刀輥轉速對切絲寬度的影響

由于切后葉絲水分較高，且切后葉絲較軟，而梗簽較硬，切后變形程度較葉絲輕，所以為提高數據可信程度，在測量切后葉絲寬度的同時，同步將切后葉絲中的梗簽進行了寬度測量，切絲目標寬度為1.0 mm（表2，圖2）。根據不同刀輥轉速下檢測的煙絲寬度與梗絲寬度，將兩者做了相關分析：煙絲寬度與梗絲寬度在0.01 水平上存在強相關性，相關系數為0.794，可以將梗絲寬度作為葉絲寬度的特征寬度進行參考評價（表3）。

表3 煙絲寬度與梗絲寬度的相關分析

圖2 不同刀輥轉速下的葉絲寬度與梗簽寬度

表2 不同刀輥轉速下葉絲寬度與梗簽寬度

2.3 切絲質量綜合分析

根據上述對切絲機刀輥轉速不同梯度試驗獲得的數據，對葉絲寬度標準偏差、特征寬度、均勻性系數、合格率等指標整理繪制箱線圖（圖3～圖6）。從數據可以看出：①切絲后梗簽寬度與葉絲寬度趨勢圖看出變化趨勢一致，且相關性分析結果表明，相關系數為0.794，相關性極顯著，可以將梗絲寬度作為葉絲寬度的特征表示結果；②從切后寬度變化趨勢圖上看，刀輥轉速在300～350 r/min 時，切絲寬度符合1.0 mm 的目標設定值，刀輥轉速達到400 r/min以上時，出現了切絲寬度降低的情況；③刀輥轉速在300 r/min、350 r/min 時 的標偏和合格率指標箱線圖，300 r/min 時的葉絲寬度標偏較集中，且數據分布優于350 r/min 時的分布水平；④合格率指標每梯度3 個數據，整體看來，300 r/min時的合格率明顯優于其他梯度。

圖3 標準偏差

3 切絲機參數優化后對葉絲質量及工藝消耗的影響

3.1 切絲機參數優化后對葉絲質量影響

根據以上對切絲機參數優化進行的研究，對刀輥轉速調整至300 r/min，并對刀輥系統（刀輥主軸、壓刀板、刀片）、上下排鏈傳動主軸、軸承油封等更換為原廠新件后，對葉絲寬度進行檢測（表4）。優化前后均滿足切絲要求，葉絲寬度合格率提高1.79%，標準偏差變化不大，變異系數降低了0.27%。本次測試葉絲寬度合格率與穩定性較之前略好。

表4 切絲機參數優化前后葉絲切絲質量

3.2 切絲機參數優化后對工藝消耗的影響

制絲生產過程中，造碎程度最大的環節是切絲機。考慮到切絲機相鄰的下游工序是烘絲、葉絲風選，但相隔工序太遠會增加變量，目前考慮評價切絲機消耗程度較好的指標是切絲機本身的除塵量和烘絲機除塵量（表5，圖7，圖8）。

圖7 切絲機參數優化前后切絲機除塵情況

圖8 切絲機參數優化前后烘絲機除塵情況

表5 切絲機參數優化前后消耗對比情況kg

圖4 特征寬度

圖5 均勻性系數

（1）從切絲機除塵量變化趨勢圖可以看出，優化前后，切絲機集中收塵變化不大，本地收塵量在優化前后有減少趨勢但是除塵量變化不明顯。這是由于切絲機加工物料含水率高，在切絲過程中產生的粉末大量粘附在煙絲上，難以被除塵系統抽走導致的。這個數據也反映了用切絲機除塵數據表征切絲機造碎是不合適的。

（2）從烘絲機除塵量變化趨勢可以看出，經過優化烘絲機除塵量逐步降低。由于烘絲是切絲緊挨的下一個工序，且4 個測試批次都是統一品牌，由于原料差異帶來的耐加工程度差異可忽略，且4 個測試批次的烘絲機參數未發生變化，因此，烘絲機的除塵量的變化趨勢可視同切絲機造碎程度的變化趨勢。

綜上，通過對切絲機調整優化，使用烘絲機除塵量作為表征手段，烘絲機除塵量從優化前41.78 kg 降到12.78 kg，共減少29 kg，降幅為69.4%。切絲機造碎情況改善明顯。

4 結論

（1）切絲機刀輥轉速在300 r/min、350 r/min 時，切后葉絲整絲率在82.80%～83.22%，且較穩定；切后葉絲碎絲率在1.58%～1.67%，較穩定。

（2）由于葉絲寬度與梗絲寬度的強相關性，不同刀輥轉速下的數據通過箱線圖表征，刀輥轉速在300 r/min 時的葉絲寬度標偏、合格率、均勻性系數等數據分布均優于350 r/min 時的分布水平。整體看來，300 r/min 時的切絲質量明顯優于其他梯度。

（3）經過切絲機參數調整后，優化后葉絲寬度合格率提高1.79%，標準偏差變化不大，變異系數降低了0.27%，葉絲寬度合格率與穩定性較之前略好。優化前后，切絲機集中收塵變化不大，本地收塵量在優化前后有減少趨勢但是除塵量變化不明顯。烘絲機除塵量從優化前41.78 kg 降到12.78 kg，共減少29 kg，降幅為69.4%。切絲機造碎情況得到明顯改善。