基于正交法和經驗法提升二元復合濾棒吸阻穩定性的研究

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）有限責任公司昆明卷煙廠，昆明 650000；②昆明理工大學信息工程與自動化學院，昆明 650000）

0 引言

料棒和白棒兩種基棒經復合機加工成二元復合濾棒，基棒和復合棒質量指標主要包括吸阻、圓周、圓度、重量、長度、硬度等，其中，壓降和圓周是重要指標[1-2]，其質量波動性直接受兩種基棒的影響[3-4]。在加工成型中，這些指標的標準偏差值越大，表明濾棒質量越不穩定[5-6]。

1 生產工藝及指標

1.1 二元復合濾棒的結構

二元復合濾棒單支長度為120mm，由KDF2E 濾棒成型機生產的料棒（使用3.9Y/31000D 規格的絲束）和由ZL29 濾棒成型機生產的白棒（使用3.0Y/32000D 規格的絲束）兩種基礎濾棒（簡稱為基棒）經MERLIN 濾棒復合機復合而成。

二元復合濾棒生產工藝流程，可劃分為三個環節：基棒生產、基棒復合、復合棒發射（如圖1）。

圖1 二元復合濾棒生產工藝流程圖

1.2 二元復合濾棒壓降穩定性統計指標

數據集中趨勢的度量指標包括平均值、中位數、眾數等，平均值可以較好地反應數據的集中趨勢，但易受極端值的影響。數據離中趨勢的度量指標包括極差、分位矩、平均差、方差、標準差、離散系數等，標準差度量了偏離平均值的大小。其計算公式為：

式中，Xˉ為平均值，Xn為單個樣本壓降值，n 為樣本個數；SD 為標準偏差，Xi為單個樣本壓降值。

2 影響二元復合棒壓降穩定性的主要原因分析

從生產工藝流程出發，本文分別通過人、機、料、法、環、測六個方面分析白棒和料棒壓降穩定性的影響量。

2.1 白棒壓降穩定性影響因素剖析

影響白棒壓降穩定性的因素包括工人的設備操作水平、開松輥磨損、設備開松參數調整情況、原料和輔料的品質穩定性、質量管控流程、車間環境溫濕度及傳感器的準確性等。

研究過程中對各個因素進行了相關分析，發現白棒壓降穩定性的主要影響原因是開松參數設置不當（如表1）。

表1 白棒壓降主要原因分析

2.2 料棒壓降穩定性影響因素剖析

對原機料粉添加系統原理分析（圖2），發現料粉下料和施加不均勻是影響料棒壓降穩定性的主要原因。泄放閘板狀態為off 時，抽吸管將料粉抽吸到料粉收集器，當料位低于儲料容器的低料位時，泄放閘板狀態為on，料粉下落到儲料容器中，落料時間計時到則泄放閘板恢復為off 狀態。料粉從儲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，當隨施料輥轉動的料粉轉動到落料口時，料粉隨即施加到行進的料棒絲束中。回吸裝置將微小的料粉顆粒回吸到分離器中。當收集器料位低于低料位檢測位置時，系統自動將一定量的料粉抽取到收集器中形成循環利用。

圖2 原機料粉添加系統原理圖

3 基于正交試驗法的白棒壓降穩定性提升

3.1 正交試驗意義及方法

所生產白棒吸阻穩定性的優劣受開松工藝參數的影響，對V0 輥壓力、V2/V1 速比等白棒工藝參數進行大概間隔取值，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4 個白棒壓降穩定性影響量的每個量各取4 個值，如果做實驗想要包括所有情形，則需4^4=256 種組合實驗，即需做256 次實驗。若按照正交試驗法思想，則只需要試驗16 次，即可極大地減少試驗次數，進而提高試驗效率，達到降低試驗成本的目的。

正交試驗法中，因子指正交試驗中對試驗指標有影響的因素，水平指每個因子在試驗中的具體條件，指標指試驗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格化表格，實現用最少的試驗次數與大量全面試驗等效的結果。表2 對應的正交表L9（34）稱為“同水平正交表”，需做9 次試驗，有4 個因子，每個因子取的3 個水平數“1”“2”“3”在各列中出現的次數一致[7]。正交表特點體現為保持列間平衡性和正交性，即各個縱列中每種數字出現相等次數、任意兩縱列中的有序對出現相等次數。

表2 L9（34）正交表

白棒吸阻穩定性主要受V0 輥壓力、V2/V1 速比等影響，即有4 個影響因素，每個因素有4 個值，對于4 因子4 水平的實驗設計方案，按照不同因素間的組合則有256 次試驗，工程量巨大，完成的可能性不大，故可設計正交表L16（44）。

3.2 提高白棒壓降穩定性實驗

從3.1 節原因分析可以看出，導致白棒壓降穩定性不高的原因是開松部分參數調整不當。對此，修理人員對開松參數進行了逐步調整（如表3）。

表3 白棒吸阻穩定性試驗正交表及實驗結果

根據正交表中的開松部分參數數據進行白棒壓降試驗，獲得工藝參數下對應的壓降性能數據。通過對開松參數的逐步調整，最終優選出使開松狀態保持最充分時的參數并進行固化：開松預張力輥（V0 輥）的壓力調整為0.68MPa，開松輥V2/V1 速比調整為1.159，V1/VKDF速比調整為1.137，V3/V2 速比調整為0.867。對15#機的開松參數進行優化后，白棒開松狀態良好（如圖3），統計了改善前后各三個月的檢測數據（如表4）。

圖3 濾棒開松狀態良好

表4 改善前后白棒壓降數據對比

從表4 的數據可以看出，壓降SD 值由89.33Pa 降到了75.16Pa，壓降穩定性有了明顯提升。

4 基于經驗法的料棒壓降穩定性提升

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

表5 措施表

根據目標對各主要原因進行改進：將施料輥直徑減小至6.77mm；將施料輥轉速設定為49.38r/min；增加儲料容器高料位檢測開關（音叉式開關）；回吸管路負壓減小為-0.126bar。

將加工好的施料輥上機實驗，施料輥運行穩定，達到預期效果。經過調整施料輥轉速、增加儲料容器高料位檢測開關及減小回吸管路負壓等一系列措施實施后，料粉施加不均勻的情況得到了明顯的改善。對改造前后各三個月的檢測數據進行統計分析（如表6）。

表6 改善前后料棒壓降數據對比

從表6 中數據可以看出，料棒壓降SD 值從147.54Pa降低到107.35Pa 左右，料棒壓降的穩定性明顯提升。

5 結論

為了確保改善效果，車間將優選參數和經驗值進行固化，并組織操作人員進行培訓，提高操作人員對濾棒物理指標的質量管控水平，使二元復合濾棒壓降的穩定性得到更高提升。