降低煙支單支克重標準偏差的研究與探索

史俊杰，錢 俊，白朝矗

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司紅河卷煙廠，云南紅河 652300）

0 引言

隨著煙草行業競爭的不斷加劇，提升卷煙產品的穩定性成為產品競爭力的關鍵。在卷煙生產過程中，由于煙絲的配方存在明顯差異，部分牌號煙支單支克重標準偏差存在長期不達標的問題。為了減小卷煙單支克重標準偏差，深入研究可能造成煙支單支克重標準偏差不達標的因素，最終找到卷煙機劈刀盤削減面積過大、劈刀盤凹槽長度及深度設計不合理等主要因素，并研制出一種新型劈刀盤，使煙支單支克重標準偏差得到有效控制。

1 煙支單支克重標準偏差統計

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與其他牌號存在明顯的差異，導致卷煙機生產出的煙支克重標準偏差較大。統計生產過程中連續一個月取樣煙支的單支克重標準偏差為0.040 g，明顯高于0.021 g的標準（表1）。

表1 紅河（A7）單支克重標準偏統計 g

2 煙支單支克重標準偏差超標準原因分析

2.1 嘴棒對克重標準偏差的影響

煙支單支克重由嘴棒克重及煙支克重組成，為了調查嘴棒單支克重的波動對煙支單支克重偏差的影響，取樣品煙支10組，每組20 支煙支，首先測量計算每組樣品煙支的克重標準偏差，然后去除嘴棒，再次測量計算無嘴棒煙支的克重標準偏差，見表2。從計算結果可以看出，去除嘴棒后煙支克重標準偏差無明顯變化，因此可以確定嘴棒克重對煙支克重標準偏差無影響。

表2 紅河（A7）完整煙支與無嘴棒煙支克重標準偏差統計 g

2.2 煙支長度對單支克重的影響

為了調查煙支長度對單支克重的影響，取樣10 組，每組20支煙支，分別測量其長度及單支克重，統計結果如圖1 所示。從散點圖可以看出，煙支長度與煙支克重沒有關系，因此可以排除煙支長度對煙支克重標準偏差的影響。

圖1 煙支長度與克重標準偏差散點圖

2.3 煙支煙絲點密度標準偏差對單支克重的影響

為了調查煙絲點密度分布及標準偏差對單支克重的影響，抽取4 個牌號的煙支，取樣10 組、每組20 支煙支，取200 支煙支測量數據的平均值，并去除煙支兩端無效數據，繪制煙絲點密度分布趨勢圖（圖2）。同時繪制出對應牌號的煙支煙絲點密度標準偏差對比圖（圖3）。

圖2 不同牌號煙支點密度分布趨勢

圖3 煙絲點密度標準偏差對比

從圖3 可以看出，紅河（A7）牌號的煙絲點密度標準偏差為21.503 mg/cm3，明顯高于其他牌號。為了進一步確認紅河（A7）牌號煙絲點密度標準偏差與煙支克重標準偏差之間的關系，繪制出煙絲點密度標準偏差與煙支克重標準偏差的散點圖（圖4）。從圖4 可以看出，煙支克重標準偏差隨著煙絲點密度標準偏差增大而增大，且呈線性變化。

圖4 煙絲點密度標準偏差與煙支克重標準偏差散點圖

通過以上調查分析可知，影響煙支單支克重標準偏差大的主要原因是煙絲點密度標準偏差大，且煙絲點密度標準偏差與煙支單支克重偏差呈線性正相關關系。

3 煙絲點密度標準偏差大的原因分析

3.1 劈刀盤凹槽面積對煙絲點密度標準偏差的影響

煙絲點密度的分布趨勢主要由劈刀盤削減煙絲的面積、深度造成。根據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，煙絲點密度越大；凹槽削減面積越小，緊頭部分煙絲越少，煙絲點密度越小。因此，在凹槽長度一定的情況下，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行分析，分別為方形凹槽和梯形凹槽，其削減煙絲結構如圖5 所示。

圖5 不同削減面積劈刀盤煙絲結構示意

分別采用兩種凹槽削減面積的劈刀盤進行實驗，對生產出的煙支進行取樣，取樣5 組，每組20 支，測試煙支煙絲點密度標準偏差，結果見表3。可以看出，不同凹槽的劈刀盤即不同削減面積的劈刀盤對煙絲點密度有明顯的影響。

表3 不同削減面積劈刀盤煙支煙絲點密度標準偏差統計

3.2 劈刀盤凹槽長度及深度對煙絲點密度標準偏差的影響

卷煙設備上使用的劈刀盤為6 槽結構如圖6 所示，其中槽1 形成煙支搓接端的緊頭，確保煙支搓接質量；槽2 形成點燃端的緊頭，降低煙支空頭剔除率。兩個凹槽的長度、寬度設計并不完全一致。分別試驗凹槽1 長度、凹槽1 深度、凹槽2 長度、凹槽2 深度4 個因素對煙絲點密度標準偏差的影響。每次試驗選取一個變量，另外3 個因素不變。取樣5 組，每組20 支，測試煙支煙絲點密度標準偏差，結果見圖7。可以看出，不同的凹槽長度、深度對煙絲點密度的標準偏差都有明顯的影響。

圖6 劈刀盤凹槽與煙支緊頭對照

圖7 劈刀盤凹槽長度、深度對煙絲點密度標準偏差的影響

4 新型劈刀盤設計方案

4.1 劈刀盤凹槽形狀設計

在研究中發現，劈刀盤凹槽面積越大，緊頭部分煙絲越多、煙絲點密度越大；凹槽削減面積越小，緊頭部分煙絲越少，煙絲點密度越小。在凹槽長度一定的情況下，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計（圖8）。按照圖8 所示方案加工制作方形、梯形和圓弧形凹槽的劈刀盤進行實驗，驗證不同凹槽形狀的劈刀盤與煙絲點密度標準偏差的關系，尋找最佳劈刀盤形狀。

圖8 不同凹槽形狀劈刀盤對比

取樣計算不同形狀凹槽劈刀盤生產的煙支煙絲點密度標準偏差，繪制箱線圖（圖9）。可以看出，不同劈刀盤槽型對煙支煙絲點密度具有明顯的影響，從箱線圖中可看出，圓弧形凹槽煙絲點密度標偏明顯低于其他形狀，凹槽最終選擇圓弧形凹槽。

圖9 劈刀盤凹槽形狀對煙絲點密度方差分析

4.2 劈刀盤凹槽長度、深度設計

由煙支成型原理可知，劈刀盤凹槽的長度決定煙支緊頭的長度，凹槽長度越長，煙支緊頭越長；凹槽的深度決定了緊頭部分煙絲的密度，凹槽深度越深，緊頭部分煙絲點密度越大。由于劈刀盤凹槽分凹槽1 和凹槽2，而每個凹槽的長度、深度均會對煙絲點密度標準偏差造成影響，通過正交實驗來決定劈刀盤凹槽的最佳尺寸。根據設備技術標準和實際生產經驗，提出3 個位級。其中凹槽1 深度不低于1.5 mm，長度不大于30.0 mm，凹槽過淺過長會出現煙支搓接不好；凹槽2深度不低于3.0 mm，長度不大于30.0 mm，凹槽過淺過長，會導致煙支空頭、空松剔除率過高。L9（34）正交實驗結果如圖10 所示。

圖10 正交實驗表

根據正交實驗結果得出A1B1C1D1 為最佳方案，最佳方案對應的煙絲點密度標準偏差為9.204 mg/cm3，劈刀盤參數為：凹槽1 長度=30.0 mm，凹槽1 深度=1.5 mm；凹槽2 長度=30.0 mm，凹槽2 深度=3.0 mm。

5 效果驗證及總結

使用新型劈刀盤后，跟蹤調查了紅河（A7）煙支單支克重標準偏差，能夠穩定在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題得到有效解決，提高了卷煙機對不同牌號卷煙產品的適應性。