針輥轉速與造紙法薄片煙支工藝 指標的相關性研究

作者簡介：，工程師；研究方向：煙草機械設計制造及其自動化。

關鍵詞：造紙法薄片煙支；煙支工藝指標；針輥轉速；相關分析 中圖分類號：TS7；TS411 文獻標識碼：A DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2025.04.020

Study on the Correlation Between Needle Rollr Speed and Papermaking Reconstituted Cigarette ProcessIndicators

PENG Shuo*YIN Liang XIA Wenquan LIU Jianhua JIANG Ke （Hong'an Cigarette Factory，China Tobacco Hubei Industrial Co.，Ltd.，Huanggang，Hubei Province，438400） （*E-mail：550768266@qq.com）

Abstract：Toivesehoelatetweeelleedftgareaigmandppeaingosite processidicators，firstly-fctor-lvelogoalexprintssvelodttablshultiplenarregessinoelet nedlerollrspedproesparamesofgareeagac.Next，usgdelsde withpapermakingcostuedcigeeprocsidatorssuchsigreeght，andddvatioofigaeeihtndtior sistancestandarddeviationweealydnallydsigin3-factor-lveloogoalexperets，eofdsd stemwireratioandpaperakingreconstitutedigareteslicerratioontesuctionesistancestandarddviationereaalyzdhersuls showed that the regression evaluation index for the needle roller speed and cigarette making machine process parameters was 0 ， 9 9 9 ， whichcouldprcccuatelndorledellesped，eongoelioeteeeedelrspedei areteweightanditsstandardeviation，utageneralcorelatiowithsuctionrsistacestandarddeviaon，tereasatrongcoeaion between stem wireratio and papermaking reconstituted cigarete slicerratioonthe suctionresistance standarddeviation.

Keywords：papermaking reconstituted cigarette;；cigarette processindexes;needle rolerspeed;correlation analysis

在現代煙草工業中，煙支工藝指標的穩定性是保證產品質量與滿足消費者需求的關鍵因素之一，其中，卷接機作為生產香煙的關鍵設備，其性能直接影響著煙支的生產質量。ZJ17型卷接機是在PRO-TOS70型卷接機基礎上國產化的一款設備，廣泛應用于國內多家煙廠，針輥作為其重要的執行元件，其轉速的控制對于確保卷接質量至關重要。然而，針輥轉速與卷接機的工藝參數及指標之間存在著復雜的相互關系，這加大了對卷接過程優化的難度。

煙草薄片又稱重組煙葉，是以煙葉和卷煙生產過程中廢棄的煙片、煙梗、煙末等為原料，通過造紙法、稠漿法、輥壓法等制成。卷煙生產時為降低生產成本會在正常煙絲中摻配一定比例煙草薄片，其中，造紙法煙草薄片應用最為廣泛。李棟等研究了造紙法煙草薄片不同形態對煙絲理化特性、煙支空頭率及煙絲填充值的影響；胡向華等研究了黏結劑種類及添加量對造紙法煙草薄片勻度、緊度及透氣度等的影響；王鵬飛等研究了環境相對濕度對煙草薄片含水率及煙支吸阻的影響。目前卷接機針輥轉速對非造紙法薄片煙支工藝指標的影響已有相關研究，如燕振振等利用正交實驗研究了針輥供絲量系數、風室設定負壓、一次分選壓力、二次分選閥開度4個工藝參數對煙支工藝指標的影響；菅威等[8]研究了大風機負壓、小風機正壓、梗簽含絲量、回絲量4個工藝參數對煙支重量穩定性的影響；劉杰等研究了針輥轉速、大風機壓力、小風機壓力對煙支重量及吸阻的影響；高依萍等研究了平準器規格、回絲量等卷接機工藝參數對煙支重量、吸阻及空頭率等的影響。

依據現有研究及結論，本研究開展了針輥轉速與造紙法薄片煙支工藝指標的相關性研究，建立了針輥轉速與卷接機工藝參數的多元線性回歸模型，通過改變針輥轉速，獲取了不同針輥轉速下煙支重量、煙支重量標偏及吸阻標偏工藝指標，并對其進行線性擬合及相關性分析；此外，研究了不同針輥轉速、梗絲配比、造紙法煙草薄片配比對煙支工藝指標的影響，為后續煙支工藝質量優化提升提供了參考。

1實驗

1.1實驗材料與設備

材料：某規格常規煙正常煙絲、薄片煙絲及卷制過程相關輔料（煙支重量中心值為 ）。

設備：ZJ17型卷接機（常德煙草機械有限責任公司）；DT-3型卷煙綜合測試臺（德國Borgwaldt-KC公司）；UTP-313型電子天平（上海花潮電器有限公司）。

1.2針輥轉速與卷接機工藝參數相關性實驗

由于針輥轉速對煙支工藝質量控制有較大影響，考慮到機組正常運行時針輥轉速受多個工藝參數共同影響，且原有直流針輥電機無法通過控制器修改關鍵參數。為實現對針輥轉速的定量控制，本研究在前期將直流針輥電機改為伺服驅動的針輥電機[基礎上，開展針輥轉速與卷接機工藝參數的多因素影響實驗。根據卷接機卷制工藝流程及現有文獻可知，機組正常運行時車速、針輥最高轉速、針輥回絲量電壓與針輥轉速值有較強相關性，因此開展針輥轉速與以上工藝參數的多因素相關性實驗。其中，車速變化范圍為5 0 0 0～7 0 0 0 支 / m i n ，調節步長為500支 / m i n ；針輥最高轉速調節范圍為 9 0 0～1 7 0 0 r / m i n ，調節步長為3 5 0 r / m i n ；針輥回絲量電壓調節范圍為 5 0 0～7 0 0 m V 調節步長為 5 0 m V ，車速與針輥回絲量電壓均從卷接機機組人機交互界面調節，針輥最高轉速的設置和針輥轉速的讀取均通過RS485通信方式，將目標值設置到針輥電機對應的驅動器中或從驅動器中讀取相關數值。此外，為減少實驗次數，降低對生產的影響，設置三因素五水平的正交實驗2，從實驗中挑選具有代表性的實驗，將實驗次數由 5 × 5 × 5 = 1 2 5 次降為25次。

1.3針輥轉速與煙支重量相關性實驗

由于平整盤位置對煙支重量起決定性作用，在卷接機重量控制系統打開的情況下，平整盤位置由平整盤電壓直接控制，且會隨著微波測得的煙支重量數據實時調整，煙支重量偏大，平整盤電壓變小，平整盤位置上升，消減更多的煙絲；煙支重量偏小，平整盤電壓變大，平整盤位置下降，促使更多的煙絲卷入煙支。為忽略平整盤位置波動引起的煙支重量變化，研究針輥轉速對煙支重量的影響，關閉卷接機重量控制系統，供料成條機壓力固定為 - 8 0 0 0 P a ，針輥回絲量電壓設置為 6 0 0 m V ，車速保持在7000支 / m i n ，在不同的平整盤電壓下，研究針輥轉速與煙支重量的相關性。其中，平整盤電壓變化范圍為 - 2～4 V ，調節步長為 ，通過針輥最高轉速的改變控制針輥轉速，最高轉速調節范圍 ，調節步長為 1 0 0 r / m i n 待針輥轉速穩定后隨機抽取100支成品煙在電子天平上進行稱量，取其平均重量作為該針輥轉速下對應的煙支重量。

1.4針輥轉速與煙支重量標偏及吸阻標偏相關性 實驗

為研究針輥轉速對煙支重量標偏及吸阻標偏的影響，在不影響卷接機機組正常生產的情況下，保持車速為7000支 / m i n ，通過改變針輥最高轉速和針輥回絲量電壓來控制針輥轉速大小，待針輥轉速穩定后，收集煙支樣品5次，每次30支，放入煙支綜合測試臺進行煙支工藝指標測試，讀取煙支重量標偏及吸阻標偏數值，取5次測得的各工藝指標的平均值分析。

1.5不同針輥轉速及梗絲、造紙法薄片配比與煙支

工藝指標相關性實驗

通過調節針輥轉速及梗簽、造紙法薄片摻配比例，研究其對成品煙支工藝指標的影響，其中針輥轉速通過針輥最高轉速調節，并結合車速及針輥回絲量電壓計算出實際針輥轉速。為減少實驗次數，設計三因素三水平正交實驗，單次實驗下利用綜測臺測試5組成品煙工藝指標，取平均值作為該實驗參數下的結果，針輥最高轉速調節范圍為 1 7 0 0～1 9 0 0 r / m i n 調節步長為 1 0 0 r / m i n ，梗絲摻配比例為 5 % ～ 1 5 % ，調節步長為 5 % ，造紙法薄片摻配比例為 5 % ～ 1 5 % ，調節步長為 5 % ，實驗期間，機組其他參數固定不變。

2 結果與討論

2.1針輥轉速與卷接機工藝參數的相關性分析

根據實驗設計，采集的數據如表1所示。對針輥轉速與表1工藝參數進行多元線性回歸分析，回歸結果如表2所示，針輥轉速實際值與擬合值如圖1所示。由表2和圖1可知，車速、針輥最高轉速、針輥回絲量電壓所對應的 P 值均 lt; 0 . 0 5 ，表明以上因素與針輥轉速相關性顯著，回歸結果中 ，調整后 ，表明模型擬合效果較好，可較準確地實現對針輥轉速的預測與控制。

為研究不同因素對針輥轉速影響大小，表3統計了不同因素在不同水平下針輥轉速的均值，并計算極差，車速、針輥最高轉速、針輥電壓3個因素對針輥轉速的極差分別為352.7、 1 4 0 . 4 r / m i n 和 ，通過極差分析法可知，車速對針輥轉速影響最大，針輥最高轉速次之，針輥電壓影響最小。

2.2針輥轉速與煙支重量相關性分析

在關閉重量控制系統的情況下，通過修改不同針輥最高轉速及平整盤電壓值，得到不同針輥轉速及平整盤電壓下的煙支重量，如表4所示。由表4可知，在同一平整盤電壓下，隨著針輥轉速的提升，煙支重量呈上升趨勢，這是因為平整盤位置的不變導致消減的位置一定，由于針輥轉速增加了煙絲的供給量，導致成品煙支重量增加。此外，在同一針輥轉速下，隨著平整盤電壓的增加，平整盤位置下降，導致消減的煙絲變少，成品煙支重量增加。

對不同平整盤電壓下針輥轉速與煙支重量關系進行多元線性回歸，回歸結果如表5所示，煙支實際重量與擬合值如圖2所示。由表5和圖2可知，針輥轉速、平整盤電壓與煙支重量關系的 P 值均 lt; 0 . 0 5 ，表明其相關性較顯著，擬合結果中 ，調整后 ，表明針輥轉速與平整盤電壓對煙支重量擬合效果較好。

2.3針輥轉速與煙支重量標偏及吸阻標偏的相關性 分析

為分析針輥轉速對煙支重量標偏及吸阻標偏的影響，采集不同針輥轉速下對應的煙支重量標偏與吸阻標偏（表5），對針輥轉速、煙支重量標偏及吸阻標偏進行相關性分析如圖3所示，其中，相關性的度量采用皮爾遜相關系數3]。由圖3可知，針輥轉速與煙支重量標偏相關系數為-0.70，呈現較強的負相關關系，即針輥轉速越大，煙支重量標偏值越小，而針輥轉速與煙支吸阻標偏的相關系數為-0.51，相關關系一般，由于煙支重量標偏與吸阻標偏相關系數為0.72，即煙支重量標偏與吸阻標偏呈現較強的正相關性，該結果為后續煙支工藝質量優化提升提供參考。

2.4不同針輥轉速及梗絲、造紙法薄片配比對煙支吸阻標偏的影響

根據實驗方案，采集的實驗數據如表7所示。對吸阻標偏進行極差分析，結果如表8所示。由表8可知，在針輥轉速變化范圍內吸阻標偏變化 0 . 4 6 6 P a 梗絲配比變化范圍內吸阻標偏變化 4 . 0 0 0 P a ，造紙法薄片配比變化范圍內，吸阻標偏變化 ，因此，以上3因素對吸阻標偏影響大小依次為梗絲配比、造紙法薄片配比、針輥最高轉速。

3結論

本研究建立針輥轉速與卷接機工藝參數的多元線性回歸模型，通過設計正交實驗，分析了針輥轉速、梗絲配比、造紙法薄片配比與造紙法薄片煙支重量、吸阻標偏等指標的相關性。

3.1卷接機車速、針輥最高轉速、針輥回絲量電壓3個工藝參數對針輥轉速的多元線性回歸模型評價指標 ，擬合效果較好，可通過這3個工藝參數實現對針輥轉速的預測與精準控制。

3.2平整盤電壓一定時，針輥轉速與煙支重量呈正相關關系，且針輥轉速越大，煙支重量越高。此外，當針輥轉速一定時，平整盤電壓越大，煙支重量越高。

3.3針輥轉速與煙支重量標偏具有較強的負相關

性，相關系數為-0.70，即相同條件下隨著針輥轉速的增加，煙支重量標偏減小，煙支重量更加穩定；針輥轉速與煙支吸阻標偏相關系數為-0.51，相關性一般；煙支重量標偏與吸阻標偏相關系數為0.72，相關性較強。

3.4在機組其他參數不變的情況下，實驗范圍內梗絲配比對吸阻影響最大、造紙法薄片配比次之、針輥轉速對吸阻影響最小。

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（責任編輯：宋佳翼）