編煙機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)編煙效果的影響

連長(zhǎng)偉，彭小冬，陳明建，李躍武

1.福建省煙草公司，福州市北環(huán)中路133號(hào)福建煙草大廈350002

2.福建工程學(xué)院，福州市閩候上街大學(xué)城學(xué)院路3號(hào)福建工程學(xué)院H1350108

煙葉烘烤前的手工編煙費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效率低，嚴(yán)重影響了煙葉烘烤的進(jìn)度。隨著密集式烤房的大面積推廣，煙葉烤前編煙已成為影響煙葉生產(chǎn)進(jìn)一步發(fā)展的制約因素之一[1]。為了提高編煙效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，研制了編煙機(jī)樣機(jī)。通過(guò)兩年的試驗(yàn)示范，發(fā)現(xiàn)編煙機(jī)在編煙過(guò)程中仍存在斷葉、掉葉、斷柄、漏針、編煙質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題，為此，對(duì)編煙機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)比分析了編煙機(jī)主要機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)編煙性能指標(biāo)(斷葉率、掉葉率、斷柄率及烤后質(zhì)量)的影響，旨在優(yōu)化編煙機(jī)結(jié)構(gòu)，提高編煙質(zhì)量和效率。

1 材料與方法

1.1 供試設(shè)備

連續(xù)行走與間歇行走式編煙機(jī)各1臺(tái)，旋轉(zhuǎn)鉤針結(jié)構(gòu)、擺動(dòng)鉤針結(jié)構(gòu)編煙機(jī)各1臺(tái)，針距分別為2，3，4 cm的編煙機(jī)各1臺(tái)，平面托盤(pán)架、3 cm和6 cm定位側(cè)鋪煙葉托盤(pán)架各1臺(tái)。

1.2 試驗(yàn)基本情況

試驗(yàn)于2009年4月至9月，分別在三明市泰寧試驗(yàn)站、武夷山市興田鎮(zhèn)南岸現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)示范園區(qū)進(jìn)行，供試品種為K326。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別對(duì)不同鉤針結(jié)構(gòu)、行走方式、針距及鋪煙方式進(jìn)行對(duì)比，選用相同部位、質(zhì)量和數(shù)量的鮮煙葉進(jìn)行試驗(yàn)。將經(jīng)編縫的煙葉放在烤房同一層兩側(cè)的相同位置，按三段式烘烤工藝進(jìn)行烘烤。

1.3.1 鉤針結(jié)構(gòu)對(duì)比

設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)鉤針機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)鉤針機(jī)構(gòu)兩處理，分別測(cè)定兩種鉤針結(jié)構(gòu)的掉葉率與漏針率。

1.3.2 行走方式對(duì)比

設(shè)計(jì)連續(xù)行走與間歇行走兩處理，分別測(cè)定兩種行走方式的斷葉率和斷柄率。

1.3.3 針距對(duì)比

設(shè)計(jì)針距分別為2，3，4 cm 3個(gè)處理，分別測(cè)定3種針距的斷葉率、掉葉率和斷柄率。

1.3.4 鋪煙方式對(duì)比

設(shè)計(jì)自然平鋪、3 cm定位側(cè)鋪和6 cm定位側(cè)鋪3個(gè)處理，分別測(cè)定斷葉率、斷柄率、鋪煙速度和烤后質(zhì)量。

1.4 測(cè)定方法

斷葉是指在編煙過(guò)程中由于機(jī)針扎到葉柄造成煙葉主脈折斷。斷葉率是指煙葉完成編竿后，搖動(dòng)整竿煙葉時(shí)掉落的斷葉片數(shù)占總煙葉片數(shù)的比例。

掉葉是指由于編縫煙葉時(shí)縫扎煙葉不夠緊，在烘烤過(guò)程中煙葉脫水凋萎后煙葉因重力作用而掉落。掉葉率是指烘烤結(jié)束后，煙葉掉落到地上或竿上的煙葉片數(shù)占總煙葉片數(shù)的比例。

斷柄是指烤干的煙葉因下烤解竿而造成葉柄與葉片分離。斷柄率是指煙葉解竿時(shí)，掉落葉柄個(gè)數(shù)占煙葉總片數(shù)的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉤針結(jié)構(gòu)對(duì)編煙效果的影響

由表1可知，采用旋轉(zhuǎn)鉤針的編煙機(jī)在烘烤過(guò)程中的掉葉率為0.24%，在編煙過(guò)程的漏針率為0.0022%，而采用擺動(dòng)鉤針的編煙機(jī)在烘烤過(guò)程中的掉葉率為0.02%，在編煙過(guò)程的漏針率為0.0089%，可見(jiàn)，鉤針結(jié)構(gòu)對(duì)掉葉率和漏針率有較大影響，旋轉(zhuǎn)鉤針掉葉率明顯高于擺動(dòng)鉤針，這主要與捆綁煙葉的松緊有關(guān)，采取旋轉(zhuǎn)鉤針結(jié)構(gòu)編煙機(jī)，煙葉捆綁較松，烘烤過(guò)程中容易掉葉，見(jiàn)圖1。

圖1 不同鉤針結(jié)構(gòu)的編煙效果

2.2 行走方式對(duì)編煙效果的影響

由表2可知:采用連續(xù)行走方式的編煙機(jī)在編煙過(guò)程中的斷葉率為1.86%，在解竿過(guò)程的斷柄率為4.96%，而采用間歇行走方式的編煙機(jī)在編煙過(guò)程中的斷葉率為0.67%，解竿過(guò)程的斷柄率為2.9%?？梢?jiàn)，不同行走方式對(duì)斷葉率和斷柄率影響也較大。采用連續(xù)行走方式的編煙機(jī)機(jī)針扎入葉柄的同時(shí)仍有橫向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)葉柄已被壓桿固定，由于編煙機(jī)機(jī)針編縫行程長(zhǎng)，步距大，機(jī)針的橫向運(yùn)動(dòng)對(duì)葉柄的損傷較大，易造成煙葉斷葉和斷柄。

表1 擺動(dòng)鉤針與旋轉(zhuǎn)鉤針對(duì)比(%)

2.3 針距對(duì)編煙效果的影響由表3可知，針距為2，3，4 cm的編煙機(jī)在編煙過(guò)程中的斷葉率分別為0.96%，0.67%和0.005%;在烘烤過(guò)程中的掉葉率分別為0.03%，0.02%和0.43%;在解竿過(guò)程中的斷柄率為3.7%，2.9%和0.45%?？梢?jiàn)，針距越大，在編煙過(guò)程中的斷葉率越低，烘烤過(guò)程的掉葉率越高，在解竿過(guò)程的斷柄率越低。針距小，每桿扎針數(shù)多，行走速度慢，機(jī)針扎中煙葉的概率提高，編煙過(guò)程的斷葉率和解桿過(guò)程斷柄率升高;當(dāng)針距大時(shí)，每桿扎針數(shù)少，行走速度快，機(jī)針扎中煙葉的概率低，編煙過(guò)程斷葉率低，但每針捆綁煙葉數(shù)增加，葉柄干燥后煙葉更容易掉落。

2.4 鋪煙方式對(duì)編煙效果的影響

由表4可知，斷葉率、斷柄率自然平鋪?zhàn)罡撸? cm定位側(cè)鋪?zhàn)畹?，分別為0.67%，2.9%;鋪煙速度自然平鋪和6 cm定位側(cè)鋪較快，3 cm定位側(cè)鋪?zhàn)盥?烤后煙葉質(zhì)量定位側(cè)鋪與手工編煙無(wú)明顯差異?？梢?jiàn)，通過(guò)采用定位槽和改進(jìn)托盤(pán)結(jié)構(gòu)，在托盤(pán)架上將煙葉自然平鋪改為定位側(cè)鋪，煙葉斷柄率、斷葉率均大幅度降低，煙葉在烘烤過(guò)程中能夠正常卷筒，烤后煙葉質(zhì)量與手工編煙無(wú)明顯差異。

表2 不同行走方式的編煙效果對(duì)比(%)

表3 不同針距的編煙效果對(duì)比

2.5 編煙機(jī)與手工編煙的工效對(duì)比分析

由表5可知，就編煙速度而言，編煙機(jī)的編煙速度快于手工編煙，為每人每桿20 s;手工編煙速度較慢，為每人每桿300s。但與手工編煙相比，機(jī)械編煙增加了鋪煙環(huán)節(jié)，每人每桿鋪煙平均約為180 s。解桿速度方面，編煙機(jī)每人每小時(shí)可以解煙桿95桿，較手工解桿工作效率提高了3.17倍。

表4 不同鋪煙方式的編煙效果對(duì)比

表5 編煙機(jī)和手工編煙工效對(duì)比

3 小結(jié)與討論

(1)目前編煙機(jī)是采用縫紉機(jī)的工作原理，通過(guò)彎針和直針的配合運(yùn)動(dòng)，形成單線鏈?zhǔn)骄€跡。這種線跡除了美觀牢固外，顯著的優(yōu)點(diǎn)是拆線方便，只要拆掉一頭，整根線就可以輕松抽出[2]。實(shí)現(xiàn)單線鏈?zhǔn)骄€跡捆綁的鉤針機(jī)構(gòu)主要有旋轉(zhuǎn)鉤針結(jié)構(gòu)與擺動(dòng)鉤針結(jié)構(gòu)兩種，本試驗(yàn)結(jié)果表明，擺動(dòng)鉤針結(jié)構(gòu)的掉葉率明顯低于旋轉(zhuǎn)鉤針結(jié)構(gòu)，這主要是由其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定的。擺動(dòng)鉤針與旋轉(zhuǎn)鉤針必需由“鉤花”與“入花”兩種動(dòng)作來(lái)完成對(duì)煙葉的捆綁[3]，旋轉(zhuǎn)鉤針的“鉤花”面積大，“入花”較準(zhǔn)確，但由于旋轉(zhuǎn)鉤針體積大，“脫花”所形成的線圈也較大，線與煙葉貼的較松，煙葉捆綁也較松，導(dǎo)致烘烤過(guò)程中容易掉葉。同時(shí)，當(dāng)縫線松弛或沒(méi)物料的情況下，縫線容易被纏繞，縫線被拉緊后，容易將煙頭切斷。擺動(dòng)鉤針鉤線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由直動(dòng)平底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)和直動(dòng)推桿圓柱凸輪機(jī)構(gòu)組合而成[4]，“鉤花”面積小，線跟煙葉貼的較緊，煙葉捆綁較緊，不容易出現(xiàn)掉葉，但由于“鉤花”面積小，“入花”動(dòng)作要求精確可靠，如果機(jī)頭或煙葉托盤(pán)行走時(shí)出現(xiàn)跳動(dòng)就可能造成“入花”動(dòng)作失敗，出現(xiàn)漏針。

(2)編煙機(jī)機(jī)針是一種平面四桿機(jī)構(gòu)[5]。編扎煙葉時(shí)煙葉鋪放厚度達(dá)40～60 mm，機(jī)針的連續(xù)行走或間歇行走對(duì)煙葉的損傷存在不同差異。本試驗(yàn)結(jié)果表明，間歇行走的編煙方式，編煙過(guò)程機(jī)針對(duì)葉柄的損傷較輕，斷葉率和斷柄率低于連續(xù)行走。而機(jī)頭與機(jī)針連續(xù)行走的編煙方式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，編煙過(guò)程機(jī)針對(duì)葉柄的損傷較大，斷葉率及斷柄率較高，但機(jī)器性能較為穩(wěn)定，漏針率較低。

(3)編煙機(jī)在編煙時(shí)，煙葉自然平鋪在托盤(pán)上或流水輸送帶上，中、下部葉在烘烤過(guò)程中容易出現(xiàn)葉柄彎曲即“彎頭”現(xiàn)象，導(dǎo)致葉柄較難烤干，延長(zhǎng)了烘烤時(shí)間，煙葉下烤后由于彎頭而不便于煙葉扎把。此外，烤后平板煙葉明顯增加，對(duì)煙葉等級(jí)質(zhì)量有一定影響。通過(guò)采用定位槽和側(cè)鋪托盤(pán)結(jié)構(gòu)，編煙過(guò)程中斷葉率、斷柄率大大降低，消除彎頭和煙葉難卷筒[6]等現(xiàn)象，解決了由于彎頭造成煙葉扎把困難、烘烤時(shí)間延長(zhǎng)等問(wèn)題，烤后煙葉質(zhì)量較手工編煙無(wú)明顯差異。

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[3] 鄒慧君，田永利，張青，等.縫紉機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本理論與方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2002(6):56-57.

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[5] 何衛(wèi).縫紉機(jī)彎針機(jī)構(gòu)的分析與仿真[D].大連:大連理工大學(xué)，2005.

[6] 宮長(zhǎng)榮.烤煙烘烤理論與實(shí)踐[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社，1997.