快速籠式煙夾的研制與應(yīng)用

王衛(wèi)峰，張克勤，李 波，李開和，王五權(quán)，陸華君，趙 賓，鄧明軍，盧燕回

（中國煙草總公司廣西壯族自治區(qū)公司，南寧 530022）

當(dāng)前，隨著現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建設(shè)不斷向縱深推進(jìn)，我國煙葉生產(chǎn)組織與經(jīng)營管理模式發(fā)生了新的變化，煙葉種植的規(guī)?；?、機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化程度有了很大提高。同時，在煙葉調(diào)制環(huán)節(jié)，密集烤房憑借其節(jié)能、省工、適應(yīng)規(guī)?；N植以及提升煙葉整體烘烤質(zhì)量等優(yōu)勢在我國得到快速推廣應(yīng)用[1]，但與煙草的其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)相比，煙葉調(diào)制用工多且其勞動強(qiáng)度和技術(shù)難度都比較大，專業(yè)化進(jìn)程也相對緩慢[2]，主要瓶頸環(huán)節(jié)是煙葉夾持設(shè)備比較落后，沒有取得實質(zhì)性突破。

人工傳統(tǒng)編竿煙葉呈倒“V”字形被綁在煙竿上，葉脈內(nèi)水分流動受阻，煙葉失水不均衡，一定程度上造成烤后煙葉基部帶青，同時編竿需要大量的人工，且勞動效率低，裝煙量較少，影響了密集烤房優(yōu)勢的發(fā)揮；編煙機(jī)提高了編煙效率，但若鋪煙不均勻時有空針、脫針、斷針現(xiàn)象，常出現(xiàn)斷葉、斷柄、掉葉率高等問題，同時編煙機(jī)常有小故障發(fā)生，穩(wěn)定性有待提高，設(shè)備使用率低，影響烘烤專業(yè)化進(jìn)程[3-4]；煙夾編煙可以增加烤房裝煙量，并達(dá)到了省工省時的效果，提高了煙葉烘烤專業(yè)化水平[3,5]，但實踐中發(fā)現(xiàn)一些煙夾在烘烤過程中煙葉形態(tài)難以保持，葉柄彎曲、葉基倒伏，同時夾煙后的煙葉分布過于無序，阻礙熱風(fēng)穿透造成煙葉烤不干和烤壞煙，同時烤后煙葉存在顏色淺淡，葉面不能自然卷曲，主脈兩側(cè)光滑面積較大，油分不足等問題；散葉烘烤改變了傳統(tǒng)烤房的裝煙方式，省去了編煙上架和卸煙的解竿程序，降低了用工成本和能耗成本，省工節(jié)能效果較好[1,6]，但由于散葉烤房烘烤時經(jīng)常出現(xiàn)煙葉失水后煙葉無序倒伏，易形成烘烤風(fēng)洞，烘烤質(zhì)量難以保證，加上配套的加熱通風(fēng)設(shè)備及烘烤工藝和煙葉回潮技術(shù)尚不完善，影響散葉烘烤推廣應(yīng)用。因此生產(chǎn)上迫切需要一種既能夠有效減少烤煙烘烤過程中用工量，又能與密集烤房配套使用且能最大限度反映煙葉品質(zhì)效益、技術(shù)與工藝成熟的煙葉夾持設(shè)備，從而加快推進(jìn)煙葉烘烤的專業(yè)化進(jìn)程。

為克服當(dāng)前人工編煙、編煙機(jī)、煙夾、散葉烘烤等煙葉夾持設(shè)備存在的不足，減輕煙農(nóng)勞動強(qiáng)度，真正實現(xiàn)專業(yè)化烘烤，充分發(fā)揮密集烤房的優(yōu)勢，筆者成功研制了快速籠式煙夾，在結(jié)構(gòu)和原理上對煙葉夾持設(shè)備進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新，并于 2010年4月獲國家知識產(chǎn)權(quán)局授予實用新型專利（專利號：ZL200920140909.1）。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計及原理

1.1 結(jié)構(gòu)

快速籠式煙夾有YJ-1350和YJ-1300兩種型號，其中YJ-1350型規(guī)格（長×寬×高）為：1350mm×150mm×150mm，適用于裝煙室內(nèi)寬為2.8 m的烤房；YJ-1300型規(guī)格（長×寬×高）為：1300mm×150mm×150mm ，適用于裝煙室內(nèi)寬為2.7 m的烤房。

快速籠式煙夾結(jié)構(gòu)是由長方體籠體和梳針狀煙叉兩大部分組成。其中籠體由L型支架、活動蓋板、支撐架、扣夾等四個部分構(gòu)成；煙叉由方管和插針兩部分構(gòu)成（圖1）。快速籠式煙夾的L型支架與活動蓋板通過合頁鉚接，L型支架兩端裝有支撐架，活動蓋板合上后緊貼在支撐架上，插上煙叉使插針分別搭接在L型支架和活動蓋板上，再用扣夾夾緊方管與支撐架構(gòu)成籠式煙夾。

圖1 快速籠式煙夾結(jié)構(gòu)Fig.1 Quick cage tobacco clip structure

1.2 設(shè)計原理

1.2.1 籠體結(jié)構(gòu)設(shè)計及功能 快速籠式煙夾采用0.8mm厚的冷軋鋼板經(jīng)沖壓翻邊而成，籠體高度設(shè)計為150mm，確保了不同品種不同部位的每張葉片均有兩針穿過，而且不容易被插針掛裂，有效防止掉葉。

快速籠式煙夾的籠體頂面設(shè)計有 26個 90mm×55mm的裝煙籠孔，裝入密集烤房后每層可裝90個煙夾，即有2340個裝煙籠孔，將裝煙層面進(jìn)行了格式化和有序化，使煙葉烘烤時更加均勻和有序分布，可以將裝煙室內(nèi)熱風(fēng)場均化分割，實現(xiàn)烤房內(nèi)每層各點熱風(fēng)循環(huán)次數(shù)基本相等；同時 90mm×55mm 的裝煙籠孔正好能略有寬松地裝入一把鮮煙葉，煙農(nóng)操作時可以一把抓地快速裝煙。

L型支架側(cè)面和活動蓋各設(shè)計為 26個 90mm×45mm，主要為了滿足垂直吊掛強(qiáng)度的要求，同時留有最大通風(fēng)面積；L型支架、活動蓋板以及每個籠孔都采用90度沖壓翻邊，在L型支架、活動蓋板、支撐架上增加加強(qiáng)筋，主要為了增加籠體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高其承載能力和防變形能力。

1.2.2 煙叉設(shè)計及功能 煙叉是用10mm×10mm的方形鋼管經(jīng)沖孔后放入直徑4mm的鋼針焊接而成，煙叉長有1350mm和1300mm兩個規(guī)格。同時方管不直接壓在煙葉上，而是由籠體支撐，固定了籠體內(nèi)煙葉空間而不受擠壓，使煙葉在烘烤中始終處在較自然的垂直吊掛狀態(tài)，保證了煙葉間風(fēng)道暢通。煙叉插針長160mm主要是確保插針能穿過籠體，搭在對面籠孔邊上而不掉葉，插針間距為50mm是為了保證每張煙葉至少有兩個插針穿過。

1.3 應(yīng)用原理

1.3.1 實現(xiàn)了均勻有序密集烘烤 快速籠式煙夾每個都有26個裝煙籠孔，每孔平均裝煙12片左右，每片煙葉60 g左右，每層裝90夾，每爐裝三層計，每爐可裝鮮煙 5000 kg，裝煙籠孔內(nèi)的煙葉分布均勻有序，克服了一些煙夾夾煙后煙葉形態(tài)難以保持，葉柄彎曲、葉基倒伏的問題，實現(xiàn)了均勻有序密集烘烤。

1.3.2 在烘烤中煙葉保持垂直吊掛形態(tài)不變 快速籠式煙夾通過籠式結(jié)構(gòu)對煙葉基部三分之一部分的包圍支撐，煙叉至少有兩條插針穿過葉肩位置和煙叉橫管不直接壓住煙葉的巧妙設(shè)計，使煙葉在烘烤過程中始終保持垂直吊掛姿態(tài)不變，煙葉內(nèi)水分流動暢通，克服了人工編竿繩結(jié)處葉柄導(dǎo)管被扎實后水分難以流動，使周圍支脈甚至葉片烤青的問題，同時也不影響葉片其余部分的自然卷筒。

1.3.3 熱風(fēng)均衡穿透，提高熱風(fēng)穿透效率 使用快速籠式煙夾裝煙，由于裝煙密度加大，熱風(fēng)無法直流式穿越煙夾，而是在密集烤房裝煙室上部空間回旋并形成均壓風(fēng)場，風(fēng)場向下時被籠孔切割成2340個小單元，每單元熱風(fēng)穿透相互之間不受影響，實現(xiàn)宏觀上各層各點熱風(fēng)循環(huán)次數(shù)基本相等，均透性大幅增加；同時整齊的籠孔使裝煙更加均勻有序，加上煙葉始終保持垂直吊掛姿態(tài)，煙夾內(nèi)形成垂直均勻的蜂窩式熱風(fēng)通道，提高熱風(fēng)穿透效率，實現(xiàn)了微觀上垂直吊掛的煙葉正反雙面熱風(fēng)循環(huán)基本一致，夾內(nèi)煙葉能均勻受熱，促進(jìn)煙葉失水均衡和內(nèi)含物質(zhì)充分轉(zhuǎn)化；快速籠式煙夾兩側(cè)也設(shè)置有均勻籠孔，煙夾內(nèi)由于沖壓翻邊，內(nèi)部有一定空間可以通過熱風(fēng)，確保煙葉四周都有熱風(fēng)通過。

1.3.4 快速籠式煙夾溫度均衡 由于快速籠式煙夾采用金屬材料制作，夾內(nèi)裝煙均勻且密度大，在風(fēng)機(jī)間歇期依靠金屬散溫也能平衡和有效延續(xù)夾內(nèi)溫度，煙葉葉柄處溫度均衡，促進(jìn)了煙葉均衡變黃和物質(zhì)充分轉(zhuǎn)化。

2 應(yīng)用效果

2011年在百色市靖西縣進(jìn)行了快速籠式煙夾夾煙與傳統(tǒng)人工煙竿編煙烘烤應(yīng)用對比試驗，試驗采用成熟度均勻一致煙葉，品種為云煙85，并對裝煙量，夾、解煙耗時，能耗及用工，烤后煙葉外觀質(zhì)量進(jìn)行了記載。

2.1 裝煙量及夾、解煙耗時

從表1可以看出，快速籠式煙夾單夾夾煙量為18 kg，單個煙竿編煙量為8 kg，是人工編竿的2.25倍；使用快速籠式煙夾每爐裝煙量為 4824 kg，使用煙竿毎爐裝煙量為 3200 kg，毎爐裝煙量比人工編竿增加了51%，即在相同種植面積情況下，使用快速籠式煙夾可分別減少密集烤房建設(shè)資金投入和建設(shè)用地三分之一；在鮮煙夾夾持環(huán)節(jié)使用快速籠式煙夾煙單人單夾僅需3.57 min，使用煙竿編煙單人單竿需5.77 min，單人單個煙夾夾煙速度是人工編竿的1.62倍，相同重量的煙葉快速籠式煙夾夾煙速度是人工編竿的4.19倍；在解夾環(huán)節(jié)，使用快速籠式煙夾煙單人單夾僅需0.31 min，使用煙竿編煙單人單竿需1.7 min，單人單個煙夾夾煙速度是人工編竿的5.48倍，相同重量的煙葉快速籠式煙夾夾煙速度是人工編竿的16.69倍，可見在煙葉夾持、解夾環(huán)節(jié)，作業(yè)時間顯著縮短，效率大幅度提高。

2.2 能耗及用工

從表2可以看出，使用快速籠式煙夾能耗為0.96元/kg干煙，煙竿烘烤能耗為1.05元/kg干煙，能耗節(jié)約0.09元/kg干煙；在鮮煙夾持環(huán)節(jié)每公頃可節(jié)約用工23.7個，干煙解夾（竿）環(huán)節(jié)每公頃可節(jié)約用工10.8個，在夾煙、解夾環(huán)節(jié)每公頃共可節(jié)省用工34.5個。由于使用籠式煙夾密集烤房裝煙量增加，夾、解煙效率大幅度提高，使能耗和烘烤成本降低，勞工量減少。

2.3 烤后煙葉外觀質(zhì)量

從表3可以看出，使用快速籠式煙夾烤后煙葉顏色橘黃，成熟度好，色度強(qiáng)，組織結(jié)構(gòu)疏松，身份中等，油分有，總評得分為85.6分，煙竿烘烤的烤后煙葉總評得分為72.1分?？梢娛褂每焖倩\式煙夾烤后煙葉外觀質(zhì)量得到改善，優(yōu)于煙竿烘烤。

3 小 結(jié)

本試驗研究結(jié)果表明，使用快速籠式煙夾密集烤房裝煙量可提高51%，能耗節(jié)約0.09元/kg干煙，夾、解煙環(huán)節(jié)耗時大大減少，烤后煙葉外觀質(zhì)量得到改善，克服了傳統(tǒng)編煙費時費工、勞動效率低，和其他煙葉夾持設(shè)備存在的不足，必將成為煙葉夾持設(shè)備發(fā)展史上的一次變革。2010年8月和2011年7月快速籠式煙夾分別通過了廣西壯族自治區(qū)煙草公司組織的技術(shù)評審和國家煙草專賣局科教司組織的技術(shù)評測，專家們一致認(rèn)為快速籠式煙夾從理論到實踐均屬國內(nèi)首創(chuàng)，技術(shù)成熟、系統(tǒng)性完整，居國內(nèi)同類研究領(lǐng)先水平。同時快速籠式煙夾的推廣應(yīng)用可以解決農(nóng)村勞動力不足的問題，顯著提高密集烤房烤能、節(jié)約用工、減少烤房建設(shè)數(shù)量，對擴(kuò)大種植規(guī)模及工場化、專業(yè)化烘烤具有重大推動作用，必將促進(jìn)我國煙葉生產(chǎn)管理方式的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的跨越式發(fā)展，提高我國煙葉生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，有利于提高我國煙葉國際競爭力與地位，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

表1 裝煙量及夾、解煙耗時Table 1 Capacity of bulk curing barn, and time for leaf loading and unloading

表2 能耗及用工Table 2 Energy consumption and labor cost

表3 烤后煙葉外觀質(zhì)量（C3F）Table 3 Appearance quality of the cured tobacco leaves（C3F）

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