煙草行業(yè)中細(xì)支卷煙 表觀燃燒性能檢測(cè)設(shè)備優(yōu)化研究

鄧瑞君，常晟，趙欣斐，冷曉飛，朱建東，劉冰彤，姚明丙，楊建華

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司昆明卷煙廠，云南 昆明 650231）

原機(jī)經(jīng)過長期使用，因其使用環(huán)境特殊性，原有的吸煙組件老化及更換清理較為復(fù)雜，一段時(shí)間后需要人工經(jīng)常拆卸清洗。我們通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變裝拆方案，并對(duì)不同規(guī)格煙做了針對(duì)性替換組合方案。優(yōu)化裝置由取煙夾、夾臂、煙夾組成。根據(jù)實(shí)際使用情況，不同煙支規(guī)格能夠?qū)崿F(xiàn)快速更換煙夾，從而達(dá)到高效率工作。其結(jié)構(gòu)合理、操作簡(jiǎn)單、小巧方便、成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)，彌補(bǔ)現(xiàn)有吸煙機(jī)不能適應(yīng)多規(guī)格快速更換煙支類型的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)提供一種用于吸煙機(jī)多規(guī)格取煙快換的裝置。該吸煙機(jī)多規(guī)格取煙夾快換裝置簡(jiǎn)單實(shí)用，通過對(duì)煙夾的種類進(jìn)行更換，從而快速提高更換零件效率，提高整個(gè)設(shè)備的檢測(cè)效率。

1 輔助設(shè)備功能

輔助儀器用于測(cè)試并記錄卷煙燃燒后的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，其主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、相機(jī)、軟件及算法計(jì)算部分。

1.1 輔助儀器

算法主要分析卷煙燃燒和抽吸過程中的卷煙包灰性能分析、卷煙燃燒錐碳化圈寬度指標(biāo)、卷煙燃燒錐掉落率的測(cè)試。

卷煙包灰性能計(jì)算簡(jiǎn)單，軟件在執(zhí)行算法分析時(shí)不卡頓，響應(yīng)靈敏，根據(jù)卷煙紙通風(fēng)率、凝灰劑含量和檸檬酸鹽助燃劑含量的配比不同可得出卷煙燃燒過后的燃燒包灰系數(shù)變小，卷煙紙燃燒碳化后的包灰能力有所增加。

卷煙燃燒錐碳化圈寬度指標(biāo)是指卷煙煙絲端頭在點(diǎn)燃后，卷煙紙燃燒碳化后的碳化寬度。其測(cè)算是將點(diǎn)燃的煙支平放與無干擾的穩(wěn)定環(huán)境中，靜置一定時(shí)間，通過相機(jī)取像，算法分析出碳化圈的寬度。

2 性能指標(biāo)要求

2.1 卷煙包灰性能指標(biāo)要求

將作好標(biāo)記線的待測(cè)試樣品點(diǎn)燃，燃燒端向上放置于穩(wěn)定無干擾的水平面或卷煙凝灰性能測(cè)試箱內(nèi)，當(dāng)其燃燒到標(biāo)記線后拍照獲得圖像。

卷煙燃燒凝灰性能測(cè)試時(shí)，采集的圖像在分析時(shí)不對(duì)圖像進(jìn)行處理；卷煙燃燒煙柱體凝灰性能分析時(shí)長度為35mm，寬度按煙柱體的實(shí)際寬度進(jìn)行分析；應(yīng)該避開搭口處采集圖像。

卷煙紙的定量、通風(fēng)率只是影響卷煙包灰能力及煙支的燃燒速度，其他的影響因素還包括煙支助燃劑和一些金屬離子以及煙絲的均勻度，決定煙支燃燒快慢的因素是多方面的，除了以上因素外，還包括抽吸的力度等等。根據(jù)卷煙凝灰分析軟件的測(cè)試，對(duì)凝灰指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出不同品牌類型的卷煙的凝灰能力進(jìn)行對(duì)比，可得出不同類型的卷煙紙對(duì)卷煙燃燒性能的影響。通過算法的分析計(jì)算，同一品牌卷煙的凝灰指數(shù)間的變異系數(shù)波動(dòng)范圍穩(wěn)定，不同品牌卷煙的凝灰指數(shù)波動(dòng)頻率不同，能夠很好的區(qū)別開來；卷煙凝灰指數(shù)是指在卷煙靜態(tài)燃的情況過程中，當(dāng)其燃燒到設(shè)定位置后，通過相機(jī)拍照收集燃燒圖片，經(jīng)過算法對(duì)已采集的圖像進(jìn)行分析，得到煙支燃燒端開口的面積與煙灰柱面積的比值，即為凝灰指數(shù)。

卷煙包灰性影響分析，主要采用CCD相機(jī)拍照、利用圖像分析軟件對(duì)選取部分卷煙紙樣品,進(jìn)行逐一并對(duì)比包灰效果。在對(duì)卷煙燃燒凝灰性能測(cè)試時(shí)，采集的煙柱體凝灰圖像在分析時(shí)不做技術(shù)處理。卷煙燃燒煙柱體凝灰性能分析時(shí)長度參照35mm作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，寬度按煙柱體的實(shí)際寬度。

2.2 卷煙燃燒錐碳化圈寬度性能指標(biāo)

對(duì)卷煙燃燒錐碳化圈寬度性能指標(biāo)可以用于說明卷煙燃燒時(shí)煙絲均勻度和卷煙紙類型對(duì)煙支燃燒性能的匹配度進(jìn)行區(qū)分，一方面能夠保證卷煙燃燒時(shí)具有良好的燃燒外觀，另一方面能夠在很大程度上降低卷煙紙?jiān)谡Ｈ紵筒煌耆紵a(chǎn)生有害氣體。具有方法直觀、操作簡(jiǎn)便、快捷、易于推廣的優(yōu)勢(shì)。

2.3 卷煙燃燒錐掉落率性能指標(biāo)要求

用相同批次相同牌號(hào)的煙絲，進(jìn)行試驗(yàn)，通過卷煙機(jī)卷制不同定量、通風(fēng)率、紙漿類型、助燃劑比例、鉀鹽比例的卷煙試樣，按照卷煙燃燒錐掉落率測(cè)定方法進(jìn)行評(píng)定，通過數(shù)學(xué)回歸方程確定卷煙紙參數(shù)對(duì)卷煙燃燒錐掉落率的影響并進(jìn)行評(píng)價(jià)，由算法進(jìn)行分析確定各卷煙紙參數(shù)對(duì)卷煙燃燒錐掉落率的影響程度。

按照對(duì)照試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)不同量的卷煙紙、不同配比的助燃劑量、不同鉀鹽比例(相對(duì)鈉鹽)、不同卷煙紙通風(fēng)率、不同麻漿比例的卷煙紙樣品，取同相同牌號(hào)卷煙樣品的煙絲，通過卷煙機(jī)卷制不同卷煙樣品。

3 設(shè)備組件功能

原機(jī)經(jīng)過長期使用，因其使用環(huán)境特殊性及使用強(qiáng)度上，原有的吸煙組件老化及更換清理較為復(fù)雜，一段時(shí)間后需要人工經(jīng)常拆卸清洗，造成時(shí)間浪費(fèi)，無法提高工作效率。我們通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變裝拆方案，針對(duì)不同煙支類型，增加了3組不同大小的夾臂和煙夾，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同規(guī)格煙能夠快速更換組合方案。

快速更換結(jié)構(gòu)由取煙架、夾臂、煙夾組成，其中夾臂分為夾臂左和夾臂右，兩者實(shí)對(duì)稱分布的。夾臂靠近取煙夾段為夾臂安裝端，另一端則為煙夾的快速裝拆安裝端；煙夾分為煙夾左和煙夾右，對(duì)稱式安裝在夾臂的上方。如圖1所示。

圖1

夾臂與煙夾的快換裝拆方式，在夾臂的遠(yuǎn)離取煙架端正上方開有一方形槽。煙夾下端設(shè)有與夾臂凹槽等大小的凸臺(tái)，用于與夾臂上的凹槽形成較小的間隙配合，實(shí)現(xiàn)根據(jù)檢測(cè)需要煙支大小來快速跟換煙夾，從而達(dá)到減少更換時(shí)間、降低人工勞動(dòng)、提高檢測(cè)檢率。方案中我們可以通過更換不同尺寸零件來應(yīng)對(duì)各類型尺寸煙支。

4 卷煙燃燒錐掉落傾向的測(cè)試

卷煙在燃燒后的抽吸過程中，在煙支末端能夠形成燃燒后的錐狀體，在抽吸并模擬人彈煙灰過程中可以發(fā)現(xiàn)燃燒錐能夠達(dá)到掉落或出現(xiàn)明顯歪斜或可導(dǎo)致抽吸中斷的現(xiàn)象。燃燒錐掉落傾向率，是在一批成品卷煙樣品中，發(fā)生燃燒錐掉落或出現(xiàn)明顯歪斜的煙支數(shù)與被測(cè)煙支總數(shù)的比值。吸煙時(shí)模擬彈落煙灰對(duì)抽吸中的卷煙燃燒錐掉落影響，通過一定的機(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)煙支施加外力，包括敲打方式彈煙灰、彈擊方式彈煙灰等。一個(gè)抽吸間歇期間，實(shí)施彈煙灰動(dòng)作的次數(shù)，彈煙灰時(shí)，敲擊煙支的力度與頻率，受力中心到煙蒂末端的距離，都會(huì)對(duì)煙灰掉落產(chǎn)生不同程度的影響。目前通過機(jī)械裝置模擬人在抽吸過程中手指彈煙灰的動(dòng)作，作用于標(biāo)準(zhǔn)抽吸模式下的卷煙，測(cè)試發(fā)生燃燒錐掉落的煙支數(shù)量與被測(cè)煙支數(shù)量的百分比，用以表示卷煙的燃燒錐掉落傾向。

5 結(jié)語

通過對(duì)卷煙燃燒錐掉落率測(cè)試儀用于中細(xì)支煙卷煙工藝的研究，并針對(duì)不同規(guī)格煙支做出了針對(duì)性替換組合方案。目前該設(shè)備滿足對(duì)卷煙包灰性能、卷煙燃燒錐碳化圈寬度、卷煙燃燒錐掉落率的檢測(cè)。經(jīng)研究結(jié)果表明，測(cè)定方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）模塊滿足與“卷煙燃燒錐掉落率測(cè)試儀”的快速安裝、拔插、調(diào)整、調(diào)換，方法直觀、操作簡(jiǎn)便、簡(jiǎn)單快捷、易于推廣。

（2）在更換測(cè)試不同規(guī)格煙支時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)快速拔插，提高工作效率。

（3）從結(jié)構(gòu)圖可以看出，整個(gè)輔助機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單易懂，換不同人都可以快速上手操作。

（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于清潔煙漬，清潔效率優(yōu)于原有結(jié)構(gòu)。