烟草行业中细支卷烟 表观燃烧性能检测设备优化研究

邓瑞君，常晟，赵欣斐，冷晓飞，朱建东，刘冰彤，姚明丙，杨建华

（红云红河烟草（集团）有限责任公司昆明卷烟厂，云南 昆明 650231）

原机经过长期使用，因其使用环境特殊性，原有的吸烟组件老化及更换清理较为复杂，一段时间后需要人工经常拆卸清洗。我们通过优化设计，改变装拆方案，并对不同规格烟做了针对性替换组合方案。优化装置由取烟夹、夹臂、烟夹组成。根据实际使用情况，不同烟支规格能够实现快速更换烟夹，从而达到高效率工作。其结构合理、操作简单、小巧方便、成本低廉、实用性强，弥补现有吸烟机不能适应多规格快速更换烟支类型的缺点，设计提供一种用于吸烟机多规格取烟快换的装置。该吸烟机多规格取烟夹快换装置简单实用，通过对烟夹的种类进行更换，从而快速提高更换零件效率，提高整个设备的检测效率。

1 辅助设备功能

辅助仪器用于测试并记录卷烟燃烧后的相关技术参数，其主要包括机械结构、相机、软件及算法计算部分。

1.1 辅助仪器

算法主要分析卷烟燃烧和抽吸过程中的卷烟包灰性能分析、卷烟燃烧锥碳化圈宽度指标、卷烟燃烧锥掉落率的测试。

卷烟包灰性能计算简单，软件在执行算法分析时不卡顿，响应灵敏，根据卷烟纸通风率、凝灰剂含量和柠檬酸盐助燃剂含量的配比不同可得出卷烟燃烧过后的燃烧包灰系数变小，卷烟纸燃烧碳化后的包灰能力有所增加。

卷烟燃烧锥碳化圈宽度指标是指卷烟烟丝端头在点燃后，卷烟纸燃烧碳化后的碳化宽度。其测算是将点燃的烟支平放与无干扰的稳定环境中，静置一定时间，通过相机取像，算法分析出碳化圈的宽度。

2 性能指标要求

2.1 卷烟包灰性能指标要求

将作好标记线的待测试样品点燃，燃烧端向上放置于稳定无干扰的水平面或卷烟凝灰性能测试箱内，当其燃烧到标记线后拍照获得图像。

卷烟燃烧凝灰性能测试时，采集的图像在分析时不对图像进行处理；卷烟燃烧烟柱体凝灰性能分析时长度为35mm，宽度按烟柱体的实际宽度进行分析；应该避开搭口处采集图像。

卷烟纸的定量、通风率只是影响卷烟包灰能力及烟支的燃烧速度，其他的影响因素还包括烟支助燃剂和一些金属离子以及烟丝的均匀度，决定烟支燃烧快慢的因素是多方面的，除了以上因素外，还包括抽吸的力度等等。根据卷烟凝灰分析软件的测试，对凝灰指数进行计算，得出不同品牌类型的卷烟的凝灰能力进行对比，可得出不同类型的卷烟纸对卷烟燃烧性能的影响。通过算法的分析计算，同一品牌卷烟的凝灰指数间的变异系数波动范围稳定，不同品牌卷烟的凝灰指数波动频率不同，能够很好的区别开来；卷烟凝灰指数是指在卷烟静态燃的情况过程中，当其燃烧到设定位置后，通过相机拍照收集燃烧图片，经过算法对已采集的图像进行分析，得到烟支燃烧端开口的面积与烟灰柱面积的比值，即为凝灰指数。

卷烟包灰性影响分析，主要采用CCD相机拍照、利用图像分析软件对选取部分卷烟纸样品,进行逐一并对比包灰效果。在对卷烟燃烧凝灰性能测试时，采集的烟柱体凝灰图像在分析时不做技术处理。卷烟燃烧烟柱体凝灰性能分析时长度参照35mm作为标准进行，宽度按烟柱体的实际宽度。

2.2 卷烟燃烧锥碳化圈宽度性能指标

对卷烟燃烧锥碳化圈宽度性能指标可以用于说明卷烟燃烧时烟丝均匀度和卷烟纸类型对烟支燃烧性能的匹配度进行区分，一方面能够保证卷烟燃烧时具有良好的燃烧外观，另一方面能够在很大程度上降低卷烟纸在正常燃烧和不完全燃烧产生有害气体。具有方法直观、操作简便、快捷、易于推广的优势。

2.3 卷烟燃烧锥掉落率性能指标要求

用相同批次相同牌号的烟丝，进行试验，通过卷烟机卷制不同定量、通风率、纸浆类型、助燃剂比例、钾盐比例的卷烟试样，按照卷烟燃烧锥掉落率测定方法进行评定，通过数学回归方程确定卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响并进行评价，由算法进行分析确定各卷烟纸参数对卷烟燃烧锥掉落率的影响程度。

按照对照试验要求，设计不同量的卷烟纸、不同配比的助燃剂量、不同钾盐比例(相对钠盐)、不同卷烟纸通风率、不同麻浆比例的卷烟纸样品，取同相同牌号卷烟样品的烟丝，通过卷烟机卷制不同卷烟样品。

3 设备组件功能

原机经过长期使用，因其使用环境特殊性及使用强度上，原有的吸烟组件老化及更换清理较为复杂，一段时间后需要人工经常拆卸清洗，造成时间浪费，无法提高工作效率。我们通过优化设计，改变装拆方案，针对不同烟支类型，增加了3组不同大小的夹臂和烟夹，实现了针对不同规格烟能够快速更换组合方案。

快速更换结构由取烟架、夹臂、烟夹组成，其中夹臂分为夹臂左和夹臂右，两者实对称分布的。夹臂靠近取烟夹段为夹臂安装端，另一端则为烟夹的快速装拆安装端；烟夹分为烟夹左和烟夹右，对称式安装在夹臂的上方。如图1所示。

图1

夹臂与烟夹的快换装拆方式，在夹臂的远离取烟架端正上方开有一方形槽。烟夹下端设有与夹臂凹槽等大小的凸台，用于与夹臂上的凹槽形成较小的间隙配合，实现根据检测需要烟支大小来快速跟换烟夹，从而达到减少更换时间、降低人工劳动、提高检测检率。方案中我们可以通过更换不同尺寸零件来应对各类型尺寸烟支。

4 卷烟燃烧锥掉落倾向的测试

卷烟在燃烧后的抽吸过程中，在烟支末端能够形成燃烧后的锥状体，在抽吸并模拟人弹烟灰过程中可以发现燃烧锥能够达到掉落或出现明显歪斜或可导致抽吸中断的现象。燃烧锥掉落倾向率，是在一批成品卷烟样品中，发生燃烧锥掉落或出现明显歪斜的烟支数与被测烟支总数的比值。吸烟时模拟弹落烟灰对抽吸中的卷烟燃烧锥掉落影响，通过一定的机械机构对烟支施加外力，包括敲打方式弹烟灰、弹击方式弹烟灰等。一个抽吸间歇期间，实施弹烟灰动作的次数，弹烟灰时，敲击烟支的力度与频率，受力中心到烟蒂末端的距离，都会对烟灰掉落产生不同程度的影响。目前通过机械装置模拟人在抽吸过程中手指弹烟灰的动作，作用于标准抽吸模式下的卷烟，测试发生燃烧锥掉落的烟支数量与被测烟支数量的百分比，用以表示卷烟的燃烧锥掉落倾向。

5 结语

通过对卷烟燃烧锥掉落率测试仪用于中细支烟卷烟工艺的研究，并针对不同规格烟支做出了针对性替换组合方案。目前该设备满足对卷烟包灰性能、卷烟燃烧锥碳化圈宽度、卷烟燃烧锥掉落率的检测。经研究结果表明，测定方法具有以下优点：

（1）模块满足与“卷烟燃烧锥掉落率测试仪”的快速安装、拔插、调整、调换，方法直观、操作简便、简单快捷、易于推广。

（2）在更换测试不同规格烟支时，可以实现快速拔插，提高工作效率。

（3）从结构图可以看出，整个辅助机构简单易懂，换不同人都可以快速上手操作。

（4）结构简单便于清洁烟渍，清洁效率优于原有结构。