編煙機機構設計對編煙效果的影響

連長偉，彭小冬，陳明建，李躍武

1.福建省煙草公司，福州市北環中路133號福建煙草大廈350002

2.福建工程學院，福州市閩候上街大學城學院路3號福建工程學院H1350108

煙葉烘烤前的手工編煙費時、費力、效率低，嚴重影響了煙葉烘烤的進度。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進一步發展的制約因素之一[1]。為了提高編煙效率、降低勞動強度，研制了編煙機樣機。通過兩年的試驗示范，發現編煙機在編煙過程中仍存在斷葉、掉葉、斷柄、漏針、編煙質量不穩定等問題，為此，對編煙機進行了結構優化設計，并對比分析了編煙機主要機構的優化設計對編煙性能指標(斷葉率、掉葉率、斷柄率及烤后質量)的影響，旨在優化編煙機結構，提高編煙質量和效率。

1 材料與方法

1.1 供試設備

連續行走與間歇行走式編煙機各1臺，旋轉鉤針結構、擺動鉤針結構編煙機各1臺，針距分別為2，3，4 cm的編煙機各1臺，平面托盤架、3 cm和6 cm定位側鋪煙葉托盤架各1臺。

1.2 試驗基本情況

試驗于2009年4月至9月，分別在三明市泰寧試驗站、武夷山市興田鎮南岸現代煙草農業示范園區進行，供試品種為K326。

1.3 試驗設計

分別對不同鉤針結構、行走方式、針距及鋪煙方式進行對比，選用相同部位、質量和數量的鮮煙葉進行試驗。將經編縫的煙葉放在烤房同一層兩側的相同位置，按三段式烘烤工藝進行烘烤。

1.3.1 鉤針結構對比

設計旋轉鉤針機構和擺動鉤針機構兩處理，分別測定兩種鉤針結構的掉葉率與漏針率。

1.3.2 行走方式對比

設計連續行走與間歇行走兩處理，分別測定兩種行走方式的斷葉率和斷柄率。

1.3.3 針距對比

設計針距分別為2，3，4 cm 3個處理，分別測定3種針距的斷葉率、掉葉率和斷柄率。

1.3.4 鋪煙方式對比

設計自然平鋪、3 cm定位側鋪和6 cm定位側鋪3個處理，分別測定斷葉率、斷柄率、鋪煙速度和烤后質量。

1.4 測定方法

斷葉是指在編煙過程中由于機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，搖動整竿煙葉時掉落的斷葉片數占總煙葉片數的比例。

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

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，掉落葉柄個數占煙葉總片數的比例。

2 結果與分析

2.1 鉤針結構對編煙效果的影響

由表1可知，采用旋轉鉤針的編煙機在烘烤過程中的掉葉率為0.24%，在編煙過程的漏針率為0.0022%，而采用擺動鉤針的編煙機在烘烤過程中的掉葉率為0.02%，在編煙過程的漏針率為0.0089%，可見，鉤針結構對掉葉率和漏針率有較大影響，旋轉鉤針掉葉率明顯高于擺動鉤針，這主要與捆綁煙葉的松緊有關，采取旋轉鉤針結構編煙機，煙葉捆綁較松，烘烤過程中容易掉葉，見圖1。

圖1 不同鉤針結構的編煙效果

2.2 行走方式對編煙效果的影響

由表2可知:采用連續行走方式的編煙機在編煙過程中的斷葉率為1.86%，在解竿過程的斷柄率為4.96%，而采用間歇行走方式的編煙機在編煙過程中的斷葉率為0.67%，解竿過程的斷柄率為2.9%。可見，不同行走方式對斷葉率和斷柄率影響也較大。采用連續行走方式的編煙機機針扎入葉柄的同時仍有橫向運動，此時葉柄已被壓桿固定，由于編煙機機針編縫行程長，步距大，機針的橫向運動對葉柄的損傷較大，易造成煙葉斷葉和斷柄。

表1 擺動鉤針與旋轉鉤針對比(%)

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

2.4 鋪煙方式對編煙效果的影響

由表4可知，斷葉率、斷柄率自然平鋪最高，3 cm定位側鋪最低，分別為0.67%，2.9%;鋪煙速度自然平鋪和6 cm定位側鋪較快，3 cm定位側鋪最慢;烤后煙葉質量定位側鋪與手工編煙無明顯差異。可見，通過采用定位槽和改進托盤結構，在托盤架上將煙葉自然平鋪改為定位側鋪，煙葉斷柄率、斷葉率均大幅度降低，煙葉在烘烤過程中能夠正常卷筒，烤后煙葉質量與手工編煙無明顯差異。

表2 不同行走方式的編煙效果對比(%)

表3 不同針距的編煙效果對比

2.5 編煙機與手工編煙的工效對比分析

由表5可知，就編煙速度而言，編煙機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，機械編煙增加了鋪煙環節，每人每桿鋪煙平均約為180 s。解桿速度方面，編煙機每人每小時可以解煙桿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比

表5 編煙機和手工編煙工效對比

3 小結與討論

(1)目前編煙機是采用縫紉機的工作原理，通過彎針和直針的配合運動，形成單線鏈式線跡。這種線跡除了美觀牢固外，顯著的優點是拆線方便，只要拆掉一頭，整根線就可以輕松抽出[2]。實現單線鏈式線跡捆綁的鉤針機構主要有旋轉鉤針結構與擺動鉤針結構兩種，本試驗結果表明，擺動鉤針結構的掉葉率明顯低于旋轉鉤針結構，這主要是由其結構設計決定的。擺動鉤針與旋轉鉤針必需由“鉤花”與“入花”兩種動作來完成對煙葉的捆綁[3]，旋轉鉤針的“鉤花”面積大，“入花”較準確，但由于旋轉鉤針體積大，“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，導致烘烤過程中容易掉葉。同時，當縫線松弛或沒物料的情況下，縫線容易被纏繞，縫線被拉緊后，容易將煙頭切斷。擺動鉤針鉤線傳動機構主要由直動平底推桿盤形凸輪機構和直動推桿圓柱凸輪機構組合而成[4]，“鉤花”面積小，線跟煙葉貼的較緊，煙葉捆綁較緊，不容易出現掉葉，但由于“鉤花”面積小，“入花”動作要求精確可靠，如果機頭或煙葉托盤行走時出現跳動就可能造成“入花”動作失敗，出現漏針。

(2)編煙機機針是一種平面四桿機構[5]。編扎煙葉時煙葉鋪放厚度達40～60 mm，機針的連續行走或間歇行走對煙葉的損傷存在不同差異。本試驗結果表明，間歇行走的編煙方式，編煙過程機針對葉柄的損傷較輕，斷葉率和斷柄率低于連續行走。而機頭與機針連續行走的編煙方式，結構設計較為簡單，編煙過程機針對葉柄的損傷較大，斷葉率及斷柄率較高，但機器性能較為穩定，漏針率較低。

(3)編煙機在編煙時，煙葉自然平鋪在托盤上或流水輸送帶上，中、下部葉在烘烤過程中容易出現葉柄彎曲即“彎頭”現象，導致葉柄較難烤干，延長了烘烤時間，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，對煙葉等級質量有一定影響。通過采用定位槽和側鋪托盤結構，編煙過程中斷葉率、斷柄率大大降低，消除彎頭和煙葉難卷筒[6]等現象，解決了由于彎頭造成煙葉扎把困難、烘烤時間延長等問題，烤后煙葉質量較手工編煙無明顯差異。

[1] 郭炎偉劉鍇.煙葉縫紉(編桿)機的研制與需求分析[J].農業機械，2009(1):87-88.

[2] 黃衛東，彭小冬，王勝雷，等.煙葉編持機的設計與開發[J].農機化研究，2009(3):98-100.

[3] 鄒慧君，田永利，張青，等.縫紉機創新設計的基本理論與方法[J].機械設計與研究，2002(6):56-57.

[4] 王淑芬，董惠敏，王麟，等.縫紉機彎針空間復合運動的空間機構創新設計[J].機械工程學報，2005，41(8):115-119.

[5] 何衛.縫紉機彎針機構的分析與仿真[D].大連:大連理工大學，2005.

[6] 宮長榮.烤煙烘烤理論與實踐[M].北京:農業出版社，1997.