快速籠式煙夾的研制與應用

2013-07-31 07:22:42王衛峰張克勤李開和王五權陸華君鄧明軍盧燕回

中國煙草科學 2013年2期

王衛峰，張克勤，李波，李開和，王五權，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公司，南寧 530022）

當前，隨著現代煙草農業建設不斷向縱深推進，我國煙葉生產組織與經營管理模式發生了新的變化，煙葉種植的規模化、機械化、標準化、專業化程度有了很大提高。同時，在煙葉調制環節，密集烤房憑借其節能、省工、適應規模化種植以及提升煙葉整體烘烤質量等優勢在我國得到快速推廣應用[1]，但與煙草的其他生產環節相比，煙葉調制用工多且其勞動強度和技術難度都比較大，專業化進程也相對緩慢[2]，主要瓶頸環節是煙葉夾持設備比較落后，沒有取得實質性突破。

人工傳統編竿煙葉呈倒“V”字形被綁在煙竿上，葉脈內水分流動受阻，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，影響了密集烤房優勢的發揮；編煙機提高了編煙效率，但若鋪煙不均勻時有空針、脫針、斷針現象，常出現斷葉、斷柄、掉葉率高等問題，同時編煙機常有小故障發生，穩定性有待提高，設備使用率低，影響烘烤專業化進程[3-4]；煙夾編煙可以增加烤房裝煙量，并達到了省工省時的效果，提高了煙葉烘烤專業化水平[3,5]，但實踐中發現一些煙夾在烘烤過程中煙葉形態難以保持，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，主脈兩側光滑面積較大，油分不足等問題；散葉烘烤改變了傳統烤房的裝煙方式，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，省工節能效果較好[1,6]，但由于散葉烤房烘烤時經常出現煙葉失水后煙葉無序倒伏，易形成烘烤風洞，烘烤質量難以保證，加上配套的加熱通風設備及烘烤工藝和煙葉回潮技術尚不完善，影響散葉烘烤推廣應用。因此生產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效益、技術與工藝成熟的煙葉夾持設備，從而加快推進煙葉烘烤的專業化進程。

為克服當前人工編煙、編煙機、煙夾、散葉烘烤等煙葉夾持設備存在的不足，減輕煙農勞動強度，真正實現專業化烘烤，充分發揮密集烤房的優勢，筆者成功研制了快速籠式煙夾，在結構和原理上對煙葉夾持設備進行了大膽的創新，并于 2010年4月獲國家知識產權局授予實用新型專利（專利號：ZL200920140909.1）。

1 結構設計及原理

1.1 結構

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

快速籠式煙夾結構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、扣夾等四個部分構成；煙叉由方管和插針兩部分構成（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成籠式煙夾。

圖1 快速籠式煙夾結構Fig.1 Quick cage tobacco clip structure

1.2 設計原理

1.2.1 籠體結構設計及功能快速籠式煙夾采用0.8mm厚的冷軋鋼板經沖壓翻邊而成，籠體高度設計為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，可以將裝煙室內熱風場均化分割，實現烤房內每層各點熱風循環次數基本相等；同時 90mm×55mm 的裝煙籠孔正好能略有寬松地裝入一把鮮煙葉，煙農操作時可以一把抓地快速裝煙。

L型支架側面和活動蓋各設計為 26個 90mm×45mm，主要為了滿足垂直吊掛強度的要求，同時留有最大通風面積；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、支撐架上增加加強筋，主要為了增加籠體結構強度，提高其承載能力和防變形能力。

1.2.2 煙叉設計及功能煙叉是用10mm×10mm的方形鋼管經沖孔后放入直徑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，保證了煙葉間風道暢通。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 應用原理

1.3.1 實現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，裝煙籠孔內的煙葉分布均勻有序，克服了一些煙夾夾煙后煙葉形態難以保持，葉柄彎曲、葉基倒伏的問題，實現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不變快速籠式煙夾通過籠式結構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計，使煙葉在烘烤過程中始終保持垂直吊掛姿態不變，煙葉內水分流動暢通，克服了人工編竿繩結處葉柄導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 熱風均衡穿透，提高熱風穿透效率使用快速籠式煙夾裝煙，由于裝煙密度加大，熱風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場，風場向下時被籠孔切割成2340個小單元，每單元熱風穿透相互之間不受影響，實現宏觀上各層各點熱風循環次數基本相等，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，煙夾內形成垂直均勻的蜂窩式熱風通道，提高熱風穿透效率，實現了微觀上垂直吊掛的煙葉正反雙面熱風循環基本一致，夾內煙葉能均勻受熱，促進煙葉失水均衡和內含物質充分轉化；快速籠式煙夾兩側也設置有均勻籠孔，煙夾內由于沖壓翻邊，內部有一定空間可以通過熱風，確保煙葉四周都有熱風通過。

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，夾內裝煙均勻且密度大，在風機間歇期依靠金屬散溫也能平衡和有效延續夾內溫度，煙葉葉柄處溫度均衡，促進了煙葉均衡變黃和物質充分轉化。

2 應用效果

2011年在百色市靖西縣進行了快速籠式煙夾夾煙與傳統人工煙竿編煙烘烤應用對比試驗，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，烤后煙葉外觀質量進行了記載。

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資金投入和建設用地三分之一；在鮮煙夾夾持環節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；在解夾環節，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、解夾環節，作業時間顯著縮短，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，能耗節約0.09元/kg干煙；在鮮煙夾持環節每公頃可節約用工23.7個，干煙解夾（竿）環節每公頃可節約用工10.8個，在夾煙、解夾環節每公頃共可節省用工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，組織結構疏松，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。可見使用快速籠式煙夾烤后煙葉外觀質量得到改善，優于煙竿烘烤。

3 小結

本試驗研究結果表明，使用快速籠式煙夾密集烤房裝煙量可提高51%，能耗節約0.09元/kg干煙，夾、解煙環節耗時大大減少，烤后煙葉外觀質量得到改善，克服了傳統編煙費時費工、勞動效率低，和其他煙葉夾持設備存在的不足，必將成為煙葉夾持設備發展史上的一次變革。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煙草公司組織的技術評審和國家煙草專賣局科教司組織的技術評測，專家們一致認為快速籠式煙夾從理論到實踐均屬國內首創，技術成熟、系統性完整，居國內同類研究領先水平。同時快速籠式煙夾的推廣應用可以解決農村勞動力不足的問題，顯著提高密集烤房烤能、節約用工、減少烤房建設數量，對擴大種植規模及工場化、專業化烘烤具有重大推動作用，必將促進我國煙葉生產管理方式的轉變，實現現代煙草農業的跨越式發展，提高我國煙葉生產的經濟效益，有利于提高我國煙葉國際競爭力與地位，具有廣闊的推廣應用前景。