煙草行業中細支卷煙 表觀燃燒性能檢測設備優化研究

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）有限責任公司昆明卷煙廠，云南 昆明 650231）

原機經過長期使用，因其使用環境特殊性，原有的吸煙組件老化及更換清理較為復雜，一段時間后需要人工經常拆卸清洗。我們通過優化設計，改變裝拆方案，并對不同規格煙做了針對性替換組合方案。優化裝置由取煙夾、夾臂、煙夾組成。根據實際使用情況，不同煙支規格能夠實現快速更換煙夾，從而達到高效率工作。其結構合理、操作簡單、小巧方便、成本低廉、實用性強，彌補現有吸煙機不能適應多規格快速更換煙支類型的缺點，設計提供一種用于吸煙機多規格取煙快換的裝置。該吸煙機多規格取煙夾快換裝置簡單實用，通過對煙夾的種類進行更換，從而快速提高更換零件效率，提高整個設備的檢測效率。

1 輔助設備功能

輔助儀器用于測試并記錄卷煙燃燒后的相關技術參數，其主要包括機械結構、相機、軟件及算法計算部分。

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、卷煙燃燒錐掉落率的測試。

卷煙包灰性能計算簡單，軟件在執行算法分析時不卡頓，響應靈敏，根據卷煙紙通風率、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是指卷煙煙絲端頭在點燃后，卷煙紙燃燒碳化后的碳化寬度。其測算是將點燃的煙支平放與無干擾的穩定環境中，靜置一定時間，通過相機取像，算法分析出碳化圈的寬度。

2 性能指標要求

2.1 卷煙包灰性能指標要求

將作好標記線的待測試樣品點燃，燃燒端向上放置于穩定無干擾的水平面或卷煙凝灰性能測試箱內，當其燃燒到標記線后拍照獲得圖像。

卷煙燃燒凝灰性能測試時，采集的圖像在分析時不對圖像進行處理；卷煙燃燒煙柱體凝灰性能分析時長度為35mm，寬度按煙柱體的實際寬度進行分析；應該避開搭口處采集圖像。

卷煙紙的定量、通風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。根據卷煙凝灰分析軟件的測試，對凝灰指數進行計算，得出不同品牌類型的卷煙的凝灰能力進行對比，可得出不同類型的卷煙紙對卷煙燃燒性能的影響。通過算法的分析計算，同一品牌卷煙的凝灰指數間的變異系數波動范圍穩定，不同品牌卷煙的凝灰指數波動頻率不同，能夠很好的區別開來；卷煙凝灰指數是指在卷煙靜態燃的情況過程中，當其燃燒到設定位置后，通過相機拍照收集燃燒圖片，經過算法對已采集的圖像進行分析，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。

卷煙包灰性影響分析，主要采用CCD相機拍照、利用圖像分析軟件對選取部分卷煙紙樣品,進行逐一并對比包灰效果。在對卷煙燃燒凝灰性能測試時，采集的煙柱體凝灰圖像在分析時不做技術處理。卷煙燃燒煙柱體凝灰性能分析時長度參照35mm作為標準進行，寬度按煙柱體的實際寬度。

2.2 卷煙燃燒錐碳化圈寬度性能指標

對卷煙燃燒錐碳化圈寬度性能指標可以用于說明卷煙燃燒時煙絲均勻度和卷煙紙類型對煙支燃燒性能的匹配度進行區分，一方面能夠保證卷煙燃燒時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在正常燃燒和不完全燃燒產生有害氣體。具有方法直觀、操作簡便、快捷、易于推廣的優勢。

2.3 卷煙燃燒錐掉落率性能指標要求

用相同批次相同牌號的煙絲，進行試驗，通過卷煙機卷制不同定量、通風率、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定方法進行評定，通過數學回歸方程確定卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響并進行評價，由算法進行分析確定各卷煙紙參數對卷煙燃燒錐掉落率的影響程度。

按照對照試驗要求，設計不同量的卷煙紙、不同配比的助燃劑量、不同鉀鹽比例(相對鈉鹽)、不同卷煙紙通風率、不同麻漿比例的卷煙紙樣品，取同相同牌號卷煙樣品的煙絲，通過卷煙機卷制不同卷煙樣品。

3 設備組件功能

原機經過長期使用，因其使用環境特殊性及使用強度上，原有的吸煙組件老化及更換清理較為復雜，一段時間后需要人工經常拆卸清洗，造成時間浪費，無法提高工作效率。我們通過優化設計，改變裝拆方案，針對不同煙支類型，增加了3組不同大小的夾臂和煙夾，實現了針對不同規格煙能夠快速更換組合方案。

快速更換結構由取煙架、夾臂、煙夾組成，其中夾臂分為夾臂左和夾臂右，兩者實對稱分布的。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，在夾臂的遠離取煙架端正上方開有一方形槽。煙夾下端設有與夾臂凹槽等大小的凸臺，用于與夾臂上的凹槽形成較小的間隙配合，實現根據檢測需要煙支大小來快速跟換煙夾，從而達到減少更換時間、降低人工勞動、提高檢測檢率。方案中我們可以通過更換不同尺寸零件來應對各類型尺寸煙支。

4 卷煙燃燒錐掉落傾向的測試

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現燃燒錐能夠達到掉落或出現明顯歪斜或可導致抽吸中斷的現象。燃燒錐掉落傾向率，是在一批成品卷煙樣品中，發生燃燒錐掉落或出現明顯歪斜的煙支數與被測煙支總數的比值。吸煙時模擬彈落煙灰對抽吸中的卷煙燃燒錐掉落影響，通過一定的機械機構對煙支施加外力，包括敲打方式彈煙灰、彈擊方式彈煙灰等。一個抽吸間歇期間，實施彈煙灰動作的次數，彈煙灰時，敲擊煙支的力度與頻率，受力中心到煙蒂末端的距離，都會對煙灰掉落產生不同程度的影響。目前通過機械裝置模擬人在抽吸過程中手指彈煙灰的動作，作用于標準抽吸模式下的卷煙，測試發生燃燒錐掉落的煙支數量與被測煙支數量的百分比，用以表示卷煙的燃燒錐掉落傾向。

5 結語

通過對卷煙燃燒錐掉落率測試儀用于中細支煙卷煙工藝的研究，并針對不同規格煙支做出了針對性替換組合方案。目前該設備滿足對卷煙包灰性能、卷煙燃燒錐碳化圈寬度、卷煙燃燒錐掉落率的檢測。經研究結果表明，測定方法具有以下優點：

（1）模塊滿足與“卷煙燃燒錐掉落率測試儀”的快速安裝、拔插、調整、調換，方法直觀、操作簡便、簡單快捷、易于推廣。

（2）在更換測試不同規格煙支時，可以實現快速拔插，提高工作效率。

（3）從結構圖可以看出，整個輔助機構簡單易懂，換不同人都可以快速上手操作。

（4）結構簡單便于清潔煙漬，清潔效率優于原有結構。