王 震，李 青，張玉海，于小紅，韓麗萍，游 敏，周禮冬*

1.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司淮陰卷煙廠，江蘇省淮安市一品梅路32號 223001 2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

細(xì)支卷煙一般是指煙支圓周設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值為（17.0±1.0）mm的卷煙，作為卷煙的新品類，近年來得到迅猛發(fā)展，已成為中式卷煙的重要組成部分。與常規(guī)卷煙相比，細(xì)支卷煙的煙支質(zhì)量、吸阻、硬度等指標(biāo)的加工穩(wěn)定性較差，卷制及風(fēng)送除塵損耗、梗簽率、殘煙損耗等指標(biāo)波動較大［1］。為解決細(xì)支卷煙加工工藝中存在的上述問題，王亮等［2］研究了煙絲結(jié)構(gòu)分布對細(xì)支卷煙燃燒錐落頭的影響，喻賽波等［3］研究了煙絲結(jié)構(gòu)對細(xì)支卷煙逐口吸阻波動的影響，李善蓮等［4］研究了煙絲結(jié)構(gòu)對卷煙端部落絲量的影響，堵勁松等［5］研究了煙絲結(jié)構(gòu)對細(xì)支卷煙物理指標(biāo)的影響。以上研究表明，細(xì)支卷煙的煙絲結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)，也間接影響生產(chǎn)過程損耗。李洪濤等［6］結(jié)合細(xì)支卷煙物理指標(biāo)穩(wěn)定性的要求，主要以吸阻穩(wěn)定性為評價指標(biāo)，利用均勻試驗設(shè)計確定了煙絲尺寸最優(yōu)配方；孫東亮等［7］分析了煙絲寬度、長度及不同長度煙絲混料配比與細(xì)支卷煙的煙支密度、物理指標(biāo)和主流煙氣指標(biāo)的關(guān)系，探索了適宜細(xì)支卷煙的煙絲結(jié)構(gòu)。李瓊等［8］研究發(fā)現(xiàn)定長切絲模式下卷煙長絲率降低，中絲率提高，煙絲長度的均勻性得到了改善，但烘后葉絲的碎絲率、填充值受到一定負(fù)面影響。朱文魁等［9］研究發(fā)現(xiàn)定長切絲可改善煙絲結(jié)構(gòu)中長絲與中短絲的均勻性，顯著提升了卷煙物理質(zhì)量穩(wěn)定性，并可降低單箱耗絲量，但成絲過程中的造碎問題仍比較突出。為進(jìn)一步改善細(xì)支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)，減少過程損耗，設(shè)計了篩選、鍘切一體的細(xì)支卷煙煙絲結(jié)構(gòu)柔性調(diào)控設(shè)備，該設(shè)備對不同長度煙絲可進(jìn)行柔性篩選，并針對超出設(shè)計長度的煙絲進(jìn)行切斷，以期提高煙絲結(jié)構(gòu)均勻性和中、短煙絲比例，為提高細(xì)支卷煙產(chǎn)品質(zhì)量、降低過程損耗提供支持。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 工藝位點(diǎn)的確定

將常規(guī)切絲后的葉絲作為處理對象，因此對所有葉絲加工工序進(jìn)行甄選，以確定工藝位點(diǎn)。根據(jù)設(shè)備特性，工藝位點(diǎn)的葉絲特征應(yīng)滿足兩點(diǎn)基本要求：（1）煙絲松散，以保障通過篩選裝置時能夠?qū)崿F(xiàn)對長絲的挑選；（2）煙絲應(yīng)具有一定的溫度和含水率，以保障煙絲具有較強(qiáng)的韌性。通過對切絲后、葉絲增溫增濕后、葉絲干燥后、葉絲加香前后等工藝位點(diǎn)的煙絲溫度、含水率、松散狀況等情況的分析，不同工序煙絲的溫度、含水率具有較明顯的差異，具體情況見表1。

根據(jù)表1可知：切絲后，煙絲溫度低、結(jié)團(tuán)相對嚴(yán)重；葉絲增溫增濕后，煙絲含水率高、煙絲流量對后續(xù)干燥工序影響很大；葉絲干燥后，煙絲溫度與含水率適中、煙絲柔韌度高、后續(xù)冷卻定型工序?qū)Υ颂幜髁恳笙鄬Φ?；煙絲加香前、后，煙絲含水率低、溫度低，易造碎。根據(jù)分析結(jié)果，選擇在葉絲干燥出口處設(shè)置煙絲結(jié)構(gòu)調(diào)控設(shè)備，本位點(diǎn)的煙絲溫度為60℃左右、含水率13.5%左右。

表1 不同工藝位點(diǎn)煙絲狀況Tab.1 Status of cut tobacco at different process sites

圖1 煙絲結(jié)構(gòu)柔性調(diào)控設(shè)備示意圖Fig.1 Schematic diagram of flexible controlling device for cut tobacco structure

1.2 系統(tǒng)組成

設(shè)備的主體分為兩個部分，即煙絲柔性篩選裝置和煙絲鍘切裝置，見圖1。煙絲從上游進(jìn)入煙絲篩選裝置3，小于目標(biāo)長度的煙絲經(jīng)滾刀間隙下落并直接進(jìn)入下方振槽，大于目標(biāo)長度的煙絲經(jīng)挑刀的葉片挑動而輸送到煙絲鍘切裝置4。其中，滾刀間隙為相鄰挑刀的左右間距，其參數(shù)根據(jù)最優(yōu)煙絲特征尺寸設(shè)定［10］。大于目標(biāo)長度的煙絲進(jìn)入煙絲鍘切裝置后，在動刀組與定刀組所形成的一定角度的剪切力作用下，被切斷為中短絲，而后落入下方振槽，一同進(jìn)入下游工序。動刀組與定刀組各刀片的間距參數(shù)，同樣依據(jù)最優(yōu)煙絲特征尺寸設(shè)定。

1.2.1 煙絲篩選裝置

煙絲篩選裝置主要由動力源、傳動機(jī)構(gòu)、動輥、挑刀組成，見圖2。動力源1為電機(jī)。傳動機(jī)構(gòu)2包括減速器、鏈輪、鏈條等部件；減速器兩端分別與電機(jī)與鏈條相連，用于匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩；鏈條同時連接鏈輪，將動力傳遞到鏈輪；鏈輪固定于動輥兩端，隨之帶動動輥轉(zhuǎn)動。動輥3與挑刀4形成組合體，同一動輥上的挑刀沿軸向排列且間隔一致，相鄰動輥上的挑刀相互交錯，挑刀由刀輥帶動旋轉(zhuǎn)。

圖2 煙絲篩選裝置示意圖及局部放大圖Fig.2 Schematic diagram and partial enlarged view of tobacco screening unit

為避免煙絲鉤掛和降低煙絲造碎，挑刀上葉片的形狀設(shè)置為等腰梯形，見圖3。每個挑刀包括多個用于撥動煙絲的葉片和固定在動輥上的固定盤，葉片下底與固定盤連接，且不同葉片的連接角度相同。同一動輥上的挑刀沿軸向排列，間距為2倍的煙絲目標(biāo)長度；相鄰動輥上的挑刀均勻相互交錯，葉片兩端與相鄰動輥之間的間距相同；在相互交錯的挑刀間，沿動輥軸向形成多個間距均為1倍煙絲目標(biāo)長度的方形間隙，長度小于間隙寬度的煙絲下落，長度大于間隙寬度的煙絲則被挑刀挑動向后傳送。

圖3 煙絲篩選設(shè)備半剖視圖Fig.3 Semi-sectional view of tobacco screening unit

1.2.2 煙絲鍘切裝置

煙絲鍘切裝置，主要實現(xiàn)對超出目標(biāo)長度煙絲的鍘切功能，采用動刀與定刀配合設(shè)計，將剪切和壓切變?yōu)榛瑒渝幥校詼p小剪切力。煙絲鍘切裝置主要包括兩組可做周期性剪切動作的刀片組，見圖4。其中動刀組、定刀組均由若干間隔固定的刀片及刀片固定組件構(gòu)成；動刀組、定刀組的刀片相對安裝并相互咬合，所形成的剪切路徑為傾斜向下，以實現(xiàn)煙絲的滑動拉切。

超出目標(biāo)長度的煙絲從篩選裝置末端落至鍘切裝置的定刀組，在旋轉(zhuǎn)的動刀組滑動拉切作用下，被切斷為目標(biāo)長度的煙絲，實現(xiàn)長絲變短。

1.2.3 設(shè)備參數(shù)的確定

為保證設(shè)備在生產(chǎn)應(yīng)用中達(dá)到設(shè)計的工藝目標(biāo)及有效運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備的關(guān)鍵部件尺寸及運(yùn)行參數(shù)由試驗確定。根據(jù)行業(yè)相關(guān)研究數(shù)據(jù)及企業(yè)已開展的工藝試驗，篩選及切斷的煙絲目標(biāo)長度定為20 mm，設(shè)備與之對應(yīng)的滾刀間距、定刀隔套間距均設(shè)置為20 mm；運(yùn)行狀態(tài)方面，在已定設(shè)備關(guān)鍵部件尺寸的前提下，對影響過料與切斷效率的定刀傾斜角度、篩選電機(jī)頻率、鍘切電機(jī)頻率3個設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果見表2。

圖4 煙絲鍘切裝置示意圖及局部視圖Fig.4 Schematic diagram and partial view of tobacco cutting unit

由表2可知：（1）當(dāng)定刀傾斜角度為20°時，能夠適應(yīng)生產(chǎn)中的過料需求；（2）當(dāng)篩選電機(jī)頻率為50 Hz，鍘切電機(jī)頻率為40 Hz時，煙絲造碎最?。唬?）煙絲造碎主要是由鍘切部分造成，篩選對煙絲造碎影響不明顯。

表2 設(shè)備參數(shù)優(yōu)化結(jié)果①Tab.2 Results of equipment parameter optimizing

2 應(yīng)用效果

2.1 試驗設(shè)計

材料：“南京”牌細(xì)支卷煙配方原料（由江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司淮陰卷煙廠提供）。

設(shè)備：江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司淮陰卷煙廠制

絲車間Q1H生產(chǎn)線設(shè)備（松散回潮、葉片加料、配葉貯葉、葉片增溫增濕、切絲、RCC回潮、HXD氣流式干燥、摻配加香及相關(guān)輔聯(lián)設(shè)備等）；PROTOS70-ZJ17D改造的細(xì)支卷接機(jī)組（德國HAUNI公司）；YQ-2型煙絲結(jié)構(gòu)測定儀（中國煙草總公司鄭州煙草研究院）。

方法：選用同一細(xì)支卷煙配方原料在制絲生產(chǎn)線生產(chǎn)，于葉絲干燥工序后分別采用正常過料與柔性調(diào)控過料兩種方式，各生產(chǎn)70批次，檢測加香后及卷制后的煙絲結(jié)構(gòu)，對比改進(jìn)前后不同位點(diǎn)成品煙絲結(jié)構(gòu)變化。

2.2 數(shù)據(jù)分析

由表3可知，經(jīng)柔性調(diào)控后，長絲率均明顯下降，中絲率、短絲率顯著上升，碎絲率略有增加。其中，加香后長絲率下降10.29百分點(diǎn)，中絲率上升5.17百分點(diǎn)，短絲率上升4.96百分點(diǎn)，特征尺寸下降17.96%，均勻性系數(shù)略有下降；卷制跑條后煙絲長絲率下降15.89百分點(diǎn)，中絲率上升10.87百分點(diǎn)，短絲率上升4.17百分點(diǎn)，特征尺寸略有下降，均勻性系數(shù)上升7.14%。其中，卷制跑條后煙絲中絲率上升更為明顯，主要原因是煙絲在經(jīng)過卷煙機(jī)平整器時，部分超長絲、長絲被切斷，進(jìn)一步增加了該位點(diǎn)的中絲率。

同時由表3各工序煙絲結(jié)構(gòu)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差可知：經(jīng)柔性調(diào)控設(shè)備后，不同批次加香后、跑條后的長絲、中絲、短絲及碎絲比率基本穩(wěn)定，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）較小，表明設(shè)備具有較高的生產(chǎn)穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

設(shè)計開發(fā)了一種煙絲結(jié)構(gòu)柔性調(diào)控設(shè)備，該設(shè)備包括煙絲篩選裝置和煙絲鍘切裝置等部件。以淮陰卷煙廠生產(chǎn)的“南京”牌細(xì)支卷煙煙絲為對象進(jìn)行測試，結(jié)果表明：①設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，有較好的物料通過性，并能夠按照設(shè)計要求對煙絲進(jìn)行篩選、切斷；②經(jīng)柔性調(diào)控設(shè)備調(diào)控后，加香后、卷制后跑條煙絲的長絲率明顯下降，中絲率明顯上升；③加香后煙絲特征尺寸下降17.99%，均勻性系數(shù)略有下降；跑條煙絲特征尺寸略有下降，均勻性系數(shù)增加7.14%；④數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）較小，說明設(shè)備穩(wěn)定性高，能夠滿足工藝要求。進(jìn)一步提升篩分效果仍需繼續(xù)開展動輥數(shù)量與動輥間距的研究、改進(jìn)工作。