向虎，郭閣，羅勇，鄒玉勝，王曉瑜，孫學(xué)輝，張海超，徐永康，郭瑞，王龍，盛小賀，何孝強*

煙草設(shè)備

卷煙機平準(zhǔn)盤最佳凹槽深度研究

向虎1，郭閣1，羅勇1，鄒玉勝1，王曉瑜2，孫學(xué)輝2，張海超1，徐永康1，郭瑞1，王龍1，盛小賀1，何孝強1*

1紅云紅河煙草（集團）有限責(zé)任公司曲靖卷煙廠，云南 曲靖 655001；2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)開發(fā)區(qū)楓楊街2號，河南 鄭州 450001

【目的】為研究更加適宜的卷煙機平準(zhǔn)盤凹槽深度，提升卷煙產(chǎn)品質(zhì)量品質(zhì)?！痉椒ā坷脽o凹槽平準(zhǔn)盤對云煙某牌號卷煙進行試驗，通過硬度、空頭、端部落絲量等指標(biāo)確定最佳緊頭和中段密度，根據(jù)經(jīng)過平準(zhǔn)盤后吸絲帶下方煙絲束與成品煙條內(nèi)相應(yīng)部位煙絲含量相等，推算出凹槽體積的計算方法，最終確定卷煙機平準(zhǔn)盤最佳凹槽深度并進行驗證?！窘Y(jié)果】（1）試驗卷煙的緊頭與中段最佳密度比約為1.17；（2）深槽弧長為18 mm，淺槽弧長為12 mm時，平準(zhǔn)盤最佳緊頭凹槽深度為2.8～3.5 mm，接嘴端凹槽深度為1.5～2.0 mm；（3）確定后的最佳平準(zhǔn)盤投入使用后卷煙物理指標(biāo)較好且質(zhì)量穩(wěn)定?！窘Y(jié)論】通過該計算方法計算出的凹槽深度具有較好實用性，可用于平準(zhǔn)盤凹槽深度的快速優(yōu)化。

凹槽深度；緊頭密度；中段密度；凹槽體積計算方法

卷煙機平準(zhǔn)盤凹槽規(guī)格直接影響煙支內(nèi)煙絲分布情況，與卷煙物理指標(biāo)、煙氣指標(biāo)及燃燒錐掉落情況均有密切關(guān)系，卷煙機平準(zhǔn)盤的規(guī)格是影響卷煙質(zhì)量、降低消耗的重要因素[1-3]，但目前卷煙機機型種類不一，且同一規(guī)格的卷煙機存在多種規(guī)格的平準(zhǔn)盤。趙漢文、李金學(xué)等[4-5]對比了三深三淺平準(zhǔn)盤和三槽平準(zhǔn)盤，認(rèn)為三深三淺平準(zhǔn)器在卷煙物理指標(biāo)、內(nèi)在質(zhì)量及質(zhì)量穩(wěn)定性更有優(yōu)勢。鄒泉等[6]通過調(diào)整三深三淺深槽淺槽的寬度和深度，平準(zhǔn)盤煙絲分布狀態(tài)和空頭率為相應(yīng)指標(biāo)，確定了某一品牌煙絲的最佳平準(zhǔn)盤規(guī)格。行業(yè)相關(guān)研究為卷煙機平準(zhǔn)盤規(guī)格研究提供了一些基礎(chǔ)，但目前大多還是通過不斷調(diào)整平準(zhǔn)盤規(guī)格進行試驗來確定較為適宜的平準(zhǔn)盤規(guī)格，缺乏針對最佳平準(zhǔn)盤規(guī)格系統(tǒng)科學(xué)的計算依據(jù)和方法。因此，對卷煙機三深三淺平準(zhǔn)盤規(guī)格的凹槽深度這一關(guān)鍵參數(shù)進行研究，旨在通過計算即可得到目標(biāo)牌號卷煙的平準(zhǔn)盤最佳凹槽深度，為老產(chǎn)品平準(zhǔn)盤規(guī)格優(yōu)化及新產(chǎn)品平準(zhǔn)盤規(guī)格的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

云煙某常規(guī)支品牌卷煙煙絲及輔材：ZJ17型卷接機組（常德煙草機械有限責(zé)任公司）；DT-5型煙支物理指標(biāo)綜合測試臺（美國KC自動化儀器公司）；SBL-AV6519型煙支水分與密度分布測量儀（中國電子科技集團公司第四十一研究所）；YDX-II型卷煙端部落絲測試儀（中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所）；AE100型電子天平（瑞士METTLER公司）。

1.2 實驗方法和條件

通過無凹槽平準(zhǔn)盤試驗，結(jié)合空頭、端部落絲、煙支密度分度等指標(biāo)確定合適的煙支緊頭密度和中段密度，檢測按照參考文獻[7-10]進行。調(diào)整卷煙單支目標(biāo)重量，試驗過程中保持各項參數(shù)不變，每次試驗檢測卷煙機出口煙支重量，當(dāng)達到目標(biāo)重量后在卷煙機出口隨機抽取成品煙支500支。挑選目標(biāo)重量正負0.005 g范圍內(nèi)的樣品，檢測樣品空頭率、物理指標(biāo)及煙支密度。由硬度與密度的關(guān)系確定最佳中段密度，通過卷煙空頭、端部落絲量確定最佳緊頭密度，根據(jù)經(jīng)過平準(zhǔn)盤后吸絲帶下方煙絲束與成品煙條內(nèi)相應(yīng)部位煙絲含量相等，推算出凹槽體積的計算方法，最終建立卷煙機平準(zhǔn)盤最佳凹槽深度的計算方法，并進行驗證。

2 結(jié)果

2.1 采用無凹槽平準(zhǔn)盤試驗確定煙支點燃端緊頭和中段煙支密度

以某云產(chǎn)代表性常規(guī)支卷煙為試驗對象，為避免煙支緊頭密度對試驗的干擾，利用無凹槽平準(zhǔn)盤，每次調(diào)整卷煙單支目標(biāo)重量進行試驗，試驗計劃表如表1。試驗過程中保持各項參數(shù)不變當(dāng)達到目標(biāo)重量后在卷煙機出口隨機抽取成品煙支500支，根據(jù)目標(biāo)重量進行挑揀后，檢測樣品空頭率、物理指標(biāo)及煙支密度。

表1 無凹槽平準(zhǔn)盤試驗計劃表

Tab.1 Ecreteur without groove experiment schedule

2.1.1 物理指標(biāo)檢測結(jié)果和分析

為減少卷煙重量波動對試驗結(jié)論的影響，以試驗?zāi)繕?biāo)重量為中心值，挑選目標(biāo)重量正負0.005 g范圍內(nèi)的煙支進行物理指標(biāo)、端部落絲量、煙支密度檢測，并判定煙支空頭率。物理指標(biāo)檢測結(jié)果如表2，可以看出挑選出的樣品平均重量滿足目標(biāo)重量要求，卷煙吸阻、通風(fēng)率和硬度均與重量呈正相關(guān)關(guān)系。

表2 物理指標(biāo)檢測結(jié)果

Tab.2 Results of physical indexes

在實際卷制過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)卷煙重量低于0.92 g時，幾乎所有樣品都是空頭，判斷意義不大，因此從樣品重量為0.92 g開始進行空頭判定，當(dāng)卷煙重量超過0.92 g時，煙支空頭率差別不大，因此以煙支端面空松情況代替空頭進行判斷，檢測結(jié)果如表3并繪制圖1。從圖1可以看出，隨著煙支重量增加，空松率逐漸降低，當(dāng)卷煙重量超過0.98 g時，空松率逐漸趨于平緩。

表3 煙支空頭檢測結(jié)果

Tab.3 Results of cigarette loose-end

圖1 煙支重量與空松率關(guān)系

端部落絲量檢測結(jié)果表4并繪制圖2?？梢钥闯?，隨著卷煙重量增加，端部落絲量逐漸減少，且當(dāng)卷煙重量為0.98 g時，端部落絲量降低幅度明顯，繼續(xù)增加卷煙重量后端部落絲量變化幅度不大。

表4 端部落絲量檢測結(jié)果

Tab.4 Results of tobacco loss from cigarette

圖2 端部落絲量檢測結(jié)果

煙支密度檢測結(jié)果如表5，并繪制如圖3。從圖3可以看出，各重量樣品煙支端部煙絲掉落位置相近，均在0～6 mm段，主要由微波密度檢測儀測量誤差造成[11]。

表5 煙支密度檢測結(jié)果

Tab.5 Results of cigarette density

圖3 各樣品煙支密度分布情況

硬度=0.126×密度+36

根據(jù)回歸方程，當(dāng)硬度要求為65%時，密度約為230 g/mm3。經(jīng)測量，該卷煙成品煙絲的填充值為4.4 cm3/g左右，回絲填充值為4.3 cm3/g左右，回絲填充值的倒數(shù)恰好與滿足65%硬度的理論密度230 g/mm3一致，結(jié)合前期基于煙絲填充值的卷煙重量設(shè)計模型的研究[12]發(fā)現(xiàn)煙支中段最佳密度約為回絲填充值的倒數(shù)。

根據(jù)煙支空松率和端部落絲量檢測結(jié)果，當(dāng)卷煙重量為0.98 g時，均出現(xiàn)了拐點，低于0.98 g時空松率和端部落絲量都較大，高于0.98 g時，空松率和端部落絲量變化不明顯。同時從不同重量卷煙對應(yīng)的端部密度可以看出，當(dāng)卷煙重量為0.98 g時，端部密度變化趨于平緩，因此可以認(rèn)為0.98 g的卷煙重量對應(yīng)的煙支密度為最佳緊頭密度，除了掉落區(qū)域外該重量對應(yīng)的煙支密度為270 g/mm3。

此時煙支緊頭密度與中段密度的比值為270÷230=1.17，可以認(rèn)為該密度比為最佳密度比，該密度比是在保證卷煙硬度和端部緊實度的前提下緊頭和中段的最小密度比，既能滿足煙支所需煙絲量、避免卷煙空頭產(chǎn)生，又能盡量減少緊頭與中段煙絲量的差異，最大程度降低卷煙燃燒錐掉落概率，減少不必要的煙絲消耗。

2.2 確定卷煙機平準(zhǔn)盤最佳凹槽深度

根據(jù)成品煙支（成品煙支為圓柱體）的兩端的緊頭與成品煙支中段的體積相同但密度不同的原理得到：lwhρ=ρ1lπr2。

由于緊頭是在平準(zhǔn)盤削減吸絲帶上的煙絲束形成的，根據(jù)吸絲帶下方煙絲束與成品煙條內(nèi)相應(yīng)部位煙絲含量相等及上述公式，可推算出：

根據(jù)V=0.48×r×l×d可計算出平準(zhǔn)盤凹槽的理想深度。

平準(zhǔn)盤凹槽徑深r為吸絲道導(dǎo)軌寬度的一半。通過測量，ZJ17常規(guī)煙支導(dǎo)軌寬度為9 mm，因此平準(zhǔn)盤凹槽的徑深為4.5 mm。

試驗卷煙卷煙機平準(zhǔn)盤凹槽深槽弧長為18 mm，淺槽弧長為12 mm。

結(jié)合煙絲束高度和吸絲軌道寬度就可以計算出平準(zhǔn)盤點燃端最佳凹槽深度約為2.8 mm。由于煙支接嘴端切割工序離濾嘴接裝工序較近，該過程端部的煙絲掉落量較小，因此接嘴端凹槽體積略微高于中段。按照接嘴端緊頭無凹槽試驗方法，調(diào)整煙支重量，觀察接嘴端漏氣情況，如表6和圖4。可以看出當(dāng)重量為0.94 g時基本不再出現(xiàn)漏氣，從表5中煙支重量與煙支密度對應(yīng)關(guān)系表中找出煙支重量為0.94 g對應(yīng)的煙支密度為251.11 mg/cm3，同樣利用上述凹槽體積計算公式，得出接嘴端淺槽槽深約為1.5 mm。綜合設(shè)備誤差、平準(zhǔn)盤加工誤差及來料波動，故將試驗平準(zhǔn)盤凹槽槽深確定在深槽深度為2.8～3.5 mm，淺槽深度為1.5～2.0 mm。

表6 煙支漏氣檢測結(jié)果

Tab.6 Results of cigarette leakage

圖4 煙支重量與漏氣關(guān)系

綜上確定了試驗卷煙在ZJ17卷煙機的最佳凹槽平準(zhǔn)盤規(guī)格，即深槽徑深為4.5 mm，深槽弧長為18 mm，深槽深度為2.8～3.5 mm，淺槽徑深為4.5 mm，淺槽弧長為12 mm，淺槽深度為1.5～2.0 mm。

2.3 驗證

按照優(yōu)化后的平準(zhǔn)盤規(guī)格參數(shù)，即深槽、淺槽徑深均為4.5 mm，深槽深度2.8 mm，弧長18 mm，淺槽深度1.5 mm，弧長12 mm，制作平準(zhǔn)盤并投入試驗牌號卷煙卷制使用，并每周取樣1次進行檢測物理指標(biāo)，跟蹤檢測1個月的卷煙質(zhì)量，各指標(biāo)數(shù)據(jù)均值如表7。由表可見該平準(zhǔn)盤的使用滿足煙支物理指標(biāo)要求且質(zhì)量保持較為穩(wěn)定，端部落絲量和燃燒錐掉落率均維持在較好水平。

表7 煙支質(zhì)量檢測結(jié)果

Tab.7 Results of cigarette quality

3 結(jié)論

本研究不僅大大減少了不斷調(diào)整平準(zhǔn)盤規(guī)格參數(shù)而優(yōu)化某一牌號的平準(zhǔn)盤規(guī)格，還為卷煙平準(zhǔn)盤優(yōu)化提供了一種參考方法。目前本研究對象為常規(guī)支卷煙機的凹槽深度，針對凹槽形狀、凹槽弧長及中細支卷煙卷煙機平準(zhǔn)盤規(guī)格的計算方法還有待進一步研究。

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Study on the optimal depth of groove of leveling plate of cigarette making machine

XIANG Hu1, GUO Ge1, LUO Yong1, ZOU Yusheng1, WANG Xiaoyu2, SUN Xuehui2, ZHANG Haichao1, XU Yongkang1, GUO Rui1, WANG Long1, SHENG Xiaohe1, HE Xiaoqiang1*

1 HongyunHonghe Tobacco(Group) Co., Ltd., Qujing 655001, China;2 Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou 450001, China

[Background] This study aims to investigate the optimal depth of groove of leveling plate of cigarette making machine and improve the quality of cigarettes. [Methods] The experiment of certain brand of Yunnan cigarette was carried out by using the leveling plate without groove. The density of dense-end and middle section could be determined through indicators such as hardness, short, end band silk amount. After passing through the leveling plate, according to the tobacco bundle under the ribbon and the corresponding part of the finished cigarette strip, calculate the groove volume, finally determine and verify the optimal groove depth of the leveling plate of cigarette making machine.[Results] Test data show: 1）the optimal ratio of dense-end density to middle section density is around 1.17; 2）when the deep groove width is 18mm, the shallow groove width is 12 mm, the optimal depth of deep groove is 2.8-3.5 mm and that of shallow groove is 1.5-2 mm; 3）the physical index of cigarette is better and the quality is stable after the optimal leveling plate is put into use. [Conclusion] The groove depth calculated by this method has good practicability and can be used for the rapid optimization of the groove depth of the leveling plate.

depth of groove; density of dense-end; density of middle section; calculation method of groove volume

Corresponding author. Email：785072922@qq.com

云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項目“云產(chǎn)中支卷煙加工技術(shù)體系構(gòu)建及應(yīng)用”（2021GY01）

向虎（1973—），本科，工程師，煙草工藝，Tel：13988941156，Email：13988941156@139.com

何孝強（1988—），碩士，工程師，煙草工藝，Tel：18087491866，Email：785072922@qq.com

2022-04-07；

2023-01-31

向虎，郭閣，羅勇，等. 卷煙機平準(zhǔn)盤最佳凹槽深度研究[J]. 中國煙草學(xué)報，2023，29（5）. XIANG Hu, GUO Ge, LUO Yong, et al. Study on the more suitable depth of ecreteur groove[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2023,29(5). doi:10.16472/j.chinatobacco.2022.058