編煙機機構(gòu)設(shè)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(huán)中路133號福建煙草大廈350002

2.福建工程學(xué)院，福州市閩候上街大學(xué)城學(xué)院路3號福建工程學(xué)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(chǎn)進一步發(fā)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(fā)現(xiàn)編煙機在編煙過程中仍存在斷葉、掉葉、斷柄、漏針、編煙質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，為此，對編煙機進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并對比分析了編煙機主要機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計對編煙性能指標(斷葉率、掉葉率、斷柄率及烤后質(zhì)量)的影響，旨在優(yōu)化編煙機結(jié)構(gòu)，提高編煙質(zhì)量和效率。

1 材料與方法

1.1 供試設(shè)備

連續(xù)行走與間歇行走式編煙機各1臺，旋轉(zhuǎn)鉤針結(jié)構(gòu)、擺動鉤針結(jié)構(gòu)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(cè)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(zhèn)南岸現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)示范園區(qū)進行，供試品種為K326。

1.3 試驗設(shè)計

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

1.3.1 鉤針結(jié)構(gòu)對比

設(shè)計旋轉(zhuǎn)鉤針機構(gòu)和擺動鉤針機構(gòu)兩處理，分別測定兩種鉤針結(jié)構(gòu)的掉葉率與漏針率。

1.3.2 行走方式對比

設(shè)計連續(xù)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(shè)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(shè)計自然平鋪、3 cm定位側(cè)鋪和6 cm定位側(cè)鋪3個處理，分別測定斷葉率、斷柄率、鋪煙速度和烤后質(zhì)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(shù)占總煙葉片數(shù)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(jié)束后，煙葉掉落到地上或竿上的煙葉片數(shù)占總煙葉片數(shù)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(shù)占煙葉總片數(shù)的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉤針結(jié)構(gòu)對編煙效果的影響

由表1可知，采用旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)對掉葉率和漏針率有較大影響，旋轉(zhuǎn)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(guān)，采取旋轉(zhuǎn)鉤針結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xù)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(xù)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(zhuǎn)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(shù)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(shù)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(shù)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(cè)鋪最低，分別為0.67%，2.9%;鋪煙速度自然平鋪和6 cm定位側(cè)鋪較快，3 cm定位側(cè)鋪最慢;烤后煙葉質(zhì)量定位側(cè)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(jié)構(gòu)，在托盤架上將煙葉自然平鋪改為定位側(cè)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(zhì)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(huán)節(jié)，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(jié)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(yōu)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(xiàn)單線鏈式線跡捆綁的鉤針機構(gòu)主要有旋轉(zhuǎn)鉤針結(jié)構(gòu)與擺動鉤針結(jié)構(gòu)兩種，本試驗結(jié)果表明，擺動鉤針結(jié)構(gòu)的掉葉率明顯低于旋轉(zhuǎn)鉤針結(jié)構(gòu)，這主要是由其結(jié)構(gòu)設(shè)計決定的。擺動鉤針與旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鉤針的“鉤花”面積大，“入花”較準確，但由于旋轉(zhuǎn)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(dǎo)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(gòu)主要由直動平底推桿盤形凸輪機構(gòu)和直動推桿圓柱凸輪機構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)跳動就可能造成“入花”動作失敗，出現(xiàn)漏針。

(2)編煙機機針是一種平面四桿機構(gòu)[5]。編扎煙葉時煙葉鋪放厚度達40～60 mm，機針的連續(xù)行走或間歇行走對煙葉的損傷存在不同差異。本試驗結(jié)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(xù)行走。而機頭與機針連續(xù)行走的編煙方式，結(jié)構(gòu)設(shè)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(wěn)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(xiàn)葉柄彎曲即“彎頭”現(xiàn)象，導(dǎo)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(zhì)量有一定影響。通過采用定位槽和側(cè)鋪托盤結(jié)構(gòu)，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(xiàn)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(zhì)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(nóng)業(yè)機械，2009(1):87-88.

[2] 黃衛(wèi)東，彭小冬，王勝雷，等.煙葉編持機的設(shè)計與開發(fā)[J].農(nóng)機化研究，2009(3):98-100.

[3] 鄒慧君，田永利，張青，等.縫紉機創(chuàng)新設(shè)計的基本理論與方法[J].機械設(shè)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(fù)合運動的空間機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計[J].機械工程學(xué)報，2005，41(8):115-119.

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

[6] 宮長榮.烤煙烘烤理論與實踐[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社，1997.