卷烟燃烧锥保持性测试仪的设计及应用

2017-03-17叶灵李超焦俊秦云华张承明毕玉波

湖北农业科学 2016年23期

关键词：卷烟

叶灵+李超+焦俊+秦云华+张承明+毕玉波+吴佳+师艳萍+芮晓东+黄琬凌+郝静烈

摘要：为测试卷烟的燃烧锥由于弹烟灰动作而导致掉落提出一种新的测试方法，并针对该方法设计一种测试卷烟燃烧锥掉落率的自动化装置。采用负压风机、电磁阀构成的气路实现对卷烟的自动抽吸，用电磁铁敲击卷烟来模拟人的弹烟灰动作，自动化装置通过自动抽吸和模拟弹烟灰二个过程来实现对卷烟的测试。以直径7.7 mm、长度84 mm的样品进行了大量测试，得出的结果与人工测试的结果相符合，证明该方法及装置的可行性。

关键词：卷烟；燃烧锥；自动抽吸；模拟弹烟灰

中图分类号：TS452 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）23-6258-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.064

Abstract： In order to test whether the combustion cone of a cigarette can be caused by the projectile soot， a new method is proposed， and a new method is designed to test the drop rate of cigarette. Using the negative pressure air blower，the air path of the solenoid valve to realize the automatic suction of the cigarette， the cigarette to simulate the cigarette smoke cigarette to simulate the person's playing the cigarette smoke，automatic device through the automatic suction and simulation of the two process to achieve the cigarette test. A large number of tests have been carried out with the sample of 7.7 mm and length of 84 mm. The result of the test is in accordance with the results of the manual test， which proves the feasibility of the method and the device.

Key words： cigarette； combustion cone；automatic suction；simulatied bomb soot

当前，卷烟产品（特别是高档、高端卷烟）燃烧过程中燃烧锥掉落（俗称掉火头）的现象逐漸引起关注，对产品的消费者满意度、忠诚度及品牌形象造成了一定的负面影响。目前，国内外尚无卷烟燃烧锥掉落的检测方法和判定标准，也无设备可以通过模拟卷烟在燃烧过程中的环境、燃烧速率、抽吸烟支时弹落烟灰的作用力度、燃烧锥掉落时剩余烟支长度等的分析研究来构建燃烧锥掉落的检测方法和判定标准。

现行检测卷烟燃烧锥的掉落只能靠人工品吸，人工统计。长时间的人工品吸对品吸者身体危害较大，人工统计又比较耗时且数据量较大。随着工业自动化的程度越来越高，可以用机器设备代替人。基于此想法，本研究设计了一台检测卷烟燃烧锥保持性的测试仪，通过测试仪检测卷烟燃烧锥的掉落率，最终来构建卷烟燃烧锥掉落的检测方法和判定标准。

1 测试仪的设计

由于卷烟的抽吸是个持续的过程，既然目的是检测卷烟的燃烧锥是否会由于弹烟灰而导致掉落，那么肯定需要对卷烟进行自动抽吸，但不同的抽吸条件会对烟支的燃烧有很大影响，进而对烟气化学成分产生影响[1]。近年来，对吸烟条件（抽吸容量、抽吸持续时间、抽吸频率）与烟气成分关系[2]的研究成为国际烟草界研究的热点之一，目前世界上许多国家都是采用ISO方法规定的标准抽吸条件[3]来测量卷烟烟气释放量。由于吸烟者吸烟情况千差万别，要规范每个吸烟者的抽吸条件是不可能的，但若能够确定抽吸参数与烟气的定量关系[4，5]，建立预测模型[6-8]，预测各种吸烟条件下吸烟者每次烟气的吸入量，对测试不同类型卷烟燃烧锥的掉落率就有重要意义。基于此，设计出可以自由设置的抽吸参数，利用不同的抽吸参数来模拟不同条件下的卷烟抽吸者。

完善了自动抽吸的条件后，再考虑模拟弹烟灰的问题。反复思考后认为卷烟燃烧锥掉落产生的原因：①卷烟纸特性的变化使卷烟纸的燃烧与烟丝燃烧产生差异，卷烟的包会性能发生了改变[9]，在弹落烟灰时，燃烧锥易从卷烟的主体部分脱落；②配方中膨胀烟丝和梗丝的添加使烟丝填充性发生改变，燃烧时易产生局部结构松散，导致燃烧中卷烟燃烧锥掉落现象的发生。张朝平等[10]模拟消费者弹烟灰习惯，通过间隔敲击来判断燃烧中的卷烟燃烧锥是否掉落。该方法中机械外力作用大小、作用次数、间隔时间和在外力作用下烟支是否变形等众多因素都会影响结果。借鉴此方法设计采用电磁铁间隔敲击燃烧的卷烟来测试卷烟燃烧锥是否掉落，同时用PLC精确控制电磁铁敲击卷烟的次数和敲击的间隔时间，以期达到测试的目的。由于卷烟烟支轴向密度不同，烟支燃烧至不同位置可能对燃烧锥掉落情况造成影响[11，12]。根据李斌等[13]的卷烟落头倾向检测装置分析，当卷烟燃烧线在25 mm以前时，燃烧锥头尚未达到稳定状态，燃烧锥掉落倾向为11.25%，当燃烧线在30～50 mm时，由于已形成相对稳定的燃烧锥头[11]，燃烧锥掉落值为17%～20%。综合考察影响因素，本研究设计当燃烧线在30～50 mm时，增加电磁铁敲击卷烟的次数来测试卷烟燃烧锥的掉落概率。

1.1 卷烟的自动抽吸

为了实现对卷烟的自动抽吸，首先需要一个烟嘴来做卷烟的夹持器，考虑到有不同直径的卷烟，为此设计烟嘴为螺纹式安装，当卷烟直径不同时，只需要拧下原烟嘴换上与卷烟相适应的烟嘴即可。接着为了在烟嘴上产生吸力来实现对卷烟的抽吸动作，利用1个小型负压风机产生负压，将负压接到烟嘴上就完成了对卷烟抽吸的动作。抽吸动作有了后，为了形象地模拟人抽烟时的抽吸、停顿、再抽吸、再停顿，这个重复的过程，故在负压出来后经过了1个电磁阀，然后用单片机控制器控制电磁阀的接通和关闭。这样就有了对卷烟的抽吸、停顿二个动作的产生。接下来考虑便于控制每次抽吸的时间以及停顿的时间，加上一个触摸屏，使电磁阀接通和关闭的时间能在触摸屏上修改，最终做到控制每次对卷烟的自动抽吸。自动抽吸完成后，为了满足对每次抽吸量的调节，在电磁阀出来的气路上再加上1个调压阀，可以对负压进行调整。整个自动抽吸的原理图如图1所示。

1.2 模拟弹烟灰

在对卷烟抽完一次到下一次抽吸卷烟的这个时间段内模拟弹烟灰动作的发生，人在抽吸完一次卷烟后有一个短暂的停顿时间，在这个时间内决定是否进行弹烟灰，弹几次烟灰。实现模拟弹烟灰的电磁铁垂直安装在卷烟的正上方，用单片机控制器控制电磁铁敲击卷烟的次数和每敲击的时间间隔，将这2个参数放置到触摸屏上便于修改。电磁铁的安装方式如图2所示。

由于不同人，甚至相同人在不同时间弹烟灰的力度、位置都可能不相同，为此电磁铁安装支架位置及电磁铁在支架上的位置都可以调整。上、下方向调整电磁铁在支架上的位置可以改变电磁铁弹烟灰过程的力度，前、后方向移动支架的位置可以调整弹烟灰过程中击打卷烟的位置。最后，考虑到人手指头的柔韧性，电磁铁下端铜锤的坚硬性，故在电磁铁下端铜锤上加了一个乳胶套，模拟人手指的皮肤，起到缓冲保护的作用。

1.3 检测功能

上面2个过程的完成，模拟出了人的抽烟行为，最终也能测试出卷烟在燃烧过程中是否会由于弹烟灰而导致燃烧锥的掉落，达到最终的目的。人抽完烟后会自然丢弃，以上过程没有对卷烟是否抽完有一个判断，以及对卷烟抽完后的处理。为了解决这个问题在卷烟的左边加了一个激光传感器，当卷烟放置在夹持器上时，激光传感器的光束照射在卷烟上，触发传感器的信号，将此信号送入到控制器种，控制器只有接收到这个信号的时候才允许对卷烟进行测试。当控制器没接收到这个信号的时候给触摸屏一个信号，指示没有烟支或者烟支已燃烧完毕，需要处理。这样判断烟支燃烧完和处理过程结束，下一步对卷烟燃烧锥掉落率进行测试。

2 测试仪的应用

2.1 测试数据比较

设计出测试仪后，为了测试设计出来的设备是否能完成任务，将测试仪应用到不同类型卷烟产品的测试中。经过对大量样品进行测试显示，得出的测试结果跟调查的数据相符合。自然人的调查数据如表1所示。抽吸总支数为1 000支，掉落头支数20支，掉落比例2%。

根据普通消费者的调查数据，首先通过反复的试验给测试仪找到了合理的控制参数，然后利用找到的控制参数进行了大量的试验，得出测试仪测试数据，如表2所示。测试仪抽吸卷烟掉落比例为2.6%。

2.2 測试数据分析

通过以上自然人的测试数据和测试仪得出的测试数据进行双比率分析，研究两者是否存在差异，分析数据如表3所示。通过双比率检验分析可知，P值为0.702，大于0.05，表明自然人的测试数据和测试仪得出的测试数据没有显著差异，测试仪与人工感官评吸的测试数据较为接近，因此卷烟燃烧锥检测仪能模拟人工感官评吸方式进行燃烧锥掉落率的检测，达到人工感官评吸的检测能力。

3 小结

①提出了一种对卷烟燃烧锥掉落率进行测试的方法，并针对该方法设计了一种实现测试的自动化装置。②以直径7.7 mm、长度84 mm的样品进行了大量测试，得出的结果与人工测试的结果相符合，证明该方法及装置的可行性。③通过对弹落烟灰习惯及燃烧锥掉落现象的统计分析，开发燃烧锥保持性的评价方法，形成卷烟燃烧锥保持力的检测、评价及控制方法，减少卷烟燃烧锥掉落现象，提高卷烟产品品质及形象。

参考文献：

[1] 郑赛晶，顾文博，张建平，等.抽吸参数对卷烟燃晓温度及主流烟气中某些化学成分的影响[J].中国烟草学报，2007（4）：6-11.

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[3] 王芳，温东奇，陈再根，等.深度吸烟对卷烟焦油、烟碱和CO释放置测定结果的影响[J].烟草科技，2006（3）：24-29.

[4] 孟红明，王惠平，王淑华，等.不同抽吸参数对烟气分析结果的影响[J].烟草科学研究，2002（1）：40-42.

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[9] 王道宽，连芬燕，刘雯，等.卷烟包灰性能的影响因素[J].烟草科技，2013（4）：12-15.

[10] 张朝平，张敏，张浩博.卷烟落头检测装置[P].中国：CN102937

639，2013-02-20.