细支烟卷烟纸宽度对烟条成形质量的影响研究

Study on the Influence of Slim Cigarette Paper Width on Cigarette Rod Forming Quality

摘要: 为解决细支卷接设备在生产过程中存在搭口处乳胶溢出、乳胶粘黏烟丝等问题，本文以细支GD121机型为例，从卷烟纸宽度着手，通过模型建立、数据分析等，查找出卷烟纸宽度对烟条成形质量的影响，为企业选用合适宽度的卷烟纸提供科学的决策依据。

Abstract: In order to solve the problems of latex overflow at the lap and latex sticking to tobacco during the production process of thin cigarette winding equipment, this article takes the GD121 model as an example, starting from the width of cigarette paper, and through model establishment and data analysis, finds out the influence of cigarette paper width on the quality of cigarette stick formation, providing scientific decision-making basis for enterprises to choose appropriate width cigarette paper.

1. 引言

为了适应市场对于细支烟新的消费趋势，玉溪卷烟厂在细支烟生产方面更新生产设备，提高生产效率。GD121机型作为新进的细支烟卷烟机，设计运行速度为10,000支/分钟，但是由于各种原因，工作运行速度达不到设计速度，运行效率也不尽如人意。目前对于GD121机型进行了许多的改进，比如在滤嘴鼓轮上加装了清洁装置，能更加方便地清理鼓轮上的残缺滤嘴，极大地降低了因残缺滤嘴堵塞导致的停机频次；还改进了滤嘴接收装置，降低了滤嘴通道堵塞的故障率。虽然改进了很多地方，但对于烟支成型部分的改进却很少，由于GD121机型和PROTOS机型的启动上胶方式不同，漏胶、搭口处乳胶溢出等问题不能采取PROTOS机型的解决方法——将喷胶嘴尽可能地降低。影响到烟支搭口情况的因素除了机械方面的调整，辅料对其影响也不可忽视，所以我们将视角转向了辅料，深入探究辅料层面的解决方法，以此来改善细支烟支的搭口情况，减少停机频率。

2. 存在问题

我厂多种细支卷接设备在生产直径为5.4 mm烟支产品时，生产过程中普遍存在“搭口处乳胶溢出、乳胶粘黏烟丝”等问题，如图1所示。已成为“设备跑条停机、设备烙铁积胶、设备鼓轮积胶”的主要原因，是制约设备效率进一步提升的主要因素之一。

Figure 1. Real picture of latex sticking to tobacco

图1. 乳胶粘黏到烟丝实物图

3. 原因分析

目前细支卷烟设备使用的卷烟纸宽度为37 mm (单烟枪设备为18.5 mm)，经过预分切或在线分切后前后两道的卷烟纸宽度为19 mm。如图2所示，在生产过程中，在现有卷烟纸宽度的情况下，为保证搭口处乳胶不溢出，将卷烟纸纸头高度调高，但另一端卷烟纸就不能包裹到中位线位置，包裹后会导致乳胶粘黏到烟丝上[1]。若将纸头调低，虽然可保证卷烟纸包裹到中位线位置，但上胶点此时位于搭口上端，包裹后乳胶会在搭口处溢出，易造成“设备烙铁积胶、设备鼓轮积胶、烟支爆口”等问题。为避免跑条、爆口烟等问题的产生，需降低上胶点，将设备喷胶嘴降低到极限位置后，问题有所改善但依然存在。

Figure 2. Hidden danger diagram of cigarette wrapped in cigarette paper

图2. 卷烟纸包裹烟支质量隐患图示

4. 改进措施

目前的烟支理想圆周位为17.0 mm，卷烟纸的宽度为18.5 mm，所以卷烟纸折叠的部分为1.5 mm，如图3所示。

Figure 3. Schematic diagram of cigarette wrapped in cigarette paper

图3. 卷烟纸包裹烟支示意图

当调节布带高度时，卷烟纸一侧的高度会发生改变，胶嘴在卷烟纸上的理想胶位宽度为1.5 mm，理想的搭口高度为0.2 mm [2]；所以当卷烟纸宽度为18.5 mm时，实际操作时没有很多的调节搭口和胶位的空间，如图4所示。

Figure 4. Partial amplification schematic diagram of cigarette heated by soldering iron

图4. 烙铁加热烟支局部放大示意图

卷烟纸加宽

现将卷烟纸完整包裹时，卷烟纸重叠粘贴上方的宽度设为x，重叠粘贴下方的宽度设为y；理想情况下：x = y；当卷烟纸宽度为18.5 mm，烟支圆周为17.0 mm时，x = y = 1.5 mm。且每当调节布带高度时，x、y的值都会随之改变；若布带调高0.1 mm，则x = 1.5 − 0.1 = 1.4 mm，y = 1.5 + 0.1 = 1.6。若需要机器正常运转，不轻易发生跑条，则需要上胶宽度应该在卷烟纸粘贴重叠的范围之中。即：

$\{\begin{array}{l}y\ge 1.3\text{mm}\\ x\ge 1.3\text{mm}\end{array}$

若需要进行调整，则需要：

$\{\begin{array}{l}y\ge 1.3+0.2\left(\text{mm}\right)\\ x\ge 1.3+0.2\left(\text{mm}\right)\end{array}$

所以理想的1.30 mm的上胶宽度落在x、y范围内的概率越大，则发生漏胶、粘带烟丝的几率越小，进而跑条的概率越低。1.3/x表示上胶区相对于重叠部分的占比，占比越小则上胶区落在里面的概率越高，所以可以用此公式来表示上胶区没有落在理想位置的概率；同理，上胶区也需要落在下面的重叠区域里面，1.3/y同样也可以表示上胶区没有落在理想位置的概率。x、y如图5所示。

Figure 5. Partial amplification schematic diagram of gluing overlapped part

图5. 上胶重叠部分局部放大示意图

综合以上论述，我们可以得到：$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}$ 表示两种情况都符合，该公式的值越小，说明上胶区域落在上下重叠部分的概率越大，反之，则上胶区域有很可能不落在重叠部分之中。

一旦上胶区域不落在重叠的两个部分之中，则会发生两种情况；若1.3大于x时，则会发生漏胶；若1.3大于y时，则会发生粘带烟丝。

根据以上的推论，我们可以利用穷举法，可以列出当卷烟纸宽度为18.00 mm时，调整布带所出现的情况以及出现的概率。

1) 当卷烟纸宽度为18.5 mm时，

理想的情况下：

$x=y=1.5\text{mm}$

此时：

$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.75$

① 若往下调整布带0.1 mm，则：

x = 1.4 mm，y = 1.6 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.75$ ；

若往下调整布带0.2 mm，则：

x = 1.3 mm，y = 1.7 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.76$ ；

此时，搭口高度已经为0，再进行调整(x = 1.2 mm, y = 1.8 mm)便会出现漏胶的情况。

② 将布带进行反向的调整，则：

x = 1.6 mm，y = 1.4 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.75$ ；

接下来再将布带反向调整，结果都是一样的，都会出现漏胶的情况。当卷烟纸宽度为18.5 mm时，调整所出现情况的平均概率为0.75。

2) 当我们将卷烟纸宽度增加为18.6 mm时，理想情况下：

$x=y=1.6\text{mm}$ ；此时，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.66$ ；

以下同理可以得到调整后的所有情况：

① x = 1.5 mm，y = 1.7 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.66$ ；

② x = 1.4 mm，y = 1.8 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.67$ ；

③ x = 1.3 mm，y = 1.9 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.68$ ；

再进行调整，就会出现漏胶的情况。若进行反向调整则结果都是一样的。当卷烟纸宽度为18.6 mm时，调整所出现情况的平均概率为0.67。

3) 当我们将卷烟纸宽度改为18.7 mm时，理想情况下：

$x=y=1.7\text{mm}$ ；此时，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.58$ ；

以下同理可以得到调整后的所有情况：

① x = 1.6 mm，y = 1.8 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.59$ ；

② x = 1.5 mm，y = 1.9 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.59$ ；

③ x = 1.4 mm，y = 2.0 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.60$ ；

④ x = 1.3 mm，y = 2.1 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.62$ ；

再进行调整，就会出现漏胶的情况。若进行反向调整则结果都是一样的。当卷烟纸宽度为18.7 mm时，调整所出现情况的平均概率为0.60。

4) 当我们将卷烟纸宽度改为18.8 mm时，理想情况下：

$x=y=1.8\text{mm}$ ；

此时：

$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.38$ ；

以下同理可以得到调整后的所有情况：

① x = 1.7 mm，y = 1.9 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.52$ ；

② x = 1.6 mm，y = 2.0 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.53$ ；

③ x = 1.5 mm，y = 2.1 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.53$ ；

④ x = 1.4 mm，y = 2.2 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.55$ ；

⑤ x = 1.3 mm，y = 2.3 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.57$ ；

再进行调整，就会出现漏胶的情况。若进行反向调整则结果都是一样的。当卷烟纸宽度为18.8 mm时，调整所出现情况的平均概率为0.54。

5) 当我们将卷烟纸宽度改为18.9 mm时，理想情况下：

$x=y=1.9\text{mm}$ ；

此时：

$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.33$ ；

以下同理可以得到调整后的所有情况：

① x = 1.8 mm，y = 2.0 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.47$ ；

② x = 1.7 mm，y = 2.1 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.47$ ；

③ x = 1.6 mm，y = 2.2 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.48$ ；

④ x = 1.5 mm，y = 2.3 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.49$ ；

⑤ x = 1.4 mm，y = 2.4 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.50$ ；

⑥ x = 1.3 mm，y = 2.5 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.52$ ；

再进行调整，就会出现漏胶的情况。若进行反向调整则结果都是一样的。当卷烟纸宽度为18.9 mm时，调整所出现情况的平均概率为0.49。

6) 当我们将卷烟纸宽度改为19.0 mm时，理想情况下：

$x=y=2.0\text{mm}$ ；

此时：

$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.28$ ；

以下同理可以得到调整后的所有情况：

① x = 1.9 mm，y = 2.1 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.42$ ；

② x = 1.8 mm，y = 2.2 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.43$ ；

③ x = 1.7 mm，y = 2.3 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.43$ ；

④ x = 1.6 mm，y = 2.4 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.44$ ；

⑤ x = 1.5 mm，y = 2.5 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.45$ ；

⑥ x = 1.4 mm，y = 2.6 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.46$ ；

⑦ x = 1.3 mm，y = 2.7 mm，$\frac{1.3}{x}\times \frac{1.3}{y}=0.48$ ；

再进行调整，就会出现漏胶的情况。若进行反向调整则结果都是一样的。当卷烟纸宽度改为19.0 mm时，调整所出现情况的平均概率为0.44。

当卷烟纸的宽度加宽之后，粘胶的位置会往烟支中线的两侧移动，移动位置超出烙铁的加热位置后，烟支的上胶的效果就会变差，就会导致跑条[3]；所以增加卷烟纸的宽度并不能无限制的增加，既要保证粘胶位置位于卷烟纸上下重叠部分，又要保证粘胶位置在络铁的最佳加热范围之内。当卷烟纸的宽度加到19.0 mm时，粘胶重叠的部分就有2.0 mm，除去粘胶部分和搭口部分，剩下1.0 mm。而烙铁的加热范围为2.8 mm。均布在烟支中线两侧，每侧1.4 mm。如此一来1.4 − 1.0 = 0.4 mm，此时还有0.6 mm的加热位置，可以将上胶部分全部加热，这样可以达到最好的加热效果，不容易发生因加热位置不佳而导致的烟支爆口。此时已经是增加卷烟纸宽度的极限位置，若再增加卷烟纸宽度，那么烙铁则不能完全加热上胶部分(见图6)。

所以当我们将卷烟纸宽度增加到19.1 mm时，烟条的加热效果十分不理想，经常会出现爆口。

而且当卷烟纸宽度增加到19.0 mm时，如果要改善加热效果，可以通过调整搭口宽度来改变加热的位置。但是搭口宽度超过0.3 mm就会影响烟支的外观质量，根据上述论述，将搭口增加到0.4 mm时，此时烙铁可以完全加热粘胶位置，但是此时搭口宽度已经过宽影响烟支质量，所以我们将卷烟纸值的宽度限定在19.0 mm，既可以获得良好的加热效果，又可以确保烟支的外观质量(见图7)。

Figure 6. Schematic diagram of the adhesive part that cannot be fully heated by the soldering iron

图6. 烙铁不能完全加热粘胶部分示意图

Figure 7. Broken line chart of proportion of viscose area compared with x and y

图7. 粘胶区域相较x、y的占比折线图

于是我们得出结论，卷烟纸单边宽度19.0 mm最为合适，既有充足的胶位调整空间，不易漏胶和烟丝粘胶，又可以得到理想的加热效果，不易爆口。

5. 改进效果

Table 1. Statistics of thin branch GD121 37 mm (W) cigarette paper strip

表1. 细支GD121 37 mm (宽)规格卷烟纸跑条统计

细支GD121 37 mm (宽)规格卷烟纸跑条统计
E3#				E4#
运行车速		8000支/分		运行车速		9000支/分
日期		生产时间(小时)	跑条次数(次)	日期		生产时间(小时)	跑条次数(次)
8月9日	早	7	9	8月9日	早	7	10
	中	7	8		中	7	9
	晚	7	11		晚	7	8
8月10日	早	7	15	8月10日	早	7	12
	中	7	19		中	7	9
	晚	7	14		晚	7	11
8月11日	早	7	12	8月11日	早	7	18
	中	7	16		中	7	12
	晚	7	24		晚	7	11
8月12日	早	7	38	8月12日	早	7	14
	中	7	21		中	7	14
	晚	7	13		晚	7	10
平均每班停机次数		16.7		平均每班停机次数		11.5
8月13日38 mm (宽)卷烟纸上机试验情况
试验卷数	宽度规格	运行车速		停机次数	跑条次数	试验机台	质量情况
1卷	38 mm	10,000支/分		0	0	E4#	无缺陷

根据上表1可以发现，卷烟纸纸头高矮相较于之前比较好进行调整，在设备启动时烟条成型质量不容易跑条，在设备正常运行时未发现乳胶溢出的情况，停机频次相比之前有大幅降低，说明改进效果显著。

在产品生产过程中，辅料与设备的关系密不可分，选用辅料时需要将其有机地与设备结合起来，充分考虑上机适应性，尽量避免用设备来迁就辅料的情况发生，这样才能保证后期设备的稳定高效运行。