PROT OS-M5煙支切割支撐裝置分析比較

黃宗鑫

（廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建廈門361000）

1 引言

卷接機(jī)煙支切割系統(tǒng)主要包括刀盤機(jī)構(gòu)、磨刀裝置和煙支切割支撐裝置（業(yè)內(nèi)也稱之為“喇叭嘴”），是卷接機(jī)組的重要組成部分。切割系統(tǒng)通過與煙條運(yùn)動方向成一定角度的刀盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶著切刀將煙條割成雙倍長度的煙支，為防止切割過程中煙條變形，采用喇叭嘴支承煙條［1］。為保證切割質(zhì)量較高且不損壞刀片和喇叭嘴機(jī)構(gòu)，切割系統(tǒng)工作時必須保證切割時刻切刀垂直煙條軸線，且煙條、切刀和喇叭嘴的水平運(yùn)動速度相等。

2 支撐裝置介紹

煙支切割支撐裝置作為煙支切割系統(tǒng)的一部分，它的主要功能是對煙條進(jìn)行引導(dǎo)，并且在切割過程中給煙條提供支撐。由于煙條在被切割的同時以很高的速度向前運(yùn)動，必須采取動態(tài)跟隨切割技術(shù)。動態(tài)跟隨切割即：在煙支切割過程中，支撐裝置和切割刀具須以與煙條相同的方向和速度運(yùn)動，此間，支撐裝置提供切割支撐，切刀完成煙支切割。

分析切割跟隨支撐裝置的工作原理，確定其需滿足要求如下：（1）在切割過程中，對煙條提供支撐，防止煙條因受力變形而影響切割質(zhì)量；（2）在切割位置時，支撐裝置的煙支支撐平面與刀盤的刀刃垂直，避免產(chǎn)生毛口煙或斜口煙；（3）在切割過程中，保持與煙條和切刀的運(yùn)動同步，避免發(fā)生打刀；（4）能夠適應(yīng)高速場合。

目前國內(nèi)PROTOSM5高速卷煙機(jī)主要采用的煙支切割支撐裝置可分為兩種：往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式。

2.1 往復(fù)式喇叭嘴機(jī)構(gòu)

圖1 往復(fù)式喇叭嘴機(jī)構(gòu)

傳統(tǒng)的喇叭嘴機(jī)構(gòu)即往復(fù)式喇叭嘴（圖1）主要由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、喇叭嘴1、喇叭嘴支架2和板簧3組成。曲柄連桿機(jī)構(gòu)由連桿4、偏心盤5和平衡配重塊6組成。其動力由刀盤電機(jī)經(jīng)同步帶驅(qū)動喇叭嘴曲柄軸，拖動喇叭嘴的曲柄以恒定的角速度轉(zhuǎn)動，帶動連桿運(yùn)動，在連桿的拖動下喇叭嘴支架與喇叭嘴共同作往復(fù)運(yùn)動，而板簧與連桿緊固在一起，雙臂懸掛吊裝，起到支撐作用并使曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過前、后行程終點(diǎn)時迅速返回。刀片每切割1次，喇叭嘴應(yīng)往返1次（雙刀刀盤旋轉(zhuǎn)1周，刀片切割2次，喇叭嘴往返2次），即刀盤圓周運(yùn)動與喇叭嘴往復(fù)運(yùn)動的頻率應(yīng)成整數(shù)倍數(shù)關(guān)系，由傳動比保證。并且，在切割過程中，喇叭嘴的運(yùn)動速度應(yīng)等于刀片的水平分速度，以便刀片能順利通過喇叭嘴間的縫隙，即：V喇叭=V水平［2］。

2.2 旋轉(zhuǎn)式喇叭嘴機(jī)構(gòu)

圖2 旋轉(zhuǎn)式喇叭嘴機(jī)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)式喇叭嘴（圖2）主要由支架1、切煙管2（8個）、切煙管輪3和齒輪傳動裝置4等組成。切煙管安裝在切煙管輪上，切煙管輪通過支架支撐，更換牌號時，可通過支架調(diào)節(jié)豎直方向的高低位置。此機(jī)構(gòu)由刀盤電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)齒輪傳動裝置帶動切煙管輪和切煙管以恒定的角速度轉(zhuǎn)動。刀片切割時，喇叭嘴必須旋轉(zhuǎn)到位輔助切割，即刀片與喇叭嘴的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動成對應(yīng)關(guān)系，轉(zhuǎn)速比恒定。此時，喇叭嘴的垂直分速度為零；在水平方向，水平分速度V喇叭應(yīng)等于刀片水平分速度V水平，與往復(fù)式運(yùn)動原理一致。

3 分析比較

3.1 往復(fù)式喇叭嘴

往復(fù)式喇叭嘴機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，其往復(fù)運(yùn)動過程主要靠曲柄連桿作用完成。在實(shí)際生產(chǎn)中PROTOS-M5高速卷煙機(jī)的生產(chǎn)能力為C=12000支/min，刀盤轉(zhuǎn)速N=1500r/min，由于喇叭嘴旋轉(zhuǎn)速度為刀盤的2倍，可推算出喇叭嘴曲柄軸轉(zhuǎn)速為n=3000r/min，轉(zhuǎn)速較高，偏心盤與端蓋間密封圈在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下易磨損導(dǎo)致偏心盤處漏油；高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中連桿與偏心盤的軸承所受的剛性沖擊大，且生產(chǎn)時彈簧片振動大，在設(shè)備安全防護(hù)門完全關(guān)閉時仍產(chǎn)生較大噪音，約80dB（如表1，數(shù)據(jù)源自某使用廠家）；生產(chǎn)過程中板簧保證曲柄連桿機(jī)構(gòu)在行程的前、后終點(diǎn)時迅速返回，速度高（在實(shí)際生產(chǎn)過程中，板簧高速往復(fù)運(yùn)動易產(chǎn)生疲勞），存在較大的不穩(wěn)定因素；為更好地支撐煙條并適應(yīng)曲柄連桿的往復(fù)運(yùn)動，及利于煙條順利進(jìn)出，右喇叭嘴進(jìn)煙口和左喇叭嘴出煙口均為喇叭嘴管狀，形狀較為復(fù)雜，加工精度及成本較高。

更換牌號時，若煙支直徑發(fā)生變化，喇叭嘴需根據(jù)直徑匹配進(jìn)行更換，由于只有前、后道共四個喇叭嘴，所以更換較為方便迅速；當(dāng)煙支長度發(fā)生改變時，每種長度的煙支所匹配的喇叭嘴行程不同，所以換牌時需要調(diào)整行程。偏心盤偏心距可以調(diào)整，曲柄上有刻度值可供粗調(diào)喇叭嘴行程時使用，然后運(yùn)用工裝對喇叭嘴行程進(jìn)行精確校準(zhǔn)，當(dāng)偏心距調(diào)好后，平衡塊也必須隨之更換。整體換牌流程相對方便快捷，換牌耗時較短。

表1 兩種支撐裝置對比

3.2 旋轉(zhuǎn)式喇叭嘴

旋轉(zhuǎn)式喇叭嘴機(jī)構(gòu)是由旋轉(zhuǎn)軸心平行偏置的兩個半徑相等的圓盤，在圓周上均勻分布多根連桿，形成多個平行四邊形機(jī)構(gòu)的組合。其最大優(yōu)點(diǎn)是喇叭嘴的煙支支撐平面與煙支始終保持平行，能夠避免喇叭嘴和煙支的相對轉(zhuǎn)動，有利于保證煙支切割質(zhì)量［3］；由于多個平行四邊形機(jī)構(gòu)相互間具有對稱性，當(dāng)對機(jī)構(gòu)進(jìn)行動平衡后，機(jī)構(gòu)支座反力中的剛性沖擊很小，因此，平行四邊形支撐裝置的受力均衡，減小了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動過程的振動和噪聲，增加了軸承的壽命。

PROTOS-M5生產(chǎn)能力為C=12000支/min，旋轉(zhuǎn)式喇叭嘴切煙管輪轉(zhuǎn)速為刀盤的一半n=750r/min，與往復(fù)式相比較，轉(zhuǎn)速相對較低，噪音小，傳動更穩(wěn)定可靠，且切煙管的喇叭嘴形狀及加工要求更為簡單，成本也更低；但旋轉(zhuǎn)式喇叭嘴是以平行四邊形機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)計的，其各桿件的尺寸和形狀誤差、質(zhì)量分布的均勻性等對切割裝置的工作平穩(wěn)性、精度保持性等具有重要影響。因而，支撐裝置各零件加工和裝配精度需要合理匹配，并進(jìn)行精確的動平衡處理。

更換牌號時，當(dāng)煙支直徑發(fā)生變化，喇叭嘴也需根據(jù)直徑匹配進(jìn)行更換，但由于有四對共8個喇叭嘴，需一一更換并重新校準(zhǔn)，所以更換校準(zhǔn)過程較復(fù)雜，速度較慢；煙支長度發(fā)生改變時，需重新調(diào)整切煙管支架高度，并將整個切煙管輪取下進(jìn)行匹配更換，安裝調(diào)試比往復(fù)式復(fù)雜，換牌耗時較長。

4 結(jié)語

通過比較得出，往復(fù)式喇叭嘴曲柄機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速較高，彈簧片往復(fù)振動大，產(chǎn)生較大的噪音，但其通過偏心盤上的刻度可實(shí)現(xiàn)快速換牌調(diào)整；而旋轉(zhuǎn)式喇叭嘴切煙管輪轉(zhuǎn)速較慢，傳動平穩(wěn)，降低了噪音，在速度提升方面有較大發(fā)展空間，但換牌程序較為復(fù)雜，耗時較長。兩種煙支切割支撐裝置都能較好地適用于PROTOS-M5卷煙機(jī)，但是當(dāng)煙支生產(chǎn)能力超過1.8萬支/min時，傳統(tǒng)的往復(fù)式喇叭嘴機(jī)構(gòu)已經(jīng)不能滿足要求，所以旋轉(zhuǎn)式喇叭嘴機(jī)構(gòu)將會成為煙支切割支撐裝置未來的發(fā)展趨勢。

［1］ YJ17-YJ27卷接機(jī)組編寫組.YJ17-YJ27卷接機(jī)組［M］.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

［2］ 金風(fēng)凱.卷煙機(jī)的機(jī)械傳動分析［J］.煙草科技，2002（10）：25-28.

［3］ 劉子建.雙軌超高速煙支切割系統(tǒng)原理仿真分析與結(jié)構(gòu)參數(shù)研究［R］.長沙：湖南大學(xué)，2011.