包裝機(jī)組FOCKE779條煙推送裝置的改進(jìn)與仿真研究

夏海元

[摘 要] 為解決包裝機(jī)組FOCKE779條煙輸出時(shí)出現(xiàn)“擠煙”問題，對(duì)條煙推送裝置結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)備源程序等進(jìn)行分析研究，利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)和伺服電動(dòng)機(jī)，將原雙氣缸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)改為伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)裝置。該改進(jìn)裝置由伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、連桿、推煙擋板等組成，通過伺服電機(jī)帶動(dòng)推煙擋板擺動(dòng)完成條煙的推送，并利用ADAMS對(duì)改進(jìn)后的條煙推送裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性仿真。

[關(guān) 鍵 詞] 包裝機(jī)組FOCKE779；條煙推送裝置；擠煙；仿真

[中圖分類號(hào)] TS43 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）33-0056-01

FOCKE-FX2硬盒包裝機(jī)是德國(guó)FOCKE公司推出的新一代硬盒包裝機(jī)組，生產(chǎn)能力達(dá)700包/min，在國(guó)內(nèi)卷煙企業(yè)已廣泛應(yīng)用。

一、存在的問題

（一）裝置組成

FX2機(jī)組主要由小盒包裝機(jī)（703）、小盒透明紙包裝機(jī)（753）和條盒包裝機(jī)（779）組成，整臺(tái)機(jī)組連線作業(yè)，779條煙透明紙包裝機(jī)主要完成最外層條煙透明紙包裝，包裝后條煙經(jīng)推板推送至條煙提升機(jī)。779機(jī)組的條煙輸出裝置采用雙氣缸驅(qū)動(dòng)式曲柄連桿結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)互相垂直的氣缸、機(jī)架、連接塊、連接銷、支架、推煙桿、連接板和推煙板組成。下面的氣缸驅(qū)動(dòng)推板向前運(yùn)動(dòng)，上面的氣缸驅(qū)動(dòng)推板向后運(yùn)動(dòng)，從而完成一個(gè)完整的推煙動(dòng)作。

（二）問題分析

徐州卷煙廠現(xiàn)有兩臺(tái)FOCKE-FX2機(jī)組，在運(yùn)行近一年的時(shí)間內(nèi)，頻繁出現(xiàn)“條煙輸出堵塞”故障（擠煙）。查找設(shè)備源程序發(fā)現(xiàn)，該故障是由于氣缸運(yùn)行超時(shí)造成的，當(dāng)氣缸在做伸出動(dòng)作時(shí)，從起始點(diǎn)到終止點(diǎn)的時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間，或者在做縮回動(dòng)作時(shí)，從終止點(diǎn)返回起始點(diǎn)的時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間，設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)上述故障而停機(jī)。

“擠煙”現(xiàn)象不僅總體上影響整個(gè)產(chǎn)線的效率，而且在運(yùn)行數(shù)天后，同樣問題又會(huì)出現(xiàn)。進(jìn)一步分析可知：造成條煙擠煙的主要原因是“氣缸—曲柄連桿機(jī)構(gòu)”組合設(shè)計(jì)的固有缺陷。缺陷一：活塞式氣缸運(yùn)動(dòng)速度和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的輸出扭矩都會(huì)隨著曲柄轉(zhuǎn)角和連桿擺角的變化產(chǎn)生周期性波動(dòng)；缺陷二：氣缸的活塞桿推動(dòng)曲柄做功過程中，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用在汽缸壁的副作用力，該副作用力會(huì)加大汽缸壁的磨損，降低壓縮氣體的平穩(wěn)性，因此設(shè)想對(duì)條煙推送裝置進(jìn)行改進(jìn)。

二、改進(jìn)方法

通過分析可知，F(xiàn)OCKE-FX2機(jī)組產(chǎn)生“擠煙”現(xiàn)象是由“氣缸—曲柄連桿機(jī)構(gòu)”設(shè)計(jì)缺陷引起的，修改源程序或者在輸出軸上增設(shè)限位擋塊都不能消除故障產(chǎn)生的根源，因此利用“伺服電機(jī)—曲柄連桿機(jī)構(gòu)”代替原先設(shè)計(jì)的“氣缸—曲柄連桿機(jī)構(gòu)”。伺服電機(jī)的速度和力矩采用閉環(huán)控制，控制精度高，克服了“氣缸—曲柄連桿機(jī)構(gòu)”速度和扭矩波動(dòng)的缺陷，同時(shí)速度響應(yīng)快且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。改進(jìn)的條煙推送裝置主要由伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、連接件、連桿、連接塊、連接塊支撐、擋板固定和擋板組成，利用SolidWorks建立主要零件的三維實(shí)體模型，然后根據(jù)各自之間的裝配關(guān)系進(jìn)行裝配，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。該裝置的主要零件選材均為硬鋁合金，該材料具有質(zhì)輕色美、防銹的優(yōu)點(diǎn)。

三、仿真實(shí)驗(yàn)

（一）導(dǎo)入幾何模型

SolidWorks中創(chuàng)建的機(jī)構(gòu)各零件三維實(shí)體模型，如圖所示。

（二）設(shè)置材料屬性

導(dǎo)入模型后，設(shè)置材料屬性，分別選取機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件，將其材料形式（material type）選定為鋁材料（aluminum）。

（三）設(shè)置單位和重力加速度

設(shè)置系統(tǒng)單位，單擊菜單【Setting】→【Units】→【MMKS】后，彈出單位制設(shè)置對(duì)話框，將相應(yīng)的單位設(shè)置成所需要的單位制；設(shè)置重力加速度，單擊菜單【Settings】→【Gravity】后，彈出Gravity settins設(shè)置對(duì)話框，重力加速的方向?yàn)樽鴺?biāo)系-Z方向。

（四）施加載荷和驅(qū)動(dòng)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求：每分鐘輸出70條煙，每條煙的重量為260g左右，因此需施加18.2kg的負(fù)載，即一個(gè)周期的時(shí)間T=0.6s，電機(jī)轉(zhuǎn)速n=100r/min，電機(jī)角速度w=600d/s，所以在ADAMS中電機(jī)輸入端增設(shè)一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的角速度為600d*time。

四、結(jié)論

FOCKE 779硬盒包裝機(jī)通過改進(jìn)“氣缸—曲柄連桿機(jī)構(gòu)”，對(duì)改進(jìn)裝置進(jìn)行虛擬仿真等，縮短了研發(fā)成本與周期。改進(jìn)后，將條煙推送裝置安裝于其中1臺(tái)FOCKE 779包裝機(jī)上。通過查詢公司MES系統(tǒng)，改進(jìn)前平均每臺(tái)包裝設(shè)備每個(gè)月的“擠煙”次數(shù)為33次/月，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)每次FOCKE 779包裝機(jī)輸出通道“擠煙”時(shí)擠傷條煙數(shù)量為10條，處理堵塞故障需要12min；改進(jìn)后每個(gè)月的“擠煙”次數(shù)為1次/月，擠煙率降低到3%，“擠煙”引起條煙擠傷數(shù)量由改進(jìn)前的7條/次降低到1條/次，且處理堵塞時(shí)間由12min/次降低到45s/次。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳杰，鄭友東，李二鵬.FX2-779機(jī)組條煙排出機(jī)構(gòu)的建模技術(shù)與仿真分析[J].自動(dòng)化博覽，2016（5）：50-53.