超高速煙草包裝機(jī)的推煙裝置分析

張紅衛(wèi)

摘要：依據(jù)煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)的組成和工作原理，分析推煙包機(jī)構(gòu)的故障原因及受力情況，并對(duì)其內(nèi)部滑塊進(jìn)行受力分析;根據(jù)推煙包機(jī)構(gòu)的功能要求，確定推煙包機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求;根據(jù)分析結(jié)果確定機(jī)構(gòu)優(yōu)化思路，采用動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)對(duì)滑塊、導(dǎo)軌、連接裝置和潤(rùn)滑裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力學(xué)仿真;煙草包裝機(jī);推煙包機(jī)構(gòu)

前言

為了提高卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量，增強(qiáng)卷煙企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提高我國(guó)煙草產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展水平，與國(guó)際煙草巨頭進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，守住并占領(lǐng)國(guó)內(nèi)卷煙產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)份額，必須將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)運(yùn)用到煙草機(jī)械的生產(chǎn)和使用中，使煙草機(jī)械產(chǎn)品朝自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。

1煙草包裝機(jī)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)煙支包裝機(jī)主要是以意大利GD公司和的德國(guó)的FOCKE公司為主流，其中國(guó)內(nèi)煙草機(jī)械公司通過(guò)引進(jìn)意大利GD公司的先進(jìn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ZB47系列煙支包裝機(jī)，ZB47系列煙支包裝機(jī)和GD系列包裝機(jī)相比，結(jié)構(gòu)更為合理，生產(chǎn)速度可達(dá)450包/分，采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)通訊和遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)，可通過(guò)遠(yuǎn)程集中控制技術(shù)對(duì)機(jī)器進(jìn)行故障診斷、運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等。各項(xiàng)加工指標(biāo)優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

2煙草包裝機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

目前我國(guó)對(duì)煙草包裝機(jī)的研發(fā)主要是通過(guò)對(duì)意大利GD公司和的德國(guó)FOCKE公司的產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)和吸收，開(kāi)發(fā)出的自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ZB47系列煙支包裝機(jī)。與GD系列和FOCKE系列包裝機(jī)相比，結(jié)構(gòu)更為合理，生產(chǎn)速度可達(dá)450包/分。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的包裝機(jī)采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)通訊和遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)，機(jī)器故障遠(yuǎn)程診斷、運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集和分析等先進(jìn)技術(shù)，生產(chǎn)產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。目前主要是問(wèn)題是：

（1）機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)產(chǎn)品速度、自動(dòng)化水平、可靠性有待進(jìn)一步提升;

（2）加大對(duì)包裝過(guò)程中的柔和處理，避免煙支外觀受到不必要的損傷。

3煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析

3.1煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)的組成及工作原理煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)組成示意圖如圖1所

示，圖中x為推煙桿行程。

1—推煙桿;2—滑槽;3—滑塊;4—球形副;5—安裝座;6—連桿;7，12—螺釘;8—擺件;9，10—制動(dòng)電磁鐵;11—連接桿安裝座;13—推煙桿安裝座

圖1煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)的組成示意圖觀察圖1可知，推煙桿和擺件通過(guò)連桿連接，連桿在推煙包機(jī)構(gòu)中起驅(qū)動(dòng)作用，擺件在推煙包機(jī)構(gòu)中不斷擺動(dòng)，為推煙桿推送煙支提供動(dòng)力，使推煙桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成推送工作。塑料滑塊支撐推煙桿安裝座，塑料滑塊在滑槽內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使推煙桿安裝座的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)受到約束。在煙草包裝機(jī)推煙包的工作過(guò)程中，滑塊對(duì)稱安裝在推煙桿安裝座上。為保證煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)工作過(guò)程的安全性，推煙桿的行程要小于安裝座的總長(zhǎng)。在設(shè)定距離之前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，確?；瑝K滑動(dòng)的極限位置與滑槽端面有一段距離，以此擴(kuò)大運(yùn)行空間，防止出現(xiàn)碰撞。

3.2煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)故障原因分析

煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)在正常工作情況下，前端會(huì)保持水平狀態(tài)，前端的滑塊在反復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)很容易出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致故障的出現(xiàn)，這也是煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)最薄弱的部分。如果推煙包的上表面和下表面都出現(xiàn)磨損，整個(gè)滑塊厚度就會(huì)出現(xiàn)縮減，推煙桿前端的工作位置不再是預(yù)先設(shè)定的正確位置，會(huì)產(chǎn)生一定的變化，這一變化會(huì)對(duì)煙支推送結(jié)果造成很大影響。

4煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求

在分析推煙包機(jī)構(gòu)的工作原理及故障原因、確定推煙包機(jī)構(gòu)的受力情況后，根據(jù)推煙包機(jī)構(gòu)的功能要求就能確定其運(yùn)動(dòng)要求。煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了保證煙包推送位置準(zhǔn)確、防止碰到下一個(gè)被推送的煙包，必須要滿足如下兩個(gè)要求：執(zhí)行端從工位A向工位B移動(dòng)的過(guò)程中必須要保持直線運(yùn)動(dòng);而在回程過(guò)程中，則進(jìn)行曲線運(yùn)動(dòng)。

5基于動(dòng)力學(xué)仿真的煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)優(yōu)化方法

5.1煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)優(yōu)化思路

根據(jù)確定的推煙包機(jī)構(gòu)故障原因、受力情況及運(yùn)動(dòng)要求，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：

1）根據(jù)煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)的故障原因可知，在推煙包機(jī)構(gòu)中，滑塊發(fā)揮著重要作用，一旦滑塊出現(xiàn)磨損，整個(gè)機(jī)構(gòu)就很容易出現(xiàn)故障，因此在滑塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以使用滾動(dòng)方法取代傳統(tǒng)的滑動(dòng)方法，使推煙桿組件在運(yùn)行過(guò)程中受到更小的摩擦力，減小滑塊垂直方向上的受力，進(jìn)而減小推煙包機(jī)構(gòu)鉸鏈?zhǔn)艿降姆醋饔昧?

2）在1）中滑塊基礎(chǔ)上，增加兩個(gè)發(fā)揮約束作用的新滑塊，確保推煙包機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)，使導(dǎo)軌中的滑塊運(yùn)行更穩(wěn)定;

3）在滾動(dòng)軸中加入潤(rùn)滑系統(tǒng)，提高煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性。

5.2基于動(dòng)力學(xué)仿真的煙草包裝機(jī)推煙包結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)提出的優(yōu)化思路，對(duì)推煙包機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在滑塊裝置部分，使用滾動(dòng)摩擦取代原來(lái)的滑動(dòng)摩擦。同時(shí)增大滑塊和導(dǎo)軌的安裝高度（H）和安裝寬度（b），并在滑塊前端設(shè)定虛約束，因?yàn)樵诤罄m(xù)改造過(guò)程中后滑塊可能要承受更大的載荷，所以前端選擇的是小滑塊，后端選擇的是大滑塊。這種組合方式可以提高動(dòng)載荷，使煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)在高速情況下也可以保持穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2滑塊與導(dǎo)軌的關(guān)系圖

滑塊和導(dǎo)軌之間的關(guān)系如圖2所示，對(duì)圖2中的大滑塊結(jié)構(gòu)和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大，得到大滑塊結(jié)構(gòu)示意圖以及滑軌側(cè)面結(jié)構(gòu)圖，其中L為大滑塊的長(zhǎng)度，B為導(dǎo)軌寬度。在對(duì)煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)的滑塊進(jìn)行優(yōu)化后，對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)的左右兩側(cè)加入兩個(gè)滑塊，這兩個(gè)滑塊在運(yùn)行過(guò)程中起到固定作用。為了防止滑塊在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)碰撞，增加10mm的余量空間，因?yàn)橥茻煱鼨C(jī)構(gòu)的軸承需要進(jìn)行潤(rùn)滑操作，所以選擇的導(dǎo)軌要有潤(rùn)滑孔。為了將煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)的各零件連接到一起，本文加入了連接桿，使得推煙包機(jī)構(gòu)在不改變推煙桿原有位置的基礎(chǔ)上，就能夠連接新的機(jī)械結(jié)構(gòu)，加入的連接桿。為了使導(dǎo)軌能夠更好地被安裝在煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)中，對(duì)原有的導(dǎo)軌安裝座進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)：增大安裝座與推煙桿之間的距離，并在后部安裝座上設(shè)定一個(gè)新的滑軌，使導(dǎo)軌能有足夠的移動(dòng)空間。在完成滑塊、導(dǎo)軌和連接裝置優(yōu)化后，為了使摩擦力降到最低，在煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)中加入潤(rùn)滑裝置。在油嘴上安裝兩個(gè)孔，潤(rùn)滑油從這兩個(gè)孔中流入導(dǎo)軌，當(dāng)滑塊在導(dǎo)軌中反復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以取得潤(rùn)滑的效果。

結(jié)束語(yǔ)

本文引用動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)，能夠有效提高煙草包裝機(jī)的傳送速度，降低推煙包機(jī)構(gòu)的故障率，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，為提高煙草包裝機(jī)的傳送速度以及降低煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)的故障率，提供了一種新的解決方法。但受時(shí)間限制，目前僅針對(duì)煙草包裝機(jī)推煙包機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，后續(xù)將結(jié)合相關(guān)包裝機(jī)部件對(duì)本文的研究進(jìn)行深化。

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