基于異型條煙的條煙計(jì)數(shù)輸出裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉翱

摘? 要：該文簡要介紹了條煙分揀的技術(shù)背景和面對異型條煙分揀時(shí)現(xiàn)存的問題，通過理論計(jì)算，利用速度差和負(fù)壓抽吸原理，設(shè)計(jì)了一種條煙計(jì)數(shù)輸出裝置。通過科學(xué)計(jì)算，確定了輸送帶上吸附孔的排布和孔徑，在輸送帶運(yùn)動和停止時(shí)，確保條煙相對輸送帶基本無相對滑動，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)輸出的目的。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，該設(shè)備可為異型條煙實(shí)現(xiàn)自動化分揀提供重要的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：異型條煙;速度差;負(fù)壓抽吸;計(jì)數(shù)輸出

中圖分類號： TS43? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

由于我國卷煙行業(yè)的特點(diǎn)，卷煙生產(chǎn)、銷售實(shí)行國家專賣體制下的統(tǒng)一集中管理，各省、市卷煙公司負(fù)責(zé)卷煙的運(yùn)輸、儲存，轉(zhuǎn)運(yùn)，分揀，配送等環(huán)節(jié)，其中卷煙的分揀簡言之就是按照轄區(qū)內(nèi)商戶卷煙訂單組成，在各地市卷煙配送中心的條煙自動分揀線上進(jìn)行?；诰頍煿芾砩系目陀^需求，必須對每一訂單內(nèi)的條煙進(jìn)行激光打碼，即一物一碼。輸送線上的條煙經(jīng)過激光打碼機(jī)時(shí)，要求條煙之間必須有一定的間隔，訂單與訂單也必須有間隔。

目前在用的分揀線，為了適應(yīng)激光打碼機(jī)的需要，訂單內(nèi)條煙必須拉開距離約60 mm，訂單與訂單之間拉開距離約

1 000 mm，這樣就導(dǎo)致分揀線上條煙的承載率很低，不能實(shí)現(xiàn)高速分揀，特別是針對異型條煙，訂單容量又比較小，其中以許昌卷煙配送中心為例，單條的訂單占比15%～20%。另外，在國內(nèi)的條煙配送中心的標(biāo)準(zhǔn)煙分揀線中，用于實(shí)現(xiàn)輸出預(yù)定數(shù)量條煙的裝置，基本上都使用上下夾持式的條煙發(fā)射機(jī)，但上述設(shè)備只適用于在高度方向基本無差異的標(biāo)準(zhǔn)條煙，標(biāo)準(zhǔn)煙尺寸為（270-280）mm×（80-90）mm×（35-45）mm，其余尺寸的條煙均為異型條煙。面對在高度方向上跨度大的異型條煙，現(xiàn)有的上下夾持式結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足要求。

為了解決上述問題，該文介紹了一種結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行穩(wěn)定、工作效率高、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，適用于異型條煙自動分揀線的條煙計(jì)數(shù)輸出裝置，可以滿足按次輸出預(yù)定數(shù)量條煙的目的，解決異型條煙分揀線上無法快速自動化分揀的問題。

1 裝置主要組成和工作原理

該條煙計(jì)數(shù)輸送裝置，包括低速輸送帶1、高速輸送帶2、負(fù)壓抽吸裝置3、4和計(jì)數(shù)裝置5等部分組成，如圖1所示。前后輸送帶存在速度差，低速輸送帶上和高速輸送帶上沿輸送方向分別開設(shè)有多列氣孔，在負(fù)壓抽吸裝置吸附作用，條煙相對皮帶基本保持無滑移前提下，使條煙在高速輸送帶上拉開距離，計(jì)數(shù)器精確計(jì)數(shù)，以此達(dá)到單位時(shí)間內(nèi)輸出預(yù)定數(shù)量條煙的目的[1]。

2 裝置關(guān)鍵設(shè)計(jì)

2.1 輸送帶的設(shè)計(jì)

輸送帶是該裝置的重要組成部分，條煙計(jì)數(shù)輸出裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處在于，如何實(shí)現(xiàn)輸送帶在運(yùn)動或者停止時(shí)，將條煙與輸送帶之間滑移距離控制在5 mm左右，即條煙基本相對輸送帶無滑動。

為了使條煙相對皮帶無滑動，須增大條煙與皮帶之間的摩擦力，即增大條煙相對皮帶的摩擦因數(shù)，或者增大條煙相對皮帶正壓力。

查閱資料得知，可以在同步齒形帶膠面上加工一層紅膠，紅膠質(zhì)地軟，且有“發(fā)黏”的特性，這就大大增大了條煙薄膜相對同步齒形帶的摩擦系數(shù)，增大皮帶摩擦因數(shù)的問題得到了解決[2]。

由于異型條煙在高度方向上跨度較大（24 mm～56 mm），在輸送帶的帶動下，條煙在一定速度運(yùn)行時(shí)，對高度相差較大的條煙施加豎直向下的壓力十分困難，幾乎行不通。然而，不管異型條煙高度怎么變化，條煙的下底面在同步帶表面上隨之運(yùn)動，即異型條煙的下底面均在同一平面上。因此，經(jīng)過分析，決定采取從條煙下底面施加吸力的方法來達(dá)到對條煙增大正壓力的目的。在皮帶下面設(shè)計(jì)一負(fù)壓腔，為吸附條煙提供抽吸力，并在負(fù)壓腔上平面開設(shè)有對應(yīng)于皮帶上小孔的長孔，保證皮帶在運(yùn)動過程中，皮帶上的孔時(shí)刻與負(fù)壓腔連通[3]，保證其時(shí)刻對條煙施加吸附力。

2.2 計(jì)算皮帶上孔位大小和排布

2.2.1 計(jì)算異型條煙允許最大滑行距離

計(jì)算異型條煙允許最大滑行距離S滑=5 mm=0.005 m的加減速度a減。

已知：輸送帶設(shè)計(jì)運(yùn)行速度v帶=48 m/min。

條煙允許最大滑行距離S滑=5 mm=0.005 m。

條煙在5 mm滑動過程中為勻減速運(yùn)動，因此，

a減=v帶2/2S滑=0.82/2×0.005=64 m/s2。

2.2.2 計(jì)算條煙受到的吸附力F吸

已知異型條煙最輕重量為：m煙=300 g=0.3 kg。

設(shè)條煙在勻減速過程中受到的合外力為Fa

則 Fa=m煙a減

即Fa=m煙a煙=0.3×64=19.2 N

設(shè)滑行距離小于5 mm時(shí)，條煙所受到的摩擦力為Ff。

設(shè)條煙受到的吸附力為F吸，條煙受到的正壓力為FN，條煙與同步帶之間摩擦因數(shù)μ=0.9。

要使條煙滑行距離小于5 mm，則需要滿足Ff≥Fa。

由摩擦力的計(jì)算公式可知：

Ff=μFN

FN=F吸+m煙g

即Ff=μFN=（F吸+m煙g）μ≥Fa。

即條煙受到的吸附力：

F吸≥Fa? / μ-m煙g=19.2 / 0.9-0.3×10=18.3 N。

2.2.3 計(jì)算吸附面積

風(fēng)機(jī)的額定真空度0.29 bar，根據(jù)工況，考慮到同步齒形帶上的孔以及側(cè)面存在一定的泄漏量，雖然風(fēng)機(jī)流量很大370 L/min，可以在一定程度上彌補(bǔ)泄漏量，但是我們?nèi)匀恍枰紤]工作系數(shù)K=0.7。因此，工作時(shí)的真空度為P真=0.2 bar。

理論上吸附力大小可由以下計(jì)算公式算得：

F=P真×S吸附面積 （1）

式中：F—理論吸附力大小，單位：N（牛頓）。P—真空度，單位：Pa（帕）。S—吸附面積：單位?。簃2（平方米）。

即F吸=P真×S吸附面積

則S吸附面積≥F吸/0.2×105=18.3/0.2×105=915×10-6m2=915mm2。

2.2.4 計(jì)算吸住一條煙需要的的孔數(shù)

同步齒形帶背面黏結(jié)特制紅膠，經(jīng)驗(yàn)證在這樣的組合帶子上打孔，當(dāng)孔徑≤附層厚度3.5 mm時(shí)，打孔后孔徑會產(chǎn)生塑吸，流量通過孔時(shí)衰竭20%以上，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證孔5 mm時(shí)，流量衰竭約10%，所以孔越大越好，然而孔徑大于8 mm時(shí)，破壞背面齒型，造成流量泄露較大和同步帶壽命減短。

綜合考慮，決定孔徑φ6 mm。

得到開孔面積S孔

S孔=πd2/4=3.14×62/4=28.26mm2

則，孔數(shù)量N孔=S吸附面積/S孔=915/28.26=32.37個

孔數(shù)圓整后取N孔=32個。

2.2.5 計(jì)算帶子上孔的排布尺寸

輸入輸送帶和輸出輸送帶均有兩根同步齒形帶并行排列組成，帶寬為（70±0.2）mm，條煙80 mm（最窄），也就是要在條煙與同步齒型帶接觸面上均布32個孔?？紤]到帶寬，在每根同步齒形帶上設(shè)計(jì)兩列孔，即在80 mm長度上布置8個孔，孔距為10 mm。同時(shí)，為了減少打孔對同步齒形帶強(qiáng)度的破壞，同一根同步齒形帶上的孔位要在橫向方向上錯位排布。

2.3 應(yīng)用效果

隨機(jī)抽取許昌卷煙配送中心某天分揀訂單，如表1所示，對條煙計(jì)數(shù)輸出裝置進(jìn)行驗(yàn)證，每次驗(yàn)證20 min，分兩組進(jìn)行驗(yàn)證，對驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行了記錄，見表2。

結(jié)論：經(jīng)驗(yàn)證，條煙計(jì)數(shù)輸出裝置品規(guī)適用率達(dá)到95%以上，分揀效率可達(dá)到7 560條/h，7 500條/h的設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語

經(jīng)驗(yàn)證，條煙計(jì)數(shù)輸出裝置品規(guī)適用率達(dá)到95%以上，分揀效率可達(dá)到7 500條/h，使用條煙計(jì)數(shù)輸出裝置之后，異型條煙分揀效率大大提高，工人的勞動強(qiáng)度大大降低，降低了人工成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì) （8版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2]鄭文緯，吳克堅(jiān).機(jī)械原理[M] .北京：高等教育出版社，1997.

[3]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.