高速細(xì)支煙卷接機(jī)組接煙輪的設(shè)計(jì)

潘恒樂,胡淑云

高速細(xì)支煙卷接機(jī)組接煙輪的設(shè)計(jì)

潘恒樂,胡淑云

(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司, 湖南 常德, 415000)

為研制出能應(yīng)用于ZJ116系列卷接機(jī)組的細(xì)支卷煙生產(chǎn)的接煙輪, 利用Creo軟件設(shè)計(jì)了細(xì)支規(guī)格的接煙輪體和4種不同類型的伸縮手。通過(guò)預(yù)設(shè)4組不同負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及4種伸縮手, 以生產(chǎn)細(xì)支卷煙為對(duì)象進(jìn)行了交叉實(shí)驗(yàn), 并分別對(duì)輪體以及伸縮手接煙效果進(jìn)行了評(píng)定, 其結(jié)果表明: (1) 負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)輪體和伸縮手接煙效果影響較大, 在對(duì)比實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速越高, 接煙越穩(wěn)定, 煙支表面越容易出現(xiàn)壓痕。(2) 4種不同的伸縮手, 以C型伸縮手在不同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的適用性最廣且穩(wěn)定, 其原因在于負(fù)壓孔總面積大。該方法可為其他機(jī)型的細(xì)支規(guī)格設(shè)計(jì)提供參考。

接煙輪; 伸縮手; 細(xì)支卷煙; 負(fù)壓孔

ZJ116型卷接機(jī)組是引進(jìn)德國(guó)HAUNI公司PROTOS2-2技術(shù)消化吸收后研制的第一代國(guó)產(chǎn)雙煙道超高速卷接設(shè)備, 由于轉(zhuǎn)讓方的技術(shù)壟斷, 該系列機(jī)型不具備生產(chǎn)φ7.0 mm以下煙支規(guī)格的能力。隨著細(xì)支煙市場(chǎng)的發(fā)展, 在ZJ116系列機(jī)組基礎(chǔ)上研制一款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速細(xì)支煙卷接機(jī)組已迫在眉睫。近年來(lái), 針對(duì)ZJ116系列機(jī)組已有了較多研究, 王俊等[1]研制了一種鏈?zhǔn)綇U煙提升輸送裝置, 提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和易維護(hù)性; 潘恒樂等[2]改進(jìn)了循環(huán)風(fēng)機(jī), 通過(guò)降低流化床空氣溫度, 提高了機(jī)組生產(chǎn)的卷煙感官質(zhì)量; 杜坤艷等[3]設(shè)計(jì)了一種無(wú)凸輪型分離輪, 實(shí)現(xiàn)了煙支濾嘴長(zhǎng)度規(guī)格的快速更換; 馮雄偉等[4]優(yōu)化了濾棒長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置, 提高了人工調(diào)節(jié)效率; 劉熙璐等[5]設(shè)計(jì)了一套冷卻裝置保證潤(rùn)滑油處于合適的溫度范圍, 提高了設(shè)備的穩(wěn)定性; 陶韶華[6]研制了在線自動(dòng)糾偏裝置, 采用伺服控制改變水松紙兩端張力大小的方式解決了水松紙偏移的問題; 陳鍇等[7]通過(guò)增大循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量、優(yōu)化星形輥設(shè)計(jì), 提高了梗絲分選效果; 劉斌[8]介紹了應(yīng)用于ZJ116A型卷接機(jī)組的嵌入式IPC控制系統(tǒng)。但目前針對(duì)ZJ116系列機(jī)組的細(xì)支規(guī)格改造的研究鮮見報(bào)道, 而接煙輪是卷接機(jī)組的重要組成部分, 是實(shí)現(xiàn)煙支交接的重要部件。上述的研究結(jié)果無(wú)法指導(dǎo)接煙輪的細(xì)支規(guī)格改造, 為此通過(guò)分析接煙輪的工作原理, 對(duì)接煙輪進(jìn)行細(xì)支規(guī)格的設(shè)計(jì), 再通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn), 找到最佳的設(shè)計(jì)方案。

1 工作原理

如圖1所示, ZJ116系列機(jī)組的接煙輪主要由輪體1和14個(gè)伸縮手4組成, 其的作用將卷煙機(jī)傳送來(lái)的平行雙道的煙條吸到輪體上的固定承煙槽和伸縮手的煙槽中, 并變成單排傳給一次分切輪。接煙輪內(nèi)部有一個(gè)固定凸輪, 滾輪在固定的凸輪槽內(nèi)按設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng), 再通過(guò)連桿控制伸縮手做復(fù)合運(yùn)動(dòng), 在到達(dá)與蜘蛛手交接位置時(shí), 伸縮手已伸到最遠(yuǎn)處, 此時(shí), 伸縮手上的煙槽與輪體上固定煙槽的圓心保持水平, 并使固定煙槽與蜘蛛手吸爪外道煙槽的圓心、伸縮手煙槽與蜘蛛手吸爪內(nèi)道煙槽的圓心對(duì)齊, 此時(shí)蜘蛛手的空氣負(fù)壓已提前消失, 而接煙輪固定煙槽和伸縮手上的煙槽在空氣負(fù)壓作用下吸附蜘蛛手內(nèi)外煙道上的煙條, 從而順利完成煙條的交接過(guò)程[9–10]。其中接煙輪輪體和伸縮手為煙支規(guī)格變換件, 其尺寸需要根據(jù)煙支規(guī)格的變化而改變。

1—接煙輪, 2—蜘蛛手, 3—煙條, 4—伸縮手, 5—固定煙槽

2 規(guī)格件設(shè)計(jì)

2.1 輪體設(shè)計(jì)

采用CREO軟件參數(shù)化設(shè)計(jì), 得到接煙輪輪體模型(圖2), 輪體是一個(gè)長(zhǎng)124 mm、直徑為334 mm、表面鏤空和打孔的復(fù)雜中空?qǐng)A柱體, 外圓上有14個(gè)半圓弧承煙槽, 每個(gè)煙槽中有4個(gè)氣孔將負(fù)壓導(dǎo)入吸風(fēng)槽。

a—負(fù)壓孔直徑; b1—吸風(fēng)槽寬度; c—承煙槽的圓弧半徑; L1—吸風(fēng)槽長(zhǎng)度; L2—兩個(gè)吸風(fēng)槽間距; m、n—承煙槽兩邊弧長(zhǎng); e—負(fù)壓孔圓心與承煙槽圓心偏心距

當(dāng)煙支規(guī)格變成細(xì)支卷煙(煙支直徑= 5.4 mm)時(shí), 接煙輪體的設(shè)計(jì)要從3個(gè)方面考慮:

(1) 保證雙倍長(zhǎng)細(xì)支煙條順利交接和傳送。要實(shí)現(xiàn)細(xì)支煙條在鼓輪上的順利交接, 則細(xì)支煙條的交接位置中心與常規(guī)煙條的交接位置中心要一致, 即承煙槽圓弧中心位置不變, 所以可以根據(jù)細(xì)支煙條5.4 mm來(lái)確定承煙槽的圓弧半徑的大小;

(2) 煙支在接煙輪上不能產(chǎn)生條形痕跡。當(dāng)承煙槽某一邊的圓弧面過(guò)窄時(shí), 很容易在負(fù)壓空氣的作用下將煙條壓出條形皺紋, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值, 承煙槽兩邊的弧長(zhǎng)應(yīng)近似相等, 且弧長(zhǎng)不應(yīng)低于1 mm, 即≈≥ 1.0 mm。通過(guò)creo軟件建模, 可以確定偏心距, 使≈，為保證兩側(cè)弧長(zhǎng)不低于1 mm, 則吸風(fēng)槽寬度1≤ 2.6mm;

(3) 接煙輪體的負(fù)壓配置。輪體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是負(fù)壓配置, 鼓輪上負(fù)壓氣孔直徑、吸風(fēng)槽的長(zhǎng)1與寬b、兩個(gè)吸風(fēng)槽間距2是鼓輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。負(fù)壓氣孔的面積影響負(fù)壓流量, 而吸風(fēng)槽的寬度b與長(zhǎng)度L又影響吸風(fēng)作用在煙支表面的面積, 吸力過(guò)大會(huì)把細(xì)支煙吸彎, 吸力過(guò)小則會(huì)導(dǎo)致高速交接不穩(wěn)的故障, 出現(xiàn)飛煙。兩個(gè)吸風(fēng)槽還應(yīng)保持一定間距, 否則煙條中段支撐面過(guò)小, 會(huì)出現(xiàn)煙條變形。所以當(dāng)煙支規(guī)格由常規(guī)卷煙變?yōu)榧?xì)支卷煙時(shí),1和2尺寸參照常規(guī)煙設(shè)計(jì)保持不變, 為保證蜘蛛手與接煙輪高速交接順利, 負(fù)壓槽的寬度要與蜘蛛手的吸爪吸風(fēng)槽變化一致, 所以1= 2.5 mm, 負(fù)壓孔直徑=2.5 mm。

可以算出輪體煙槽上負(fù)壓孔總面積輪體= 4π(/2)2= 19.6 mm2。式中:輪體為輪體煙槽上負(fù)壓孔總面積, mm2;為輪體負(fù)壓孔直徑,2.5mm。

2.2 伸縮手設(shè)計(jì)

伸縮手為接煙輪裝置一個(gè)關(guān)鍵零件, 其設(shè)計(jì)與加工質(zhì)量直接影響到高速交接平穩(wěn)性。伸縮手在工作時(shí)需做復(fù)合運(yùn)動(dòng), 為了避免與輪體的干涉, 所以結(jié)構(gòu)更加精巧。

當(dāng)煙支規(guī)格變成細(xì)支卷煙時(shí), 伸縮手的設(shè)計(jì)思路與接煙輪的設(shè)計(jì)思路基本一致。

利用CREO軟件參數(shù)化設(shè)計(jì), 得到伸縮手模型(圖3), 煙支交接位置中心不變, 伸縮手上的承煙槽的圓弧中心不變, 根據(jù)煙條的直徑來(lái)確定承煙槽的圓弧半徑; 為保證承煙槽兩邊的圓弧長(zhǎng)度基本一致, 即≈≥ 1.0 mm，通過(guò)建模確定偏心距, 得到吸風(fēng)槽寬度2≤ 2.0 mm。

兩個(gè)吸風(fēng)槽也應(yīng)保持一定間距, 以保證煙條被負(fù)壓空氣吸到煙槽上時(shí), 煙條中段有足夠的支撐, 避免煙條變形,3和4尺寸依然參照常規(guī)煙設(shè)計(jì)保持不變。

負(fù)壓配置依然是伸縮手的設(shè)計(jì)關(guān)鍵, 如圖4所示, 伸縮手的負(fù)壓通道比輪體的負(fù)壓通道更長(zhǎng)更復(fù)雜。因?yàn)?2, 所以在細(xì)支規(guī)格的設(shè)計(jì)中, 伸縮手的槽寬度是小于輪體的吸風(fēng)槽寬度, 為保證伸縮手有足夠的負(fù)壓吸風(fēng),2應(yīng)取最大值, 則22.0 mm。

c—承煙槽的圓弧半徑; L3—吸風(fēng)槽長(zhǎng)度; L4—兩個(gè)吸風(fēng)槽間距; m、n—承煙槽兩邊弧長(zhǎng); e—負(fù)壓孔圓心與承煙槽圓心偏心距

圖4 負(fù)壓氣路

負(fù)壓氣孔的面積大小是細(xì)支規(guī)格伸縮手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn), 由于負(fù)壓槽寬度為2.0 mm, 則將負(fù)壓孔直徑最大也只能設(shè)計(jì)為2.0 mm, 故2.0mm, 為找出最合適的負(fù)壓孔面積, 設(shè)計(jì)了4種伸縮手, 見圖5所示, A為4個(gè)圓孔布局, B為6個(gè)圓孔布局, C為8個(gè)圓孔布局, D為4個(gè)腰圓槽布局。

根據(jù)面積計(jì)算公式:A= 4π(/2)2= 12.6 mm2;B= 6π(/2)2= 18.8 mm2;C= 8π(/2)2= 25.1 mm2;D= 4π(/2)2+ 4(-) = 22.2 mm2。式中:A、B、C、D分別為A、B、C、D型伸縮手的負(fù)壓孔總面積, mm2;為伸縮手負(fù)壓孔直徑, mm;為D型伸縮手腰型槽負(fù)壓孔的長(zhǎng)度,= 2.2 mm。

由此可見,A＜B＜輪體＜D＜C。

L3—吸風(fēng)槽長(zhǎng)度; L4—兩個(gè)吸風(fēng)槽間距; x—負(fù)壓孔直徑; k—腰型槽負(fù)壓孔的長(zhǎng)度

3 效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案, 對(duì)常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司實(shí)驗(yàn)室1組ZJ116A型卷接機(jī)組進(jìn)行細(xì)支規(guī)格的改進(jìn)及對(duì)比測(cè)試。

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

材料: 直徑為5.4 mm的卷煙配套煙絲以及輔料(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司提供)。

設(shè)備: 1組ZJ116A型卷接機(jī)組(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司制造)。

方法: 先對(duì)ZJ116A型卷接機(jī)組進(jìn)行細(xì)支規(guī)格改造, 再將細(xì)支規(guī)格接煙輪安裝在ZJ116A型卷接機(jī)組上, 再將A型伸縮手、B型伸縮手、C型伸縮手和D型伸縮手依次安裝在機(jī)組上, 進(jìn)行4輪對(duì)比實(shí)驗(yàn)。每輪實(shí)驗(yàn)時(shí), 將機(jī)組運(yùn)行速度設(shè)定為10 000支/min, 將負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為3 500 r/min, 4 000 r/min, 4 500 r/min和5 000 r/min, 連續(xù)運(yùn)行10 min進(jìn)行對(duì)比測(cè)試, 并分別記錄輪體和伸縮手從蜘蛛手接煙的情況和煙條表面的壓痕狀況。

3.2 效果分析

由表1到表4可知, 隨著負(fù)壓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高, 接煙輪輪體和伸縮手的接煙穩(wěn)定性越好, 但是煙支表面越容易出現(xiàn)壓痕。當(dāng)轉(zhuǎn)速為3 500 r/min時(shí), 接煙輪輪體出現(xiàn)飛煙的情況, 無(wú)法正常交接煙條, 當(dāng)負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4 000 r/min時(shí)和4 500 r/min, 輪體能從蜘蛛手穩(wěn)定接煙, 且煙條表面無(wú)壓痕, 當(dāng)轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí), 輪體雖然能穩(wěn)定接煙, 但由于負(fù)壓過(guò)大, 使煙條表面出現(xiàn)壓痕。

由表1可知, 在4種負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下, A型伸縮手在運(yùn)行過(guò)程中均出現(xiàn)飛煙; 由表2可知, B型伸縮手僅在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí), 能夠穩(wěn)定接煙; 由表3可知, 在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4 000 r/min和4 500 r/min時(shí), C型伸縮手能穩(wěn)定接煙, 且煙條表面無(wú)壓痕; 由表4可知, 在4 500 r/min轉(zhuǎn)速情況下, D型伸縮手能穩(wěn)定接煙, 且煙條外觀無(wú)痕。

4輪對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 接煙輪體與C型伸縮手組合效果最佳, 在負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4 000 r/min 和4 500 r/min情況下, 都能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定接煙, 且煙條外觀無(wú)壓痕, 滿足正常運(yùn)行; 輪體與D型伸縮手組合效果次之, 在負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為4 500 r/min情況下, 能滿足正常運(yùn)行; 其余兩種組合在4種負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速情況下均無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。

表1 A型伸縮手應(yīng)用情況

續(xù)表1

注: 交接不穩(wěn)的情況下, 煙條表面壓痕情況為無(wú), 下同。

表2 B型伸縮手應(yīng)用情況

表3 C型伸縮手應(yīng)用情況

表4 D型伸縮手應(yīng)用情況

4 結(jié)論

通過(guò)CREO軟件設(shè)計(jì)出能在ZJ116系列卷接機(jī)組生產(chǎn)細(xì)支卷煙的接煙輪體和4種的伸縮手, 通過(guò)預(yù)設(shè)4組不同負(fù)壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及4種伸縮手, 以卷接機(jī)組生產(chǎn)的細(xì)支卷煙為對(duì)象進(jìn)行了交叉實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明: (1) 隨著工作負(fù)壓的升高, 接煙輪輪體和伸縮手的接煙穩(wěn)定性越好, 但是煙支表面越容易出現(xiàn)壓痕。(2) 在4種型號(hào)的伸縮手中, 負(fù)壓孔面積最大的C型伸縮手在不同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的適用性最廣且接煙效果最佳。該方法可為其他機(jī)型的細(xì)支規(guī)格設(shè)計(jì)提供參考。

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Design of cigarette receiving wheel for high-speed thin cigarette maker

Pan Hengle, Hu Shuyun

(Changde Tobacco Machinery Co Ltd, Changde 415000, China)

A new cigarette receiving wheel which can be used in the production of thin cigarettes was developed to match with ZJ116 series cigarette maker. Creo software was used to design both a cigarette receiving wheel body and four different types of telescopic arms. Effects of different negative pressure fan speed and different types telescopic arms were observed by means of a 4×4 cross-over experiment design which evaluated by the receiving effect on the thin cigarettes. The result showed that: (1) The speed of the negative pressure fan has a great influence on the receiving effect. Within the experimental range, the higher speed, the more stable the cigarette receiving and the easier the cigarette surface to appear indentation. (2) Within four kinds of telescopic arms, the C-type telescopic arm is the most widely applicable and stable at different fan speeds, which reason for larger negative pressure hole area. This method can provide reference for the design of thin cigarette specifications of other models.

the cigarette receiving wheel; telescopic arm; thin cigarette; negative pressure hole

TS 433

A

1672–6146(2021)02–0078–05

10.3969/j.issn.1672–6146.2021.02.016

潘恒樂, panhle@ccdtm.com。

2020–09–18

中國(guó)煙草總公司細(xì)支卷煙升級(jí)創(chuàng)新重大專項(xiàng)項(xiàng)目(技術(shù)委托開發(fā)合同編號(hào)110201801014(XZ-02))。

(責(zé)任編校: 劉剛毅)