切絲機(jī)銅排鏈整體拆裝輔助裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

黎志國(guó)，彭建虎，段寧東

深圳煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東省深圳市龍華區(qū)龍華街道清寧路2 號(hào) 518109

切絲機(jī)是將片煙或煙梗切成指定寬度的葉絲或梗絲的生產(chǎn)設(shè)備，切絲寬度通常由切絲機(jī)銅排鏈輸送裝置的進(jìn)給速度和刀輥轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。銅排鏈在切絲機(jī)運(yùn)行過(guò)程中輸送并壓實(shí)片煙或煙梗，但運(yùn)行一段時(shí)間后銅排鏈鉸接位置堆積的油污和煙垢容易導(dǎo)致銅排鏈僵硬、嚙合差、運(yùn)行受阻，造成片煙或煙梗在銅排鏈上打滑，影響切絲寬度的均勻性，因此需要定期拆卸銅排鏈進(jìn)行清潔和保養(yǎng)。銅排鏈拆裝輔助裝置分為分段式和整體式兩種類型：①分段式拆裝是將銅排鏈的鉸接銷抽出并分成多段鏈節(jié)，清潔保養(yǎng)后重新連接鏈節(jié)形成排鏈。因分解的鉸接位置較多，鏈節(jié)重新安裝后需要與設(shè)備重新磨合，初始投料時(shí)容易出現(xiàn)切絲寬度不均勻等情況。②整體式拆裝是將銅排鏈整體從切絲機(jī)上拉出，清潔保養(yǎng)后重新安裝。該方法只拆卸一個(gè)鉸接位置，具有勞動(dòng)強(qiáng)度低、保養(yǎng)效率高、重新磨合時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但目前大部分整體式裝置只具備拆卸或安裝功能，同時(shí)支持拆卸和安裝功能的裝置則存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、操作不方便等問(wèn)題。為此，楊光露等［1］、魯中甫等［2］針對(duì)SQ3X 型切絲機(jī)設(shè)計(jì)了一種銅排鏈自動(dòng)拆裝設(shè)備，通過(guò)定位排鏈節(jié)和抱緊拖拽機(jī)構(gòu)完成銷軸的拆卸與安裝。張冰江等［3］設(shè)計(jì)了一種用于銅排鏈拆卸的拉銷工具；周群華［4］在拆卸裝置中通過(guò)大轉(zhuǎn)盤提供牽引力將銅排鏈拉出。張世強(qiáng)等［5］設(shè)計(jì)的銅排鏈專用工具可以避免排鏈在安裝過(guò)程中產(chǎn)生形變；郭文生等［6］設(shè)計(jì)的銅排鏈安裝裝置利用鋼絲繩將銅排鏈牽引入切絲機(jī)；胡文權(quán)等［7］設(shè)計(jì)的銅排鏈安裝工具通過(guò)輥輪將銅排鏈拉動(dòng)到指定位置，并采用棘輪棘爪防止輥輪逆轉(zhuǎn)；楊洪等［8］將銅排鏈搭接在拆裝裝置鏈節(jié)上，利用鏈節(jié)水平運(yùn)動(dòng)提供牽引力實(shí)現(xiàn)銅排鏈的拆裝。但上述研究或改進(jìn)仍未能較好地解決拆裝銅排鏈勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。為此，基于省力杠桿原理和定滑輪轉(zhuǎn)向原理設(shè)計(jì)了一種切絲機(jī)銅排鏈整體拆裝輔助裝置，以期降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高切絲機(jī)保養(yǎng)效率。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

銅排鏈整體拆裝輔助裝置主要由機(jī)架、旋轉(zhuǎn)牽引機(jī)構(gòu)和支撐導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組成，見(jiàn)圖1。①機(jī)架（2）設(shè)計(jì)有上下兩層平臺(tái)放置銅排鏈，其底部安裝有萬(wàn)向輪方便轉(zhuǎn)運(yùn)銅排鏈。②旋轉(zhuǎn)牽引機(jī)構(gòu)（圖1b）通過(guò)軸承及軸承座（14）固定在機(jī)架上，主要由手柄（5）、減速箱（4）、扁帶卷筒（11）、壓塊（12）以及牽拉扁帶（3）等組成。其中，減速箱相當(dāng)于一個(gè)省力杠桿，通過(guò)增大力矩、減小力臂的方式將手柄旋轉(zhuǎn)輸入的扭矩傳送至扁帶卷筒；壓塊螺釘（13）鎖緊后可以將扁帶卷筒與壓塊之間夾持的牽拉扁帶固定并使其隨扁帶卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)而收緊纏繞，從而將扁帶卷筒的旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)銅排鏈的牽引力。③支撐導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由前托輥（6）和后托輥（1）組成，前托輥支撐并引導(dǎo)銅排鏈運(yùn)行，通過(guò)調(diào)整高度可以使裝置適應(yīng)不同型號(hào)切絲機(jī)；后托輥相當(dāng)于一個(gè)定滑輪，可以將銅排鏈從上層平臺(tái)引導(dǎo)至下層平臺(tái)，雙層平臺(tái)的設(shè)計(jì)減小了整體拆裝輔助裝置的占地面積。

圖1 銅排鏈整體拆裝輔助裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of device for removing and installing compression band unit

1.2 工作原理

如圖2 所示，①拆卸銅排鏈（5）時(shí)，先將銅排鏈上靠近輔助裝置前托輥（3）的一節(jié)鉸接銷取出，使銅排鏈開環(huán)；牽拉扁帶（2）一端搭接在銅排鏈鏈節(jié)上，另一端經(jīng)前托輥支撐和后托輥（1）轉(zhuǎn)向后夾持在扁帶卷筒（7）上；轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使?fàn)坷鈳站o纏繞，牽引銅排鏈整體從切絲機(jī)運(yùn)行軌道中拉出并放置在兩層平臺(tái)上。②安裝銅排鏈時(shí)，先將開環(huán)狀態(tài)下的銅排鏈平鋪放置在機(jī)架的上層平臺(tái)上（開口靠近切絲機(jī)），牽拉扁帶一端搭接在銅排鏈靠近切絲機(jī)一側(cè)的鏈節(jié)上，另一端從切絲機(jī)張緊輥（4）上方進(jìn)入銅排鏈運(yùn)行軌道并從張緊輥下方離開后夾持在扁帶卷筒上；轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使?fàn)坷鈳站o纏繞，進(jìn)而牽引銅排鏈沿牽拉扁帶軌跡完全進(jìn)入運(yùn)行軌道后插入鉸接銷，使銅排鏈閉環(huán)。在拆卸和安裝過(guò)程中，前托輥應(yīng)調(diào)節(jié)至與切絲機(jī)張緊輥高度一致，以減小牽引銅排鏈時(shí)的運(yùn)動(dòng)阻力。

圖2 銅排鏈拆卸和安裝過(guò)程示意圖Fig.2 Schematic diagram of removing and installing processes of compression band unit

1.3 減速箱減速比計(jì)算

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，牽引銅排鏈進(jìn)行拆卸和安裝時(shí)所需牽引力F1≥1 000 N，人工旋轉(zhuǎn)減速箱搖動(dòng)手柄的驅(qū)動(dòng)力F2≤40 N，根據(jù)轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式可以得到減速箱減速比：

式中：i為減速箱的減速比，無(wú)量綱；M為扁帶卷筒輸入軸轉(zhuǎn)矩，N·m；L1為減速箱搖動(dòng)手柄半徑，m；R1為扁帶卷筒半徑，m；R2為牽拉扁帶最大纏繞厚度，m。

已知R1=0.035 m，R2=0.045 m，L1=0.15 m，計(jì)算可得減速箱減速比i≥13.33。

1.4 機(jī)架有限元仿真分析

已知機(jī)架長(zhǎng)2.00 m，寬0.75 m，高1.80 m，設(shè)計(jì)時(shí)選用了邊長(zhǎng)為0.08 m、壁厚為0.004 5 m 的鋁合金方管。為保證裝置的強(qiáng)度和剛度，采用Ansys 有限元仿真軟件（美國(guó)Ansys 公司）對(duì)機(jī)架在水平方向上的變形情況進(jìn)行靜力分析［9-10］。如圖3a 所示，根據(jù)拆卸銅排鏈時(shí)輔助裝置的受力情況，將機(jī)架簡(jiǎn)化為3 個(gè)有限元固定約束和載荷：①裝置底部固定在地面上不能移動(dòng)，在機(jī)架萬(wàn)向輪上添加固定約束A；②旋轉(zhuǎn)牽引機(jī)構(gòu)與機(jī)架連接部分受到銅排鏈的反作用牽引力，在旋轉(zhuǎn)牽引機(jī)構(gòu)上模擬牽拉扁帶的牽引力B，其受力方向與牽拉扁帶運(yùn)動(dòng)方向相反；③后托輥的作用是使?fàn)坷鈳мD(zhuǎn)向，利用載荷C 表示牽拉扁帶在后托輥上的包角力，包角力與牽引力方向相反、大小相等。同理，利用輔助裝置安裝銅排鏈時(shí)，由于后托輥不起作用，機(jī)架的受力情況可以簡(jiǎn)化為固定約束A和牽引力B（圖3b）。

設(shè)置牽引力B 和包角力C 均為5 000 N（遠(yuǎn)大于機(jī)架實(shí)際載荷），通過(guò)仿真計(jì)算得到拆卸和安裝時(shí)機(jī)架的變形結(jié)果，見(jiàn)圖4。可見(jiàn)，牽引銅排鏈時(shí)，機(jī)架中部（即旋轉(zhuǎn)牽引機(jī)構(gòu)的安裝位置）發(fā)生的變形量最大，但仍在合理范圍內(nèi)，說(shuō)明機(jī)架強(qiáng)度和剛度均能滿足工作要求。

圖4 機(jī)架等效變形云圖Fig.4 Equivalent deformation cloud diagram of bracket

2 應(yīng)用效果

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)備：SQ34 型切葉絲機(jī)、SQ35 型切梗絲機(jī)（昆明煙機(jī)集團(tuán)二機(jī)有限公司）；EVO 型切葉絲機(jī)（意大利Garbuio Dickinson集團(tuán)）

方法：設(shè)備保養(yǎng)人數(shù)為3 人，統(tǒng)計(jì)銅排鏈整體拆裝輔助裝置應(yīng)用前后3種型號(hào)切絲機(jī)銅排鏈的拆卸和安裝時(shí)間。重復(fù)5次，取平均值。

2.2 數(shù)據(jù)分析

如表1 所示，應(yīng)用輔助裝置后，SQ34 切葉絲機(jī)拆裝總耗時(shí)減少21.3 min/次，SQ35 切梗絲機(jī)減少22.0 min/次，EVO 切葉絲機(jī)減少17.9 min/次；3 種型號(hào)切絲機(jī)銅排鏈平均拆卸時(shí)間減少9.1 min/次，平均安裝時(shí)間減少11.3 min/次，整體拆裝時(shí)間減少25.5%。說(shuō)明采用輔助裝置可以有效降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高銅排鏈的保養(yǎng)效率。

表1 銅排鏈整體拆裝輔助裝置應(yīng)用前后銅排鏈拆裝時(shí)間對(duì)比Tab.1 Time for disassembling and assembling compression band unit before and after applying the designed device for removing and installing（min·次-1）

3 結(jié)論

針對(duì)切絲機(jī)銅排鏈設(shè)計(jì)了一種銅排鏈整體拆裝輔助裝置。通過(guò)支撐導(dǎo)向機(jī)構(gòu)使銅排鏈轉(zhuǎn)向以減小裝置占地面積，利用旋轉(zhuǎn)牽引機(jī)構(gòu)將銅排鏈牽引力從1 000 N 降低至40 N。以3 種型號(hào)切絲機(jī)為對(duì)象對(duì)輔助裝置進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明：在保養(yǎng)人數(shù)不變的情況下，使用輔助裝置后拆卸和安裝銅排鏈的平均時(shí)間分別減少9.1 min/次和11.3 min/次，整體拆裝時(shí)間減少25.5%。該裝置可以滿足多種型號(hào)切絲機(jī)銅排鏈整體拆裝的保養(yǎng)需求。