PROT OS-M5煙支切割支撐裝置分析比較

黃宗鑫

（廈門煙草工業有限責任公司，福建廈門361000）

1 引言

卷接機煙支切割系統主要包括刀盤機構、磨刀裝置和煙支切割支撐裝置（業內也稱之為“喇叭嘴”），是卷接機組的重要組成部分。切割系統通過與煙條運動方向成一定角度的刀盤旋轉運動帶著切刀將煙條割成雙倍長度的煙支，為防止切割過程中煙條變形，采用喇叭嘴支承煙條［1］。為保證切割質量較高且不損壞刀片和喇叭嘴機構，切割系統工作時必須保證切割時刻切刀垂直煙條軸線，且煙條、切刀和喇叭嘴的水平運動速度相等。

2 支撐裝置介紹

煙支切割支撐裝置作為煙支切割系統的一部分，它的主要功能是對煙條進行引導，并且在切割過程中給煙條提供支撐。由于煙條在被切割的同時以很高的速度向前運動，必須采取動態跟隨切割技術。動態跟隨切割即：在煙支切割過程中，支撐裝置和切割刀具須以與煙條相同的方向和速度運動，此間，支撐裝置提供切割支撐，切刀完成煙支切割。

分析切割跟隨支撐裝置的工作原理，確定其需滿足要求如下：（1）在切割過程中，對煙條提供支撐，防止煙條因受力變形而影響切割質量；（2）在切割位置時，支撐裝置的煙支支撐平面與刀盤的刀刃垂直，避免產生毛口煙或斜口煙；（3）在切割過程中，保持與煙條和切刀的運動同步，避免發生打刀；（4）能夠適應高速場合。

目前國內PROTOSM5高速卷煙機主要采用的煙支切割支撐裝置可分為兩種：往復式和旋轉式。

2.1 往復式喇叭嘴機構

圖1 往復式喇叭嘴機構

傳統的喇叭嘴機構即往復式喇叭嘴（圖1）主要由曲柄連桿機構、喇叭嘴1、喇叭嘴支架2和板簧3組成。曲柄連桿機構由連桿4、偏心盤5和平衡配重塊6組成。其動力由刀盤電機經同步帶驅動喇叭嘴曲柄軸，拖動喇叭嘴的曲柄以恒定的角速度轉動，帶動連桿運動，在連桿的拖動下喇叭嘴支架與喇叭嘴共同作往復運動，而板簧與連桿緊固在一起，雙臂懸掛吊裝，起到支撐作用并使曲柄連桿機構通過前、后行程終點時迅速返回。刀片每切割1次，喇叭嘴應往返1次（雙刀刀盤旋轉1周，刀片切割2次，喇叭嘴往返2次），即刀盤圓周運動與喇叭嘴往復運動的頻率應成整數倍數關系，由傳動比保證。并且，在切割過程中，喇叭嘴的運動速度應等于刀片的水平分速度，以便刀片能順利通過喇叭嘴間的縫隙，即：V喇叭=V水平［2］。

2.2 旋轉式喇叭嘴機構

圖2 旋轉式喇叭嘴機構

旋轉式喇叭嘴（圖2）主要由支架1、切煙管2（8個）、切煙管輪3和齒輪傳動裝置4等組成。切煙管安裝在切煙管輪上，切煙管輪通過支架支撐，更換牌號時，可通過支架調節豎直方向的高低位置。此機構由刀盤電機驅動，經齒輪傳動裝置帶動切煙管輪和切煙管以恒定的角速度轉動。刀片切割時，喇叭嘴必須旋轉到位輔助切割，即刀片與喇叭嘴的旋轉運動成對應關系，轉速比恒定。此時，喇叭嘴的垂直分速度為零；在水平方向，水平分速度V喇叭應等于刀片水平分速度V水平，與往復式運動原理一致。

3 分析比較

3.1 往復式喇叭嘴

往復式喇叭嘴機構結構簡單，其往復運動過程主要靠曲柄連桿作用完成。在實際生產中PROTOS-M5高速卷煙機的生產能力為C=12000支/min，刀盤轉速N=1500r/min，由于喇叭嘴旋轉速度為刀盤的2倍，可推算出喇叭嘴曲柄軸轉速為n=3000r/min，轉速較高，偏心盤與端蓋間密封圈在高速運轉下易磨損導致偏心盤處漏油；高速運轉過程中連桿與偏心盤的軸承所受的剛性沖擊大，且生產時彈簧片振動大，在設備安全防護門完全關閉時仍產生較大噪音，約80dB（如表1，數據源自某使用廠家）；生產過程中板簧保證曲柄連桿機構在行程的前、后終點時迅速返回，速度高（在實際生產過程中，板簧高速往復運動易產生疲勞），存在較大的不穩定因素；為更好地支撐煙條并適應曲柄連桿的往復運動，及利于煙條順利進出，右喇叭嘴進煙口和左喇叭嘴出煙口均為喇叭嘴管狀，形狀較為復雜，加工精度及成本較高。

更換牌號時，若煙支直徑發生變化，喇叭嘴需根據直徑匹配進行更換，由于只有前、后道共四個喇叭嘴，所以更換較為方便迅速；當煙支長度發生改變時，每種長度的煙支所匹配的喇叭嘴行程不同，所以換牌時需要調整行程。偏心盤偏心距可以調整，曲柄上有刻度值可供粗調喇叭嘴行程時使用，然后運用工裝對喇叭嘴行程進行精確校準，當偏心距調好后，平衡塊也必須隨之更換。整體換牌流程相對方便快捷，換牌耗時較短。

表1 兩種支撐裝置對比

3.2 旋轉式喇叭嘴

旋轉式喇叭嘴機構是由旋轉軸心平行偏置的兩個半徑相等的圓盤，在圓周上均勻分布多根連桿，形成多個平行四邊形機構的組合。其最大優點是喇叭嘴的煙支支撐平面與煙支始終保持平行，能夠避免喇叭嘴和煙支的相對轉動，有利于保證煙支切割質量［3］；由于多個平行四邊形機構相互間具有對稱性，當對機構進行動平衡后，機構支座反力中的剛性沖擊很小，因此，平行四邊形支撐裝置的受力均衡，減小了旋轉運動過程的振動和噪聲，增加了軸承的壽命。

PROTOS-M5生產能力為C=12000支/min，旋轉式喇叭嘴切煙管輪轉速為刀盤的一半n=750r/min，與往復式相比較，轉速相對較低，噪音小，傳動更穩定可靠，且切煙管的喇叭嘴形狀及加工要求更為簡單，成本也更低；但旋轉式喇叭嘴是以平行四邊形機構為基礎設計的，其各桿件的尺寸和形狀誤差、質量分布的均勻性等對切割裝置的工作平穩性、精度保持性等具有重要影響。因而，支撐裝置各零件加工和裝配精度需要合理匹配，并進行精確的動平衡處理。

更換牌號時，當煙支直徑發生變化，喇叭嘴也需根據直徑匹配進行更換，但由于有四對共8個喇叭嘴，需一一更換并重新校準，所以更換校準過程較復雜，速度較慢；煙支長度發生改變時，需重新調整切煙管支架高度，并將整個切煙管輪取下進行匹配更換，安裝調試比往復式復雜，換牌耗時較長。

4 結語

通過比較得出，往復式喇叭嘴曲柄機構轉速較高，彈簧片往復振動大，產生較大的噪音，但其通過偏心盤上的刻度可實現快速換牌調整；而旋轉式喇叭嘴切煙管輪轉速較慢，傳動平穩，降低了噪音，在速度提升方面有較大發展空間，但換牌程序較為復雜，耗時較長。兩種煙支切割支撐裝置都能較好地適用于PROTOS-M5卷煙機，但是當煙支生產能力超過1.8萬支/min時，傳統的往復式喇叭嘴機構已經不能滿足要求，所以旋轉式喇叭嘴機構將會成為煙支切割支撐裝置未來的發展趨勢。

［1］ YJ17-YJ27卷接機組編寫組.YJ17-YJ27卷接機組［M］.北京：中國科學技術出版社，2001.

［2］ 金風凱.卷煙機的機械傳動分析［J］.煙草科技，2002（10）：25-28.

［3］ 劉子建.雙軌超高速煙支切割系統原理仿真分析與結構參數研究［R］.長沙：湖南大學，2011.