FC800硬盒包裝機(jī)煙支定位機(jī)構(gòu)在新型包裝機(jī)中的應(yīng)用分析與運(yùn)動(dòng)仿真

湯達(dá)偉

摘 要：為了驗(yàn)證FC800硬盒包裝機(jī)煙支定位機(jī)構(gòu)能否應(yīng)用于新型硬盒包裝機(jī)上，對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了三維建模和裝配，并結(jié)合新的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析和相位分析，最終證明該機(jī)構(gòu)作相應(yīng)相位調(diào)整后即可適用于新型的硬盒包裝機(jī)。

關(guān)鍵詞：FC800硬盒包裝機(jī)；煙支定位機(jī)構(gòu)；新型；應(yīng)用分析；運(yùn)動(dòng)仿真

中圖分類號(hào)：TS434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）20-0060-03

上海煙草機(jī)械有限公司引進(jìn)德國FOCKE公司FOCKE700S

產(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的FC800硬盒包裝機(jī)，采用雙路直包技術(shù)，包裝速度為800 包/分，是目前國內(nèi)煙草企業(yè)使用的主要包裝機(jī)型之一[1]。煙支定位機(jī)構(gòu)位于煙庫系統(tǒng)的煙支轉(zhuǎn)塔和鋁箔紙系統(tǒng)的煙組成型輸送通道之間，作用是使“7-6-7”或“7-7-6”排列的煙組進(jìn)入煙組成型軌道時(shí)定位整理煙支，使煙支在前進(jìn)時(shí)比較整齊，利于后續(xù)包裝[2]。新型包裝機(jī)在FC800包裝機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了功能的改進(jìn)和優(yōu)化，同時(shí)很多設(shè)計(jì)環(huán)境和參數(shù)包括設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、執(zhí)行件相位等都發(fā)生了改變，因此需要通過運(yùn)動(dòng)仿真等手段對(duì)FC800的煙支定位機(jī)構(gòu)在新的設(shè)計(jì)參數(shù)和環(huán)境下的應(yīng)用進(jìn)行可行性分析，來證明該機(jī)構(gòu)在新設(shè)計(jì)中是否適用。

1 FC800煙支定位機(jī)構(gòu)分析

1.1 工作原理

FC800的煙支定位機(jī)構(gòu)由共軛凸輪、擺桿及一組連桿和執(zhí)行元件煙支定位器（俗稱木梳）組成，如圖1所示。當(dāng)煙組被推手推出煙支轉(zhuǎn)塔后，煙支定位器在煙組進(jìn)入鋁箔煙組成型導(dǎo)軌前將煙組理齊，使煙支在前進(jìn)時(shí)比較整齊，利于后續(xù)包裝[3]。

FC800煙支定位機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖，如圖2所示。

如圖1及圖2所示，煙支定位機(jī)構(gòu)的動(dòng)來自于共軛凸輪，共軛凸輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過凸輪滾子驅(qū)動(dòng)反四邊形機(jī)構(gòu)ABCD擺動(dòng)，同時(shí)連桿3（CD）驅(qū)動(dòng)平行四邊形機(jī)構(gòu)DFGE擺動(dòng)，煙支定位器安裝在連桿6（FG）上，隨著平行四邊形機(jī)構(gòu)DFGE做水平方向和垂直方向運(yùn)動(dòng)，完成理齊煙組前部和避讓返回的動(dòng)作。

1.2 存在的問題

FC800硬盒包裝機(jī)組的第一輸送鏈裝置也就是帶動(dòng)煙組在煙組成型導(dǎo)軌前進(jìn)的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的推手組件共有14組，每組推手之間的間距為228.6 mm[4]，而新型的包裝機(jī)的輸送推手之間的間距為230.5 mm，如圖3所示。

同時(shí)，由于兩個(gè)機(jī)器的設(shè)計(jì)要求不同，兩種包裝機(jī)的執(zhí)行件相位也不相同，F(xiàn)C800煙支定位機(jī)構(gòu)的相位圖，如圖4所示。從圖中可知，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程可分為三個(gè)部分：向?qū)к壈宸较蚪咏鼰熃M140 °；抬起回避煙組100 °；停歇120 °，其中 80.7 mm表示的是在停歇段煙支定位器上平面至導(dǎo)軌板上平面的距離。整個(gè)過程和煙組之間的間距及煙支長度還有各個(gè)動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間都有關(guān)系。所以需要通過設(shè)計(jì)計(jì)算和運(yùn)動(dòng)仿真的手段來判定該機(jī)構(gòu)在新型包裝機(jī)中的適用性。

2 運(yùn)動(dòng)仿真和相位計(jì)算

要在新包裝機(jī)中試驗(yàn)FC800的煙支定位機(jī)構(gòu)遇到的問題是煙支定位器的行程是否足夠，是否會(huì)和煙組或者導(dǎo)板等零件發(fā)生干涉，煙支定位機(jī)構(gòu)的凸輪相位是否需要調(diào)整等。要知道這些問題的答案就需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真[5]來解答。

2.1 運(yùn)動(dòng)仿真

2.1.1 設(shè)定初始條件

首先要證明的是煙支定位機(jī)構(gòu)的行程跨度足夠，能在完成前一組煙支的整理后及時(shí)到達(dá)下一組煙支的工位，而不與煙支發(fā)生干涉。根據(jù)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)格要求，煙支長度為84 mm，煙組推手的間距為230.5 mm，而FC800煙組推手的間距為 228.6 mm，在運(yùn)動(dòng)仿真前設(shè)定初始條件是十分重要的，在這個(gè)案例中，初始條件就是設(shè)定在新機(jī)組0位時(shí)，煙組、推手及煙支定位機(jī)構(gòu)的位置。

根據(jù)新機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)已知：

①設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：以商標(biāo)紙折疊轉(zhuǎn)塔中心軸為基準(zhǔn)原點(diǎn)；

②當(dāng)機(jī)器為0 °時(shí)，在煙支定位機(jī)構(gòu)前的那一組推手距離轉(zhuǎn)塔中心為1 949.285 mm。

③因設(shè)推手間距230.5 mm， 則因機(jī)器每轉(zhuǎn)一周暨一個(gè)周期（360 °）走過一組推手，可算得機(jī)器每一度，推手走過0.64 mm（230.5/360）。

根據(jù)上述條件，在裝配模型中建立0位基準(zhǔn)平面，通過快照方式設(shè)定推手初始位置[6]。

2.1.2 確定精確位置

由于新包裝機(jī)的相位和FC800的相位關(guān)系不相同，初始相位位置的差別很大，所以不可能馬上確定煙支定位機(jī)構(gòu)在新包裝機(jī)中的相位位置，不過可以通過首先確定機(jī)構(gòu)相位精確調(diào)整的條件來倒推其相位位置。從FC800的操作手冊(cè)[7]中可以找到這個(gè)條件：在整個(gè)運(yùn)行過程中，叉形板和煙組之間的距離始終要大于1 mm。也就是說，在叉形板和煙組之間的最近距離為≥1 mm左右。

根據(jù)這一條件，進(jìn)入PROE機(jī)構(gòu)模塊后，設(shè)定煙支定位器和煙組的距離X及煙支定位器高度（距導(dǎo)軌板）H等作為檢測(cè)項(xiàng)目，如圖5所示。

設(shè)定凸輪的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為30 °/s[8]，運(yùn)動(dòng)分析的持續(xù)時(shí)間為12 s，也就是一個(gè)周期360 °，然后開始運(yùn)動(dòng)仿真，導(dǎo)出檢測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[9]，不斷更正煙支定位機(jī)構(gòu)中凸輪的起始旋轉(zhuǎn)角度，最終獲得了和上述精確調(diào)整條件非常接近的數(shù)據(jù)，通過仿真得到的煙支定位器與煙組之間的距離變化圖，如圖6所示。

圖中的橫坐標(biāo)是時(shí)間T，縱坐標(biāo)是板和煙組的距離X，圖中的平臺(tái)區(qū)域就是煙支定位器的工作區(qū)域，也就是叉形板和煙組之間的最近距離為1 mm～1.1 mm左右的區(qū)域。導(dǎo)出的數(shù)據(jù)表，如圖7所示。可以通過數(shù)據(jù)篩選找到該區(qū)域的位置，該區(qū)域用深色標(biāo)出。

2.2 相位計(jì)算

參照FC800煙支定位機(jī)構(gòu)的相位圖可知理論相位檢測(cè)點(diǎn)為該機(jī)構(gòu)煙支定位器上平面距導(dǎo)軌板上平面距離的最小數(shù)值。因此根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以對(duì)煙支定位機(jī)構(gòu)在新包裝機(jī)中的相位檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行推導(dǎo)。

由圖7可知，當(dāng)2.2 s時(shí)，煙支定位器高度處于最低（50.66 mm），同時(shí)推手距轉(zhuǎn)塔中心1 907.045 mm，由于當(dāng)機(jī)器0 °時(shí)，推手距轉(zhuǎn)塔1 949.285 mm，所以當(dāng)煙支定位器高度處于最低時(shí)，機(jī)器相位為（1 949.285-1 907.045）/0.64=66 °。

得到理論檢測(cè)相位后，以此類推可以畫出新包裝機(jī)煙支定位機(jī)構(gòu)的相位圖，

2.3 運(yùn)動(dòng)仿真驗(yàn)證

確定所有參數(shù)后，再次進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證了煙支定位器運(yùn)行平穩(wěn)，無干涉點(diǎn)，相位正確。以此類推，在100 mm煙支的條件下對(duì)煙支定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，結(jié)果證明該機(jī)構(gòu)同樣適用。

3 結(jié) 語

通過對(duì)FC800硬盒包裝機(jī)的煙支定位機(jī)構(gòu)的分析以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的仿真，得到以下結(jié)論：

①該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)行程跨度足夠，不會(huì)與煙組及其他零部件發(fā)生干涉，適用于新包裝機(jī)的設(shè)計(jì)要求，無需對(duì)結(jié)構(gòu)做重新設(shè)計(jì)。

②該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變，但相位根據(jù)新包裝機(jī)的設(shè)計(jì)要求需作相應(yīng)調(diào)整，粗調(diào)檢測(cè)點(diǎn)為66 °。

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