適應異形通道的棒狀物自動接引裝置設計

楊森祥+羅躍+李國文

摘 要：文章從自動控制系統的設計思路出發，主要介紹了兩方面的內容。一是簡述了三種新的接引結構方案，對三種方案優缺點進行了詳細的分析對比。二是通過其中一個設計實例詳細介紹了接引裝置的自動控制系統、電機、渦輪蝸桿傳動、鏈傳動、同步帶傳動及制動器的設計計算。

關鍵詞：自動控制系統；接引裝置；煙支存儲及輸送

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0113-03

Abstract： Based on the design idea of automatic control system，this paper mainly introduces two aspects. First，Three new connectionstructural are outlined，and the merits and demerits of the three schemes are analyzed and compared in detail. Two， through one of the design examples，the automatic control system of the drawing device，themotor，turbo worm drive，chain drive，synchronous belt drive and brake are introduced in detail.

Keywords：automatic control system； lead in device； storage and transportation of cigarette

引言

在現有的卷煙生產中，YF17卷煙存儲輸送系統工作一段時間后，需要將設備內原有的煙支完全清空，對設備進行維護保養，清空后啟動設備時， 由于下降裝置到包裝機料庫這一過程無專門的接引機構，必須通過操作人員登高踩在狹小的機臺上，用手接引煙支進入包裝機料庫。

操作人員不僅要細心用手托住煙支，而且需要小心踩踏，并且需要多人配合才能完成，若卷煙機中途停機，操作人員需一直站在高處等待，直至問題處理完畢，致使煙支流補位操作非常不便，費工費時，勞動強度大，煙支污染嚴重且存在嚴重安全隱患。

因此在YF17卷煙存儲輸送系統中設計研發自動接引裝置，實現煙支的自動接引，具有較高的價值及實用性。本文提出的設計方案，做簡單改造即可以適應多種異形通道及煙支規格。本文將著重論述，自動接引裝置的設計、分析及計算過程。

1 設計技術要求

根據YF17卷煙存儲輸送系統，設計一套自動接引裝置，實現煙支的自動接引。自動接引裝置需與卷煙機啟停及速度自動適應；設備安裝布局合理；做簡單改造能適應多種異形通道及煙支規格；煙支輸送接引過程中要保證煙支質量，符合煙支質量標準要求。

2 設計方案選擇

本裝置設計難度主要有六個方面的內容：一是對不同異形通道的適應性強，做簡單的改造即可實現多種異形通道；二是應對不同煙支規格的適應性強，做簡單的改造即可實現多種煙支規格；三是接引時根據卷煙機啟停速度自動適應；四是包裝機及YF17卷煙存儲輸送系統均為固定機型，本裝置的設備安裝空間只能根據現場設備布置；五是煙支、煙灰、煙末經常掉入設備，設備的防污能力要求高；六是煙支輸送過程中要保證煙支質量，符合企業煙支質量標準要求，設計時應針對安裝環境、使用性能及環境衛生要求，對接煙器結構進行構思。

2.1 接煙器結構一：伸縮接煙板式

本結構主要包括旋轉收回機構、行程放大機構、接煙板伸縮機構、防護支架組件4部分組成，如圖1所示。其工作原理為，接煙器在升降電機帶動下，沿滑軌上下滑動，接煙板伸縮機構通過長度變化，自動適應變化的通道寬度，接引至底部時旋轉收回至側板內，實現煙支的自動接引。

旋轉收回機構主要包括旋轉電缸、與旋轉電缸連接的主動齒輪、安裝支架、固定于安裝支架上的從動齒輪、接煙板伸縮機構支撐架。其功能主要實現接煙器接引到底部時旋轉收回接煙板。

行程放大機構主要包括直線滑臺、同步帶、同步帶輪、固定塊、推桿、直線滑軌。其功能主要實現放大電缸行程，保證推桿推出行程能滿足通道寬度。

接煙板伸縮機構主要包括底板、伸縮板、接引板、蓋板、收回拉簧、連桿。其主要通過伸縮板控制接引板長度，使其適應通道寬度。

2.2 接煙器結構二：皮帶收卷式

本結構主要由皮帶支撐機構和皮帶收卷機構組成，如圖2所示。其工作原理為，通過固定皮帶一端在側板上。皮帶支撐機構在升降電機帶動下，沿滑軌上下滑動，懸臂通過扭簧與支座連接支撐皮帶，皮帶另一端固定在皮帶收卷機構上，通過皮帶支撐機構上下移動與皮帶收卷機構的收卷，使皮帶沿側板下移，實現煙支的自動接引。

皮帶支撐機構主要包括支座、旋轉軸、回位扭簧、旋轉臂及前端滾子組成。其功能是支撐皮帶沿側板下移，保證皮帶適應異形通道的側板。

皮帶收卷機構主要包括皮帶、支撐軸、收卷軸、失電制動器、從動齒輪、主動齒輪、收卷電機。其功能是收卷皮帶，使皮帶壓旋轉臂向內旋轉，使皮帶與側板接觸，到底部時旋轉收回。

2.3 接煙器結構三：旋轉接煙板式

本結構主要包括接煙器箱體、旋轉電機、蝸桿、渦輪、旋轉軸、接煙板及接煙板前端組成，如圖3所示。其工作原理為接煙器在升降電機的帶動下，煙滑軌上下移動，旋轉電機旋轉接煙板，接煙板開U形槽，穿過側板，通過旋轉運動和固定軌跡運動，使接煙板前端與側板保持相同的軌跡，到底部時旋轉收回。

2.4 接煙器優缺點對比

通過三種結構的樣機制作，實驗驗證得出三種接煙器的優缺點。接煙器結構一：伸縮接煙板，要實現自動接引，需要的結構較為復雜，在有限的接引通道內，布置傳動件較為困難，不易操作，伸縮板內會進煙灰煙末，抗污染能力差，設備故障率高。endprint

接煙器結構二：皮帶收卷式，對異形通道收卷皮帶時通道彎曲部分存在封閉通道情況，底部傳動結構過于復雜，現場安裝空間有限的情況下不易安裝，傳動部分密封比較困難，設備故障率高。

接煙器結構三：旋轉接煙板式，解決了方案一和方案二兩種方式適應面較窄、故障率高、結構復雜等問題。應用范圍得到大幅提升，抗污染能力大大增強，穩定性高。本方案傳感器及電位器的配合使用，對實現煙支的自動接引提供了一種較可靠的設計方案。本文將根據結構三：旋轉接煙板式，做詳細的設計說明。

2.5 接煙器升降傳動結構

現就升降傳動方式的兩種方式進行對比。

鏈條傳動，優點：沒有彈性滑動，能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高；不需要大的張緊力，軸承所承受載荷小；不會打滑，傳動可靠，過載能力強，能在低速重載下較好工作，成本較低，抗污染能力強。缺點：瞬時鏈速和瞬時傳動比都是變化的，傳動平穩性較差，工作中有沖擊和噪聲，不適合高速場合，不適用于轉動方向頻繁改變的情況。

同步帶傳動，靠齒嚙合傳動，傳動比較準確，傳動效率高，初始張緊力小，軸承承受壓力最小，瞬時速度均勻，單位質量傳遞的功率最大；與鏈和齒輪傳動相比，噪聲小，不需潤滑，傳動比，線速度范圍大，傳遞功率大；耐沖擊振動較好，維修簡便、經濟。

對各參數進行綜合對比，升降傳動使用鏈條傳動比較合理。

3 設備工藝過程簡述

要實現煙支的自動接引，首先必須了解接引裝置工作流程。煙支到達高位，通過異形通道，輸送至低位。如果中途卷煙機故障，接引裝置需要自動啟停適應煙支的動態供應。自動控制系統通過高位光電檢測開關和低位光電檢測開關配合使用，判斷是否能接引；通過電位器控制接引啟停。

控制過程：低位有檢測，說明通道內有煙支，接引裝置停機不能啟動；低位無檢測，說明通道內無煙支，當高位出現檢測時，接引裝置運動至接引待機位等待；當滿足低位無檢測且高位有檢測，并且電位器運動至接引位時，接引裝置運行開始接引。當卷煙機停機或故障時，煙支停止供應，電位器值減小，接引裝置停機等待。當煙支恢復供應時，接引裝置繼續運動。運動至底部時，接煙器運動收回，實現煙支的自動接引。

4 設計計算

4.1 設計參數

適合煙支直徑d=φ7.8mm；適合煙支長度l=84mm；最高適應速度Vmax=16000支/min；最大承載能力m=5kg；通道寬度范圍L=120-185mm；接煙器行程S=1090mm；設備故障率η≤1%；工作班次3次/天。

4.2 初定電機型號

由方案三可以看出，由于接煙板前端沿側板運動，在旋轉過程中需要電機有較好的啟停特性，并且需要較好的定位精度，為了保證重復精度，為了保證實時位置定位，需要采用閉環控制。對不同的電機進行比對，根據外形尺寸參數，使用性能，環境因素等綜合考慮，初定電機型號為Lexium MDrive系列LMDCE類電機。

4.3 渦輪蝸桿計算

已知傳動比i=32，渦輪輸出最大扭矩T2=7N·m，蝸輪輸出最高速度n=180r/min，要求使用10年，每年工作300日，每日工作10次，每次時間2min啟動載荷較小，工作環境溫度25～40℃。（所查參數均來自成大先.機械設計手冊（第3卷/5版）.北京：化學工業出版社，2008.）

4.4 旋轉電機計算

已知煙支重量m1=5kg，旋轉接煙板重量m2=0.5kg，旋轉桿長度L=254mm。

4.5 鏈條傳動計算

已知煙支質量m1=5kg，接煙器重量m3=3kg，鏈輪最高轉速n=180r/min，傳動中心距a=1128mm。

初定鏈號，由于本傳動具有外觀要求，所以傳動輪材質初定為不銹鋼材質，綜合考慮，查杭州東華鏈條集團有限公司.產品樣本.2006。初定鏈號為05B型。初定鏈輪齒數為19即初定鏈輪直徑d=48.6mm。有q=0.2kg/m，q鏈條質量kg/m；Q=3500N，Q鏈條極限拉伸載荷。

由于本傳動為間歇低速（v≤0.6m/s）輕載鏈傳動，鏈條的靜強度占主要地位。本文只需做靜強度計算。

4.7 制動器計算

由3.6有，T1=256.5N·cm，查VMTT微型失電制動器選型手冊。有選VMTT.FMP-056G-24VDC-C型軸孔。

5 結束語

本文所設計的自動接引裝置已經申請發明專利和實用新型專利，大幅提升了對異形通道的適應能力，對煙支的自動接引提供了一種較穩定的設計方案。實驗表明：該方案自動化程度高、設備故障率低、操作簡便、抗污染能力強、維護成本小。該設計方案對同類產品的開發具有重要的參考價值。

參考文獻：

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