PROTOS-M8 煙支輸送裝置分析

卓偉河

（廈門煙草工業有限責任公司，福建 廈門 361026）

PROTOS-M8 高速卷煙機是由德國虹霓（HAUNI）公司設計制造的集機、電、氣、液、光于一體，高產品質量、高生產率、高可靠性的濾嘴卷煙自動生產線，其生產能力為20000 支/min,具有當前國際最先進的水平。卷接機煙支輸送系統是卷接機組的重要組成部分，被廣泛運用于卷煙機當中，其主要包括煙支輸送裝置（行業內稱“蜘蛛手機構”）、傳煙導軌和傳煙負壓系統等組成。

一、煙支輸送裝置介紹

煙支輸送裝置作為煙支輸送系統的一重要部分，其主要作用是將煙支切割系統輸送來的雙倍長度的煙支平穩傳送到接裝機的接煙輪上[1]。PROTOS-M8 蜘蛛手傳送裝置獨特之處是采用強制潤滑形式，且根據生產速度要求，采用雙通道傳送臂，安裝在傳送臂上的雙吸爪（9 對）通過負壓接收雙倍長煙支并將其傳遞至接收鼓輪。

（一）結構分析

如圖1，蜘蛛手傳送裝置由機架20、透氣塞11、同步帶輪19、防塵圈18、后端蓋12、輪體1、前端蓋2、主軸15、傳送臂3、吸爪5、吸風配氣塊、吹氣配氣塊等組成。同步帶輪安裝在蜘蛛手傳動箱輪體的后端蓋上，由電機M19S通過同步齒形帶驅動。主軸以及安裝在其上的中心齒輪4 固定不動，供油管17 安裝于主軸內部，鎖緊塊16將回油管13 緊固在主軸上。輪體內裝有九個行星齒輪6，蜘蛛手傳動箱旋轉時行星齒輪繞著中心齒輪旋轉，帶動傳送臂旋轉。傳送臂固定在手臂齒輪10 上，由齒形軸8、過渡輪9 及齒輪軸7 組成，齒形軸固定在蜘蛛手傳動箱上，齒輪軸通過過渡齒輪繞著齒形軸旋轉。吸爪安裝在齒輪軸上，隨傳送臂運轉，實現對雙倍長煙支的平行輸送。

（二）油路分析

如圖1，主軸15、輪體1、進油管17 及回油管14 組成一個潤滑回路，實現對蜘蛛手傳動箱的潤滑。當機器轉速達到2000 支/分鐘以上時，潤滑油從中央循環主油箱中流出，經供油管路進入到蜘蛛手傳動箱的前部腔體，對前部腔體內的行星輪系即中心齒輪、9 個過渡齒輪和9 個手臂齒輪進行潤滑并同時潤滑軸承1（連接手臂齒輪與輪體的深溝球軸承）；當油液到達一定高度時，潤滑油從手臂齒輪側面的油孔進入，對軸承2（連接齒形軸與手臂齒輪的一對角接觸球軸承和一個滾針軸承）進行潤滑；前腔內的潤滑油經箱體內的油孔流向后部腔體，由于箱體高速運轉，后腔內的油經回油管流入主軸，一部分油流向主軸后端，通過回油管道流回中央主油箱，另一部分則流向主軸前端，從主軸側孔中流出；從側孔流出的部分油經過端蓋的油槽對軸承3（連接主軸與輪體的一對角接觸球軸承）進行潤滑，另一部分則通過輪體上的斜孔流向軸承4（過渡輪內的角接觸軸承），此兩路油最終均流入輪體前腔進行循環潤滑，如圖2 所示。

（三）氣路分析

如圖3，吸風配氣閥，吹氣配氣閥、輪體、齒形軸、手臂、齒輪軸及吸爪共同組成了蜘蛛手裝置的配氣通道。SE 真空風機M18S 提供抽吸空氣，從圖中箭頭所示，當蜘蛛手傳動箱箱體側孔轉至吸風配氣位置時，負壓吸風從孔中進入到達吸爪前端，通過負壓接收雙倍長煙條段；當側孔轉至吹氣配氣塊時，壓縮空氣從孔中進入配氣通道對吸爪進行吹凈清潔。

二、PRO/E 三維建模及分析計算

（一）模型建立簡化

如圖4，運用三維軟件PRO/E 對蜘蛛手進行建模，為方便觀察軌跡將模型簡化，將9 組吸爪簡化為一組。中心齒輪安裝在主軸上固定不動，齒形軸固定在輪體上不動，固三者均采用剛性裝配；行星齒輪、手臂齒輪、手臂內過渡齒輪及齒輪軸都有自轉，固采用銷釘連接，吸爪與齒輪軸固聯一起。將蜘蛛手輪體與手臂隱藏，蜘蛛手傳動箱固定在帶輪上跟隨同步帶輪一起轉動，固在模型中將電機直接加載于輪體上進行仿真運動。

（二）工作原理及軌跡分析

將模型在PRO/E 軟件中進行運動仿真，可得軌跡如圖5：機器運行時，蜘蛛手傳動箱順時針轉動（軌跡1）；蜘蛛手傳送裝置內部的齒輪系為周轉輪系：中心齒輪與行星輪、手臂齒輪組成第一行星輪系；齒形軸、過渡輪、齒輪軸共同組成第二行星輪系。在第一行星輪系中，中心齒輪安裝在主軸上固定不動，九個行星輪在繞自身回轉中心順時針轉動的同時跟隨蜘蛛手傳動箱繞中心輪順時針公轉（軌跡2）；九個手臂齒輪與行星輪嚙合，繞自身回轉中心逆時針轉動，同時隨傳動箱繞中心輪順時針公轉（軌跡3）。在第二行星輪系中，齒形軸固定在傳動箱上無自轉，僅隨傳動箱繞中心輪順時針公轉，傳送臂固定在手臂齒輪上，與手臂齒輪一起做逆時針轉動，在帶動傳送臂內過渡輪繞齒形軸進行逆時針公轉（軌跡4）的同時，也使過渡輪繞自身回轉中心逆時針轉動；通過傳動比的保證，齒輪軸與過渡輪嚙合過程中隨傳送臂繞齒形軸逆時針公轉（軌跡5），但不產生自轉。吸爪固定在齒輪軸上，隨齒輪軸做軌跡為橢圓的平動（軌跡6）。

（三）交、接煙速度計算

PROTOS-M8 煙支最大生產能力為20000 支/分鐘，蜘蛛手吸爪個數為9 個，中心齒輪到手臂的距離為R=168mm，手臂到吸爪的距離為r=76mm（測繪尺寸），接煙輪槽數為36 個（18 個固定槽，18 個活動槽），周節為8.5π,假定煙支長度為70mm，則有：

從計算中可知，當PROTOS-M8 卷煙機的生產速度到達20000 支/分鐘時，煙條的速度較高，蜘蛛手在提取煙條及交接煙條到接煙輪的過程需要與煙條及接煙輪進行緊密精確的配合。只有通過兩個行星輪系的精確傳動才能保證交接煙的順利進行。

三、結語

通過分析得出，蜘蛛手裝置零部件多，結構較為復雜，安裝、調試需較長時間；裝置內部齒輪、軸承需用循環油進行潤滑，對裝置的密封性要求較高，有時易出現漏油現象；但是蜘蛛手機構整體結構緊湊，由一個復合輪系帶動吸爪在整個輸送過程中作一橢圓軌跡的平動，在交接煙過程中能自然實現煙支的加速、減速過程，煙支輸送平穩、柔和，輸送能力高，能滿足當今卷煙機高速生產的要求。