適應(yīng)異形通道的棒狀物自動(dòng)接引裝置設(shè)計(jì)

楊森祥+羅躍+李國(guó)文

摘 要：文章從自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路出發(fā)，主要介紹了兩方面的內(nèi)容。一是簡(jiǎn)述了三種新的接引結(jié)構(gòu)方案，對(duì)三種方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析對(duì)比。二是通過(guò)其中一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例詳細(xì)介紹了接引裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)、電機(jī)、渦輪蝸桿傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)及制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制系統(tǒng)；接引裝置；煙支存儲(chǔ)及輸送

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(xiàn)有的卷煙生產(chǎn)中，YF17卷煙存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)工作一段時(shí)間后，需要將設(shè)備內(nèi)原有的煙支完全清空，對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，清空后啟動(dòng)設(shè)備時(shí)， 由于下降裝置到包裝機(jī)料庫(kù)這一過(guò)程無(wú)專(zhuān)門(mén)的接引機(jī)構(gòu)，必須通過(guò)操作人員登高踩在狹小的機(jī)臺(tái)上，用手接引煙支進(jìn)入包裝機(jī)料庫(kù)。

操作人員不僅要細(xì)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(jī)中途停機(jī)，操作人員需一直站在高處等待，直至問(wèn)題處理完畢，致使煙支流補(bǔ)位操作非常不便，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，煙支污染嚴(yán)重且存在嚴(yán)重安全隱患。

因此在YF17卷煙存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)中設(shè)計(jì)研發(fā)自動(dòng)接引裝置，實(shí)現(xiàn)煙支的自動(dòng)接引，具有較高的價(jià)值及實(shí)用性。本文提出的設(shè)計(jì)方案，做簡(jiǎn)單改造即可以適應(yīng)多種異形通道及煙支規(guī)格。本文將著重論述，自動(dòng)接引裝置的設(shè)計(jì)、分析及計(jì)算過(guò)程。

1 設(shè)計(jì)技術(shù)要求

根據(jù)YF17卷煙存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一套自動(dòng)接引裝置，實(shí)現(xiàn)煙支的自動(dòng)接引。自動(dòng)接引裝置需與卷煙機(jī)啟停及速度自動(dòng)適應(yīng)；設(shè)備安裝布局合理；做簡(jiǎn)單改造能適應(yīng)多種異形通道及煙支規(guī)格；煙支輸送接引過(guò)程中要保證煙支質(zhì)量，符合煙支質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 設(shè)計(jì)方案選擇

本裝置設(shè)計(jì)難度主要有六個(gè)方面的內(nèi)容：一是對(duì)不同異形通道的適應(yīng)性強(qiáng)，做簡(jiǎn)單的改造即可實(shí)現(xiàn)多種異形通道；二是應(yīng)對(duì)不同煙支規(guī)格的適應(yīng)性強(qiáng)，做簡(jiǎn)單的改造即可實(shí)現(xiàn)多種煙支規(guī)格；三是接引時(shí)根據(jù)卷煙機(jī)啟停速度自動(dòng)適應(yīng)；四是包裝機(jī)及YF17卷煙存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)均為固定機(jī)型，本裝置的設(shè)備安裝空間只能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置；五是煙支、煙灰、煙末經(jīng)常掉入設(shè)備，設(shè)備的防污能力要求高；六是煙支輸送過(guò)程中要保證煙支質(zhì)量，符合企業(yè)煙支質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對(duì)安裝環(huán)境、使用性能及環(huán)境衛(wèi)生要求，對(duì)接煙器結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)思。

2.1 接煙器結(jié)構(gòu)一：伸縮接煙板式

本結(jié)構(gòu)主要包括旋轉(zhuǎn)收回機(jī)構(gòu)、行程放大機(jī)構(gòu)、接煙板伸縮機(jī)構(gòu)、防護(hù)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(jī)帶動(dòng)下，沿滑軌上下滑動(dòng)，接煙板伸縮機(jī)構(gòu)通過(guò)長(zhǎng)度變化，自動(dòng)適應(yīng)變化的通道寬度，接引至底部時(shí)旋轉(zhuǎn)收回至側(cè)板內(nèi)，實(shí)現(xiàn)煙支的自動(dòng)接引。

旋轉(zhuǎn)收回機(jī)構(gòu)主要包括旋轉(zhuǎn)電缸、與旋轉(zhuǎn)電缸連接的主動(dòng)齒輪、安裝支架、固定于安裝支架上的從動(dòng)齒輪、接煙板伸縮機(jī)構(gòu)支撐架。其功能主要實(shí)現(xiàn)接煙器接引到底部時(shí)旋轉(zhuǎn)收回接煙板。

行程放大機(jī)構(gòu)主要包括直線滑臺(tái)、同步帶、同步帶輪、固定塊、推桿、直線滑軌。其功能主要實(shí)現(xiàn)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(jī)構(gòu)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(guò)伸縮板控制接引板長(zhǎng)度，使其適應(yīng)通道寬度。

2.2 接煙器結(jié)構(gòu)二：皮帶收卷式

本結(jié)構(gòu)主要由皮帶支撐機(jī)構(gòu)和皮帶收卷機(jī)構(gòu)組成，如圖2所示。其工作原理為，通過(guò)固定皮帶一端在側(cè)板上。皮帶支撐機(jī)構(gòu)在升降電機(jī)帶動(dòng)下，沿滑軌上下滑動(dòng)，懸臂通過(guò)扭簧與支座連接支撐皮帶，皮帶另一端固定在皮帶收卷機(jī)構(gòu)上，通過(guò)皮帶支撐機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)與皮帶收卷機(jī)構(gòu)的收卷，使皮帶沿側(cè)板下移，實(shí)現(xiàn)煙支的自動(dòng)接引。

皮帶支撐機(jī)構(gòu)主要包括支座、旋轉(zhuǎn)軸、回位扭簧、旋轉(zhuǎn)臂及前端滾子組成。其功能是支撐皮帶沿側(cè)板下移，保證皮帶適應(yīng)異形通道的側(cè)板。

皮帶收卷機(jī)構(gòu)主要包括皮帶、支撐軸、收卷軸、失電制動(dòng)器、從動(dòng)齒輪、主動(dòng)齒輪、收卷電機(jī)。其功能是收卷皮帶，使皮帶壓旋轉(zhuǎn)臂向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使皮帶與側(cè)板接觸，到底部時(shí)旋轉(zhuǎn)收回。

2.3 接煙器結(jié)構(gòu)三：旋轉(zhuǎn)接煙板式

本結(jié)構(gòu)主要包括接煙器箱體、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、蝸桿、渦輪、旋轉(zhuǎn)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(jī)的帶動(dòng)下，煙滑軌上下移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)接煙板，接煙板開(kāi)U形槽，穿過(guò)側(cè)板，通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和固定軌跡運(yùn)動(dòng)，使接煙板前端與側(cè)板保持相同的軌跡，到底部時(shí)旋轉(zhuǎn)收回。

2.4 接煙器優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

通過(guò)三種結(jié)構(gòu)的樣機(jī)制作，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出三種接煙器的優(yōu)缺點(diǎn)。接煙器結(jié)構(gòu)一：伸縮接煙板，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接引，需要的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在有限的接引通道內(nèi)，布置傳動(dòng)件較為困難，不易操作，伸縮板內(nèi)會(huì)進(jìn)煙灰煙末，抗污染能力差，設(shè)備故障率高。endprint

接煙器結(jié)構(gòu)二：皮帶收卷式，對(duì)異形通道收卷皮帶時(shí)通道彎曲部分存在封閉通道情況，底部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)安裝空間有限的情況下不易安裝，傳動(dòng)部分密封比較困難，設(shè)備故障率高。

接煙器結(jié)構(gòu)三：旋轉(zhuǎn)接煙板式，解決了方案一和方案二兩種方式適應(yīng)面較窄、故障率高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。應(yīng)用范圍得到大幅提升，抗污染能力大大增強(qiáng)，穩(wěn)定性高。本方案?jìng)鞲衅骷半娢黄鞯呐浜鲜褂?，?duì)實(shí)現(xiàn)煙支的自動(dòng)接引提供了一種較可靠的設(shè)計(jì)方案。本文將根據(jù)結(jié)構(gòu)三：旋轉(zhuǎn)接煙板式，做詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明。

2.5 接煙器升降傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)就升降傳動(dòng)方式的兩種方式進(jìn)行對(duì)比。

鏈條傳動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有彈性滑動(dòng)，能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高；不需要大的張緊力，軸承所承受載荷??；不會(huì)打滑，傳動(dòng)可靠，過(guò)載能力強(qiáng)，能在低速重載下較好工作，成本較低，抗污染能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：瞬時(shí)鏈速和瞬時(shí)傳動(dòng)比都是變化的，傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，工作中有沖擊和噪聲，不適合高速場(chǎng)合，不適用于轉(zhuǎn)動(dòng)方向頻繁改變的情況。

同步帶傳動(dòng)，靠齒嚙合傳動(dòng)，傳動(dòng)比較準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高，初始張緊力小，軸承承受壓力最小，瞬時(shí)速度均勻，單位質(zhì)量傳遞的功率最大；與鏈和齒輪傳動(dòng)相比，噪聲小，不需潤(rùn)滑，傳動(dòng)比，線速度范圍大，傳遞功率大；耐沖擊振動(dòng)較好，維修簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)。

對(duì)各參數(shù)進(jìn)行綜合對(duì)比，升降傳動(dòng)使用鏈條傳動(dòng)比較合理。

3 設(shè)備工藝過(guò)程簡(jiǎn)述

要實(shí)現(xiàn)煙支的自動(dòng)接引，首先必須了解接引裝置工作流程。煙支到達(dá)高位，通過(guò)異形通道，輸送至低位。如果中途卷煙機(jī)故障，接引裝置需要自動(dòng)啟停適應(yīng)煙支的動(dòng)態(tài)供應(yīng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)高位光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)和低位光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)配合使用，判斷是否能接引；通過(guò)電位器控制接引啟停。

控制過(guò)程：低位有檢測(cè)，說(shuō)明通道內(nèi)有煙支，接引裝置停機(jī)不能啟動(dòng)；低位無(wú)檢測(cè)，說(shuō)明通道內(nèi)無(wú)煙支，當(dāng)高位出現(xiàn)檢測(cè)時(shí)，接引裝置運(yùn)動(dòng)至接引待機(jī)位等待；當(dāng)滿足低位無(wú)檢測(cè)且高位有檢測(cè)，并且電位器運(yùn)動(dòng)至接引位時(shí)，接引裝置運(yùn)行開(kāi)始接引。當(dāng)卷煙機(jī)停機(jī)或故障時(shí)，煙支停止供應(yīng)，電位器值減小，接引裝置停機(jī)等待。當(dāng)煙支恢復(fù)供應(yīng)時(shí)，接引裝置繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)至底部時(shí)，接煙器運(yùn)動(dòng)收回，實(shí)現(xiàn)煙支的自動(dòng)接引。

4 設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

適合煙支直徑d=φ7.8mm；適合煙支長(zhǎng)度l=84mm；最高適應(yīng)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(shè)備故障率η≤1%；工作班次3次/天。

4.2 初定電機(jī)型號(hào)

由方案三可以看出，由于接煙板前端沿側(cè)板運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中需要電機(jī)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(fù)精度，為了保證實(shí)時(shí)位置定位，需要采用閉環(huán)控制。對(duì)不同的電機(jī)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)外形尺寸參數(shù)，使用性能，環(huán)境因素等綜合考慮，初定電機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)exium MDrive系列LMDCE類(lèi)電機(jī)。

4.3 渦輪蝸桿計(jì)算

已知傳動(dòng)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(shí)間2min啟動(dòng)載荷較小，工作環(huán)境溫度25～40℃。（所查參數(shù)均來(lái)自成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3卷/5版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.）

4.4 旋轉(zhuǎn)電機(jī)計(jì)算

已知煙支重量m1=5kg，旋轉(zhuǎn)接煙板重量m2=0.5kg，旋轉(zhuǎn)桿長(zhǎng)度L=254mm。

4.5 鏈條傳動(dòng)計(jì)算

已知煙支質(zhì)量m1=5kg，接煙器重量m3=3kg，鏈輪最高轉(zhuǎn)速n=180r/min，傳動(dòng)中心距a=1128mm。

初定鏈號(hào)，由于本傳動(dòng)具有外觀要求，所以傳動(dòng)輪材質(zhì)初定為不銹鋼材質(zhì)，綜合考慮，查杭州東華鏈條集團(tuán)有限公司.產(chǎn)品樣本.2006。初定鏈號(hào)為05B型。初定鏈輪齒數(shù)為19即初定鏈輪直徑d=48.6mm。有q=0.2kg/m，q鏈條質(zhì)量kg/m；Q=3500N，Q鏈條極限拉伸載荷。

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

4.7 制動(dòng)器計(jì)算

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

5 結(jié)束語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)接引裝置已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利和實(shí)用新型專(zhuān)利，大幅提升了對(duì)異形通道的適應(yīng)能力，對(duì)煙支的自動(dòng)接引提供了一種較穩(wěn)定的設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)表明：該方案自動(dòng)化程度高、設(shè)備故障率低、操作簡(jiǎn)便、抗污染能力強(qiáng)、維護(hù)成本小。該設(shè)計(jì)方案對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)具有重要的參考價(jià)值。

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