平動機構(gòu)在煙草機械中的應(yīng)用

吳曉飛

（許昌煙草機械有限責任公司，河南許昌471000）

0 引言

煙草加工機器的原動部分通常由電動機等旋轉(zhuǎn)機構(gòu)提供，而在實際應(yīng)用中，不少特定場合需要平動機構(gòu)，便于攜帶物料并將其平穩(wěn)地傳送。當剛體中所有點的運動軌跡都保持完全相同，或者說剛體內(nèi)任意兩點間的連線總是平行于它們的初始連線時，剛體的運動叫作平動[1]。為滿足煙草機械的實際工況需求，研究開發(fā)可將轉(zhuǎn)動變?yōu)槠絼拥臋C構(gòu)具有重要的意義。

1 平行四邊形機構(gòu)在ZL41復(fù)合濾棒成型機和ZL28濾棒成型機上的應(yīng)用

1.1 平行四邊形機構(gòu)在ZL41復(fù)合濾棒成型機交接鼓輪上的應(yīng)用

1.1.1 交接鼓輪的使用工況要求

ZL41復(fù)合濾棒成型是我公司研制的高速復(fù)合濾棒成型設(shè)備，按照功能模塊劃分為YL31復(fù)合機和YL44成型機，前者將不同種類的基棒經(jīng)過切段后，按照一定的規(guī)律排列在一起；后者將排列好的各段濾棒裹上紙成為新的濾棒。為了合理利用空間，便于操作人員操作，這兩部分呈直角排布，交接處需要設(shè)計一個機構(gòu)，沿煙條運動方向?qū)L31復(fù)合機加速鼓輪傳遞過來的料棒段組精確地放置在YL44成型機的煙槍內(nèi)，并且消除料棒段組之間的間隙，這個機構(gòu)被稱為“交接鼓輪”，其布局如圖1所示。

1.1.2 交接鼓輪的結(jié)構(gòu)

交接鼓輪結(jié)構(gòu)如圖2所示。內(nèi)轉(zhuǎn)盤1與外轉(zhuǎn)盤2一后一前地互相平行且呈偏心分布，兩盤面上繞各自的回轉(zhuǎn)中心對應(yīng)分布著相同數(shù)量的孔，并且這些孔的中心到其所在圓盤中心的距離相等?；剞D(zhuǎn)臂5的一端插在內(nèi)轉(zhuǎn)盤1的孔里，另一端插在外轉(zhuǎn)盤2的孔里，吸爪3用螺釘固定在回轉(zhuǎn)臂5上，回轉(zhuǎn)臂5在前后兩個孔中有相對轉(zhuǎn)動，通常有軸承支承。內(nèi)轉(zhuǎn)盤1通過軸承固定于偏心機座上，隨軸承外圈轉(zhuǎn)動。傳動軸4通過軸承裝在偏心機座中，一端由電動機驅(qū)動（圖中略去），另一端則與外轉(zhuǎn)盤2剛性連接。這樣，電動機驅(qū)動傳動軸4，傳動軸4帶著外轉(zhuǎn)盤2，外轉(zhuǎn)盤2則通過回轉(zhuǎn)臂5帶動內(nèi)轉(zhuǎn)盤1一同旋轉(zhuǎn)。為了使濾棒附著在吸爪上，回轉(zhuǎn)臂做成中空狀，一端連接著配氣盤，另一端連著吸爪，便于通過空氣負壓形成吸附力。

當電動機帶著這套機構(gòu)旋轉(zhuǎn)時，回轉(zhuǎn)臂5及與之固定為一體的吸爪3始終做平動，這樣，濾棒便能被吸爪吸附并始終保持水平方向，最終平穩(wěn)地被送至煙槍當中，較好地滿足了工作要求。

1.1.3 交接鼓輪的機械原理分析

為方便說明吸爪與回轉(zhuǎn)臂實現(xiàn)平動的原理，不妨化繁為簡，以其中一個轉(zhuǎn)臂為研究對象作機構(gòu)示意圖，如圖3所示。其中，內(nèi)、外轉(zhuǎn)盤分別簡化為雙曲柄1和2，回轉(zhuǎn)臂則簡化為連桿3[2]。

由圖3易知，該機構(gòu)可視作原處于同一平面上的平行四邊形機構(gòu)的單個曲柄，沿垂直于該平面的Z向平移后的空間機構(gòu)，但該機構(gòu)在Z方向不能移動，不能繞X和Y軸轉(zhuǎn)動，因而仍具有平面機構(gòu)的特征，仍然遵循平行四邊形機構(gòu)的運動特性，連桿3始終做平動，固定于其上的吸爪攜帶著復(fù)合濾棒始終做平動運動。

1.2 平行四邊形機構(gòu)在ZL28濾棒成型機刀頭喇叭嘴上的應(yīng)用

在濾棒成型和煙支成型設(shè)備上需要用刀頭對成型后的濾棒和煙支進行切割，在切割時需要用喇叭嘴機構(gòu)對這些被切條狀物料進行支承，普通喇叭嘴機構(gòu)主要由圖4所示的曲柄搖桿機構(gòu)組成，為保持喇叭嘴1的水平和姿態(tài)穩(wěn)定，這里通常用兩片互相平行的振動簧板2固定于機座上充當搖桿。喇叭嘴1分為左右兩個零件，它們之間留有間隙，工作時刀盤上的刀片從此間隙處通過并將條狀物料切斷，切刀水平方向的分速度與喇叭嘴的速度一致，保證切割質(zhì)量而且不損壞刀片與喇叭嘴機構(gòu)。振動簧板被要求有極高的抗疲勞性能，通常由碳素纖維材料制成。

ZL28型纖維濾棒成型機是我單位目前速度最快的一款濾棒成型設(shè)備，生產(chǎn)速度為1000 m/min，它不僅安裝著雙煙槍，而且在其它方面也有不少改進，尤其是旋轉(zhuǎn)喇叭嘴機構(gòu)。如圖5所示，該喇叭嘴結(jié)構(gòu)由平行且有一定偏心分布的前后轉(zhuǎn)盤充當曲柄，前后轉(zhuǎn)盤上對應(yīng)分布著若干孔，前后對應(yīng)孔中安裝轉(zhuǎn)臂充當連桿，它們共同組成平形四邊形機構(gòu)，其原理同1.1.3節(jié)所述，所以，在轉(zhuǎn)盤做旋轉(zhuǎn)運動時，位于連桿上的兩組喇叭嘴做平動運動。另外，由于該機具有雙煙槍（如圖4），后轉(zhuǎn)盤是前后重疊的一對。

2 基于周轉(zhuǎn)輪系的平動機構(gòu)在YJ35D裝盤機提升臺上的應(yīng)用

2.1 YJ35D裝盤機上提升臺的工作要求

YJ35D型裝盤機是卷包生產(chǎn)線中煙支存儲輸送系統(tǒng)的一部分，它將上游傳送來的多余的煙支裝入煙盤當中，也可單獨作為濾棒裝盤設(shè)備使用。它主要由空盤臺、煙庫下部、滿盤臺、提升臺等部分組成?？諢煴P在空盤臺上被推入煙庫下部，邊裝煙邊下降，裝滿后被送往機器下部的滿盤臺，并隨皮帶輸送裝置被送至滿盤臺的邊緣。為了減輕工人的勞動強度，需要設(shè)計一個機構(gòu)將充滿煙的煙盤從位于機器下部的滿盤臺提升到人手可方便搬取的地方，這個機構(gòu)便是提升臺。由于煙盤不是四周全封閉的，它有一側(cè)是開口的，為防止煙支在重力作用下散落到外面，在提升輸送過程中，煙盤的開口方向需要始終保持向上不變，這樣就需要能夠?qū)崿F(xiàn)平動的機構(gòu)。

2.2 提升臺的機構(gòu)原理及周轉(zhuǎn)輪系實現(xiàn)平動的數(shù)學(xué)分析

與YJ35D配套的提升臺如圖6所示，它主要由機座6、轉(zhuǎn)盤5、行星輪1、太陽輪3、同步帶2和托板4等部件組成，行星輪1與太陽輪3之間由同步帶2連接，托板4與行星輪1固定在一起，行星輪1插在轉(zhuǎn)盤5的讓位孔中，與該孔無固定連接。為滿足生產(chǎn)實際需要，托板及其行星輪做成對稱分布的兩套，分別通過同步帶2連在太陽輪3上。行星輪1的中心與轉(zhuǎn)盤5固定在一起，轉(zhuǎn)盤5因而可視為行星架。電動機帶著轉(zhuǎn)盤5旋轉(zhuǎn)時，托盤4及行星輪3一邊隨轉(zhuǎn)盤5公轉(zhuǎn)，一邊自轉(zhuǎn)，它能始終保持水平方向，保證放置在它上面的煙盤開口向上。

為研究方便起見，也可將提升臺主要運動機構(gòu)等效于圖7所示的機構(gòu)，亦即將圖6中轉(zhuǎn)盤5視同為行星架H，同步帶2視同為圖7中的齒輪2，行星輪1視同為圖5中的齒輪1，太陽輪5視同為圖5中的齒輪3，按照周轉(zhuǎn)輪系的速度計算方法，其運動關(guān)系為：

上式中，由于行星輪1要求做平動，所以ω1必須為0，即

當滿足下列條件之一時，上式成立：1）Z1=Z3且ω3=0。這時需要保證圖4中的行星輪1和太陽輪3的齒數(shù)相同，并且將圖4中的太陽輪3（圖5中的齒輪3）固定于機座上；2）Z1≠Z3且ωH/ω3=Z3/（Z3－Z1）。這時該機構(gòu)有2個自由度，需要由2個原動機構(gòu)驅(qū)動并保證輪架與太陽輪之間的恒定傳動比，或者在兩者之間再增加一套帶輪或齒輪傳動裝置保證傳動比。提升臺采用了條件1）所述的方案，結(jié)構(gòu)簡單實用。

3 結(jié) 論

1）用前后平行且呈偏心分布的盤做成的平行四邊形機構(gòu)，可以很好地滿足煙草棒狀物料平動傳送的要求。

2）合理設(shè)置周轉(zhuǎn)輪系的參數(shù)，可以由轉(zhuǎn)動實現(xiàn)平動，并在煙草機械中得以應(yīng)用。