FOCKE350S硬盒包装机烟包翻转机构的研制

罗文成， 任亚东， 陈 超

(1.陕西中烟工业有限责任公司汉中卷烟厂，陕西 南郑 723102;2.陕西中烟工业有限责任公司生产制造中心，陕西 西安 710065)

如何扩大设备的使用范围，使设备适应多品牌加工，是提高设备利用率的有效手段。FOCKE350S硬盒包装机因为烟包挺括美观大方，得到广泛的应用，但由于FOCKE350S的包装形式无法满足白沙品牌的要求，为保证和原加工品牌的同质化要求，必须对我厂的FOCKE350S硬盒包装机进行改造，以满足工艺要求。通过对白沙(精品二代)卷烟工艺标准与FOCKE350S硬盒包装机生产出的烟包进行对比可以看出:两种烟包存在6项差异。经我厂生产设备科与云南烟机厂联系得到回复:除烟包拉线位置改造外，其它5个项目均有成功的改造经验，为此我们的重点是烟包拉线位置的改造。

1 问题的提出

拉线位置的改造实际上是商标纸和透明纸拉线搭口的相对位置进行改变，我们可以通过以下两个方案实现这一要求。

方案1:改变小盒商标纸印刷。通过查阅《湖南中烟工业有限责任公司卷烟材料技术要求》，小盒商标纸的印刷有具体要求和标准，而包装标识材料是卷烟品牌最重要的组成部分，因此不能通过更改小盒印刷图案来改变小盒拉线搭口位置。

方案2:研制FOCKE350烟包翻转装置。烟包要想达到透明纸拉线搭口位置的工艺技术要求，唯有在进入401小盒透明纸包装机折叠转塔之前翻转180°，如不能翻转，将无法生产。

综上所述:要改变拉线搭口位置达到工艺要求，必须设计小包翻转装置。

2 设计方案选择理由

如图1—图3所示，原FOCKE350S硬盒包装机的烟包经过分离轮顺时针旋转，将重叠在一起的烟包分离并送入下部的垂直导轨处，再由拨烟轮间歇地送入凸耳链条处，完成烟包的间歇式送进。在此过程中，分离轮完成烟包的翻转和分离。

图1 原分离轮机构示意图

图2 原分离机传动路线图

针对原结构，要实现烟包的翻转，我们制订了以下两个方案:

方案1:带式弧形翻转装置。测量出弧形导轨数据并委外加工制作，经试验，低速时没有故障，100包/min出现故障，210包/min时每分钟停机1.3次，380包/min设备基本无法正常开启。费用600元，工期10 d。优点:结构简单。缺点:不能满足设备运行速度。

方案2:机械式翻转装置。经分析分离轮与拨烟轮本身存在于设备上，其传动平稳，能满足机器速度。该翻转装置长约400 mm、宽380 mm、高290 mm，设备能满足安装要求。费用2 000元，工期20 d。优点:传动平稳，对设备改动小。缺点:结构复杂。

经综合分析，我们采用第二种方案。

3 改造方案的设计分析

3.1 传动路线的设计

改造后传动路线图的设计:要使分离轮反转，即逆时针转动，必须增加两对外啮合齿轮，设计如图4所示。

图3 改进前传动路线图

图4 改进后传动路线图

该传动路线分为两路:一路经z1通过z2传给拨烟轮;另一路经z1通过z3传给锥齿轮z6，z6传给锥齿轮z7，z7传给z8，z8传给z4，z4传给z5，z5通过轴带动分离轮旋转。方向如图所示，分离轮逆时针转动。完成了反转，达到了预期的效果。

3.2 传动齿轮 z6，z7，z8的设计计算

3.2.1 齿轮参数的设计

平均直径

其中 k=1.2，u=1，σ'HP==1 250。用定力矩扳手测定分离轮脱开的最小力矩为16 N·m，安全系数1.2，计算出力矩T1=16×1.2=19.2 N·m，实际应用时我们取T1=20 N·m。得到de1≈48.50 mm，结构空间尺寸为74 mm，符合要求。

平均模数

其中 yFS=4.48，σ'FP==928。根据《精密机械设计》[1]模数确定要求:传动精度要求较高时，小齿轮的齿数应在25以上，首先取z1=25，得到平均模数为me1=1.63。然后进行数值修正，由z1=d/m=48.5/1.63=29.75，修正后的齿轮齿数取圆整为 30，带入模数计算，得到 me1=1.44 。

根据上述计算，锥齿轮大端分度圆模数取标准值1.5，这样重新计算得到大端分度圆直径de1=1.5×30=45 mm，齿顶圆 da=de1+me1cos δ1=45+2 ×1.5 × cos 45°=47.12 mm，齿根圆 df=de1－2×=45 －2 ×1.5 ×1.2cos 45°=42.45 mm，分锥角δ1=δ2=arctan1=45°，外锥距Re=de1/2sin δ1=31.82 mm。齿宽 b=φRRe，其中 φR=1/4 ～2/3，取 0.4，有 b=12.73 mm，可将齿宽圆整到13 mm。齿顶角θa==2.7°，齿根角 θf==3.2°。

3.2.2 接触强度的校核

接触强度

许用接触应力

其中齿轮接触疲劳极限σHlim=1 500 N/mm2，寿命系数zN=1，润滑膜影响系数zLVR=0.88，最小安全系数sHmin=1.1，尺寸系数zX=1，工作硬化系数zW=1。经计算得到许用接触应力值σHP=1 210 N/mm2。

经比较，我们有σH≤σHP，接触强度满足校核要求。

3.2.3 弯曲强度校核

弯曲强度

其中复合齿形系数 yFS1=4.5(z1=z2=30)，重合度系数 yεβ=0.68，k1=1，kFβ=1.9，kHβ=1.1，法向模数mm=me(1 －0.5ΦR)=1.5 ×(1 －0.5 ×0.3)=1.275，kv=1.068。经计算得到 σF1=431.26 N/mm2。

许用弯曲应力

其中齿根基本强度σFE=800 N/mm2，寿命系数yN=1，相对齿根圆角敏感系数yδelt=1，相对齿根表面状况系数yRrelt=1，尺寸系数 yx=1，最小安全系数 sFmin=1.6。经计算得到许用弯曲应力 σFP=500 N/mm2。

经比较，我们有σF1＜σFP，符合要求，通过。

3.2.4 结 果

传动齿轮 z6，z7，z8的参数:m=1.5，齿数 z=30 mm，齿顶圆 da=d=47.12 mm，齿根圆 df=42.45 mm，分锥角 δ1=δ2=45°，齿宽 13 mm，齿顶角2.7°，齿根角3.2°。

3.3 堆叠烟库的设计

烟包下落原理:根据自由落体公式s=gt2/2可知，烟包在不考虑摩擦的情况下，下落一个烟包距离所用的时间为:t=0.07 s(已知烟包的厚度s=23.5 mm)，也就是说每包烟下落一个烟包的高度所用的时间是0.07 s，在一分钟的时间内理论上可以满足60÷0.07≈857包的速度要求，所以即使在考虑摩擦和外界因素的影响下垂直堆塔可以满足380包/min的速度要求。

3.4 空间位置上的可行性分析

外加两对外啮合锥齿轮如图4所示，只需要断开中间传动轴，借用原来动力z3外加两对锥齿轮z6和z7，z7和z8，将动力传回原动力轴z8即可，这样原来分离轮顺时针转动，就变成逆时针转动，这部分根据空间尺寸进行设计。同步性只要保证z6，z7，z8传动比相同，其它尺寸保持原来尺寸即可，这样拨烟轮转一圈，分离轮转一圈，而且通过联轴器使其相位可调，保证分离轮和拨烟轮相互配合。

3.5 烟包翻转器的设计

具体设计图如图5所示。

4 结论

通过对更换后的烟包翻转机构的检查，结果显示翻转机构能实现烟包的翻转，翻转率达到100%，满足了小盒透明纸拉线搭口位置的工艺要求，为多种工艺要求产品的生产铺平了道路，同时整个改造成本在2 000元左右，成本低，周期短。本研究取得一定成功，但由于传动齿轮采用直齿圆锥齿轮设计，虽然制造和安装方便，可是传动平稳性差，容易磨损，因此需要定期检查和润滑，这也是此装置的一大缺陷。

图5 机械式烟包翻转器结构设计图

[1]庞振基，黄其盛.精密机械设计[M].北京:机械工业出版社，2000.

[2]李家贵，孔晓玲，陈焱焱，等.GDX2和FOCKE350S卷烟硬盒翻盖包装机设计比较[J].包装与食品机械，2006，24(4):4-8.

[3]和平，廖臻，罗恒.FOCKE包装机组[M].昆明:云南科技出版社，2001

[4]范铁帧.包装设备[Z].北京:国家烟草专卖局职业技术鉴定指导中心，2002.