适应异形通道的棒状物自动接引装置设计

杨森祥+罗跃+李国文

摘 要：文章从自动控制系统的设计思路出发，主要介绍了两方面的内容。一是简述了三种新的接引结构方案，对三种方案优缺点进行了详细的分析对比。二是通过其中一个设计实例详细介绍了接引装置的自动控制系统、电机、涡轮蜗杆传动、链传动、同步带传动及制动器的设计计算。

关键词：自动控制系统；接引装置；烟支存储及输送

中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：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

在現有的卷烟生产中，YF17卷烟存储输送系统工作一段时间后，需要将设备内原有的烟支完全清空，对设备进行维护保养，清空后启动设备时， 由于下降装置到包装机料库这一过程无专门的接引机构，必须通过操作人员登高踩在狭小的机台上，用手接引烟支进入包装机料库。

操作人员不仅要细心用手托住烟支，而且需要小心踩踏，并且需要多人配合才能完成，若卷烟机中途停机，操作人员需一直站在高处等待，直至问题处理完毕，致使烟支流补位操作非常不便，费工费时，劳动强度大，烟支污染严重且存在严重安全隐患。

因此在YF17卷烟存储输送系统中设计研发自动接引装置，实现烟支的自动接引，具有较高的价值及实用性。本文提出的设计方案，做简单改造即可以适应多种异形通道及烟支规格。本文将着重论述，自动接引装置的设计、分析及计算过程。

1 设计技术要求

根据YF17卷烟存储输送系统，设计一套自动接引装置，实现烟支的自动接引。自动接引装置需与卷烟机启停及速度自动适应；设备安装布局合理；做简单改造能适应多种异形通道及烟支规格；烟支输送接引过程中要保证烟支质量，符合烟支质量标准要求。

2 设计方案选择

本装置设计难度主要有六个方面的内容：一是对不同异形通道的适应性强，做简单的改造即可实现多种异形通道；二是应对不同烟支规格的适应性强，做简单的改造即可实现多种烟支规格；三是接引时根据卷烟机启停速度自动适应；四是包装机及YF17卷烟存储输送系统均为固定机型，本装置的设备安装空间只能根据现场设备布置；五是烟支、烟灰、烟末经常掉入设备，设备的防污能力要求高；六是烟支输送过程中要保证烟支质量，符合企业烟支质量标准要求，设计时应针对安装环境、使用性能及环境卫生要求，对接烟器结构进行构思。

2.1 接烟器结构一：伸缩接烟板式

本结构主要包括旋转收回机构、行程放大机构、接烟板伸缩机构、防护支架组件4部分组成，如图1所示。其工作原理为，接烟器在升降电机带动下，沿滑轨上下滑动，接烟板伸缩机构通过长度变化，自动适应变化的通道宽度，接引至底部时旋转收回至侧板内，实现烟支的自动接引。

旋转收回机构主要包括旋转电缸、与旋转电缸连接的主动齿轮、安装支架、固定于安装支架上的从动齿轮、接烟板伸缩机构支撑架。其功能主要实现接烟器接引到底部时旋转收回接烟板。

行程放大机构主要包括直线滑台、同步带、同步带轮、固定块、推杆、直线滑轨。其功能主要实现放大电缸行程，保证推杆推出行程能满足通道宽度。

接烟板伸缩机构主要包括底板、伸缩板、接引板、盖板、收回拉簧、连杆。其主要通过伸缩板控制接引板长度，使其适应通道宽度。

2.2 接烟器结构二：皮带收卷式

本结构主要由皮带支撑机构和皮带收卷机构组成，如图2所示。其工作原理为，通过固定皮带一端在侧板上。皮带支撑机构在升降电机带动下，沿滑轨上下滑动，悬臂通过扭簧与支座连接支撑皮带，皮带另一端固定在皮带收卷机构上，通过皮带支撑机构上下移动与皮带收卷机构的收卷，使皮带沿侧板下移，实现烟支的自动接引。

皮带支撑机构主要包括支座、旋转轴、回位扭簧、旋转臂及前端滚子组成。其功能是支撑皮带沿侧板下移，保证皮带适应异形通道的侧板。

皮带收卷机构主要包括皮带、支撑轴、收卷轴、失电制动器、从动齿轮、主动齿轮、收卷电机。其功能是收卷皮带，使皮带压旋转臂向内旋转，使皮带与侧板接触，到底部时旋转收回。

2.3 接烟器结构三：旋转接烟板式

本结构主要包括接烟器箱体、旋转电机、蜗杆、涡轮、旋转轴、接烟板及接烟板前端组成，如图3所示。其工作原理为接烟器在升降电机的带动下，烟滑轨上下移动，旋转电机旋转接烟板，接烟板开U形槽，穿过侧板，通过旋转运动和固定轨迹运动，使接烟板前端与侧板保持相同的轨迹，到底部时旋转收回。

2.4 接烟器优缺点对比

通过三种结构的样机制作，实验验证得出三种接烟器的优缺点。接烟器结构一：伸缩接烟板，要实现自动接引，需要的结构较为复杂，在有限的接引通道内，布置传动件较为困难，不易操作，伸缩板内会进烟灰烟末，抗污染能力差，设备故障率高。endprint

接烟器结构二：皮带收卷式，对异形通道收卷皮带时通道弯曲部分存在封闭通道情况，底部传动结构过于复杂，现场安装空间有限的情况下不易安装，传动部分密封比较困难，设备故障率高。

接烟器结构三：旋转接烟板式，解决了方案一和方案二两种方式适应面较窄、故障率高、结构复杂等问题。应用范围得到大幅提升，抗污染能力大大增强，稳定性高。本方案传感器及电位器的配合使用，对实现烟支的自动接引提供了一种较可靠的设计方案。本文将根据结构三：旋转接烟板式，做详细的设计说明。

2.5 接烟器升降传动结构

现就升降传动方式的两种方式进行对比。

链条传动，优点：没有弹性滑动，能保持准确的平均传动比，传动效率较高；不需要大的张紧力，轴承所承受载荷小；不会打滑，传动可靠，过载能力强，能在低速重载下较好工作，成本较低，抗污染能力强。缺点：瞬时链速和瞬时传动比都是变化的，传动平稳性较差，工作中有冲击和噪声，不适合高速场合，不适用于转动方向频繁改变的情况。

同步带传动，靠齿啮合传动，传动比较准确，传动效率高，初始张紧力小，轴承承受压力最小，瞬时速度均匀，单位质量传递的功率最大；与链和齿轮传动相比，噪声小，不需潤滑，传动比，线速度范围大，传递功率大；耐冲击振动较好，维修简便、经济。

对各参数进行综合对比，升降传动使用链条传动比较合理。

3 设备工艺过程简述

要实现烟支的自动接引，首先必须了解接引装置工作流程。烟支到达高位，通过异形通道，输送至低位。如果中途卷烟机故障，接引装置需要自动启停适应烟支的动态供应。自动控制系统通过高位光电检测开关和低位光电检测开关配合使用，判断是否能接引；通过电位器控制接引启停。

控制过程：低位有检测，说明通道内有烟支，接引装置停机不能启动；低位无检测，说明通道内无烟支，当高位出现检测时，接引装置运动至接引待机位等待；当满足低位无检测且高位有检测，并且电位器运动至接引位时，接引装置运行开始接引。当卷烟机停机或故障时，烟支停止供应，电位器值减小，接引装置停机等待。当烟支恢复供应时，接引装置继续运动。运动至底部时，接烟器运动收回，实现烟支的自动接引。

4 设计计算

4.1 设计参数

适合烟支直径d=φ7.8mm；适合烟支长度l=84mm；最高适应速度Vmax=16000支/min；最大承载能力m=5kg；通道宽度范围L=120-185mm；接烟器行程S=1090mm；设备故障率η≤1%；工作班次3次/天。

4.2 初定电机型号

由方案三可以看出，由于接烟板前端沿侧板运动，在旋转过程中需要电机有较好的启停特性，并且需要较好的定位精度，为了保证重复精度，为了保证实时位置定位，需要采用闭环控制。对不同的电机进行比对，根据外形尺寸参数，使用性能，环境因素等综合考虑，初定电机型号为Lexium MDrive系列LMDCE类电机。

4.3 涡轮蜗杆计算

已知传动比i=32，涡轮输出最大扭矩T2=7N·m，蜗轮输出最高速度n=180r/min，要求使用10年，每年工作300日，每日工作10次，每次时间2min启动载荷较小，工作环境温度25～40℃。（所查参数均来自成大先.机械设计手册（第3卷/5版）.北京：化学工业出版社，2008.）

4.4 旋转电机计算

已知烟支重量m1=5kg，旋转接烟板重量m2=0.5kg，旋转杆长度L=254mm。

4.5 链条传动计算

已知烟支质量m1=5kg，接烟器重量m3=3kg，链轮最高转速n=180r/min，传动中心距a=1128mm。

初定链号，由于本传动具有外观要求，所以传动轮材质初定为不锈钢材质，综合考虑，查杭州东华链条集团有限公司.产品样本.2006。初定链号为05B型。初定链轮齿数为19即初定链轮直径d=48.6mm。有q=0.2kg/m，q链条质量kg/m；Q=3500N，Q链条极限拉伸载荷。

由于本传动为间歇低速（v≤0.6m/s）轻载链传动，链条的静强度占主要地位。本文只需做静强度计算。

4.7 制动器计算

由3.6有，T1=256.5N·cm，查VMTT微型失电制动器选型手册。有选VMTT.FMP-056G-24VDC-C型轴孔。

5 结束语

本文所设计的自动接引装置已经申请发明专利和实用新型专利，大幅提升了对异形通道的适应能力，对烟支的自动接引提供了一种较稳定的设计方案。实验表明：该方案自动化程度高、设备故障率低、操作简便、抗污染能力强、维护成本小。该设计方案对同类产品的开发具有重要的参考价值。

参考文献：

[1]成大先.机械设计手册（第5版）[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2][日]日本机械人学会.机器人技术手册[M].宗光华，程君实，等，译.北京：科学出版社，2007.

[3]田奇.仓储物流机械与设备[M].北京：机械工业出版社，2008.

[4]施耐德电气（中国）有限公司.LexiumMdrive产品选型表[Z].2015.

[5]杭州东华链条集团有限公司.自强链条[Z].2006.

[6]HIWIN上银科技有限公司.产品样本[Z].2010.endprint