FC800硬盒包裝機煙支定位機構在新型包裝機中的應用分析與運動仿真

湯達偉

摘 要：為了驗證FC800硬盒包裝機煙支定位機構能否應用于新型硬盒包裝機上，對該機構進行了三維建模和裝配，并結合新的設計參數進行了運動學仿真分析和相位分析，最終證明該機構作相應相位調整后即可適用于新型的硬盒包裝機。

關鍵詞：FC800硬盒包裝機；煙支定位機構；新型；應用分析；運動仿真

中圖分類號：TS434 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）20-0060-03

上海煙草機械有限公司引進德國FOCKE公司FOCKE700S

產品技術生產的FC800硬盒包裝機，采用雙路直包技術，包裝速度為800 包/分，是目前國內煙草企業使用的主要包裝機型之一[1]。煙支定位機構位于煙庫系統的煙支轉塔和鋁箔紙系統的煙組成型輸送通道之間，作用是使“7-6-7”或“7-7-6”排列的煙組進入煙組成型軌道時定位整理煙支，使煙支在前進時比較整齊，利于后續包裝[2]。新型包裝機在FC800包裝機的基礎上進行了功能的改進和優化，同時很多設計環境和參數包括設計基準、執行件相位等都發生了改變，因此需要通過運動仿真等手段對FC800的煙支定位機構在新的設計參數和環境下的應用進行可行性分析，來證明該機構在新設計中是否適用。

1 FC800煙支定位機構分析

1.1 工作原理

FC800的煙支定位機構由共軛凸輪、擺桿及一組連桿和執行元件煙支定位器（俗稱木梳）組成，如圖1所示。當煙組被推手推出煙支轉塔后，煙支定位器在煙組進入鋁箔煙組成型導軌前將煙組理齊，使煙支在前進時比較整齊，利于后續包裝[3]。

FC800煙支定位機構傳動簡圖，如圖2所示。

如圖1及圖2所示，煙支定位機構的動來自于共軛凸輪，共軛凸輪逆時針旋轉，通過凸輪滾子驅動反四邊形機構ABCD擺動，同時連桿3（CD）驅動平行四邊形機構DFGE擺動，煙支定位器安裝在連桿6（FG）上，隨著平行四邊形機構DFGE做水平方向和垂直方向運動，完成理齊煙組前部和避讓返回的動作。

1.2 存在的問題

FC800硬盒包裝機組的第一輸送鏈裝置也就是帶動煙組在煙組成型導軌前進的鏈傳動機構上的推手組件共有14組，每組推手之間的間距為228.6 mm[4]，而新型的包裝機的輸送推手之間的間距為230.5 mm，如圖3所示。

同時，由于兩個機器的設計要求不同，兩種包裝機的執行件相位也不相同，FC800煙支定位機構的相位圖，如圖4所示。從圖中可知，該機構的運動過程可分為三個部分：向導軌板方向接近煙組140 °；抬起回避煙組100 °；停歇120 °，其中 80.7 mm表示的是在停歇段煙支定位器上平面至導軌板上平面的距離。整個過程和煙組之間的間距及煙支長度還有各個動作的持續時間都有關系。所以需要通過設計計算和運動仿真的手段來判定該機構在新型包裝機中的適用性。

2 運動仿真和相位計算

要在新包裝機中試驗FC800的煙支定位機構遇到的問題是煙支定位器的行程是否足夠，是否會和煙組或者導板等零件發生干涉，煙支定位機構的凸輪相位是否需要調整等。要知道這些問題的答案就需要進行運動仿真[5]來解答。

2.1 運動仿真

2.1.1 設定初始條件

首先要證明的是煙支定位機構的行程跨度足夠，能在完成前一組煙支的整理后及時到達下一組煙支的工位，而不與煙支發生干涉。根據新產品的設計規格要求，煙支長度為84 mm，煙組推手的間距為230.5 mm，而FC800煙組推手的間距為 228.6 mm，在運動仿真前設定初始條件是十分重要的，在這個案例中，初始條件就是設定在新機組0位時，煙組、推手及煙支定位機構的位置。

根據新機組的設計參數已知：

①設計基準：以商標紙折疊轉塔中心軸為基準原點；

②當機器為0 °時，在煙支定位機構前的那一組推手距離轉塔中心為1 949.285 mm。

③因設推手間距230.5 mm， 則因機器每轉一周暨一個周期（360 °）走過一組推手，可算得機器每一度，推手走過0.64 mm（230.5/360）。

根據上述條件，在裝配模型中建立0位基準平面，通過快照方式設定推手初始位置[6]。

2.1.2 確定精確位置

由于新包裝機的相位和FC800的相位關系不相同，初始相位位置的差別很大，所以不可能馬上確定煙支定位機構在新包裝機中的相位位置，不過可以通過首先確定機構相位精確調整的條件來倒推其相位位置。從FC800的操作手冊[7]中可以找到這個條件：在整個運行過程中，叉形板和煙組之間的距離始終要大于1 mm。也就是說，在叉形板和煙組之間的最近距離為≥1 mm左右。

根據這一條件，進入PROE機構模塊后，設定煙支定位器和煙組的距離X及煙支定位器高度（距導軌板）H等作為檢測項目，如圖5所示。

設定凸輪的電動機轉速為30 °/s[8]，運動分析的持續時間為12 s，也就是一個周期360 °，然后開始運動仿真，導出檢測項目數據進行分析[9]，不斷更正煙支定位機構中凸輪的起始旋轉角度，最終獲得了和上述精確調整條件非常接近的數據，通過仿真得到的煙支定位器與煙組之間的距離變化圖，如圖6所示。

圖中的橫坐標是時間T，縱坐標是板和煙組的距離X，圖中的平臺區域就是煙支定位器的工作區域，也就是叉形板和煙組之間的最近距離為1 mm～1.1 mm左右的區域。導出的數據表，如圖7所示。可以通過數據篩選找到該區域的位置，該區域用深色標出。

2.2 相位計算

參照FC800煙支定位機構的相位圖可知理論相位檢測點為該機構煙支定位器上平面距導軌板上平面距離的最小數值。因此根據上述數據可以對煙支定位機構在新包裝機中的相位檢測點進行推導。

由圖7可知，當2.2 s時，煙支定位器高度處于最低（50.66 mm），同時推手距轉塔中心1 907.045 mm，由于當機器0 °時，推手距轉塔1 949.285 mm，所以當煙支定位器高度處于最低時，機器相位為（1 949.285-1 907.045）/0.64=66 °。

得到理論檢測相位后，以此類推可以畫出新包裝機煙支定位機構的相位圖，

2.3 運動仿真驗證

確定所有參數后，再次進行運動仿真，驗證了煙支定位器運行平穩，無干涉點，相位正確。以此類推，在100 mm煙支的條件下對煙支定位機構進行運動仿真，結果證明該機構同樣適用。

3 結 語

通過對FC800硬盒包裝機的煙支定位機構的分析以及運動規律的仿真，得到以下結論：

①該機構設計行程跨度足夠，不會與煙組及其他零部件發生干涉，適用于新包裝機的設計要求，無需對結構做重新設計。

②該機構的運動規律不變，但相位根據新包裝機的設計要求需作相應調整，粗調檢測點為66 °。

參考文獻：

[1] 黃德良，龔美華，徐峰.FOCKE FC800超高速硬盒包裝機技術分析[A].

中國煙草學會2010年學術年會論文集[C].2010.

[2] 和平.FOCKE包裝機組[M].昆明：云南科技出版社，2001.

[3] 郭建娟.FOCKE 800硬盒包裝機的機械傳動分析[J].機械工程師，2012，

（9）.

[4] 王東愛.虛擬樣機技術及其在包裝機械設計中的應用[A].中國機械工 程學會年會暨中國工程院機械與運載工程學首屆年會論文集[C].

2006.

[5] 二代龍震工作室。Pro/Mechanism機構/運動分析[M].北京：清華大學出

版社，2011.

[6] 王洪鍵，張曉光.Pro/E仿真在桿自驅動技術上的應用[J].裝備制造技術，

2013，（3）.

[7] 和青芳，徐征.Pro/ Engineer Wildfire 產品設計與機構動力學分析[M].

北京：機械工業出版社，2004.