FC800硬盒包裝機煙支定位機構(gòu)在新型包裝機中的應(yīng)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(gòu)能否應(yīng)用于新型硬盒包裝機上，對該機構(gòu)進行了三維建模和裝配，并結(jié)合新的設(shè)計參數(shù)進行了運動學(xué)仿真分析和相位分析，最終證明該機構(gòu)作相應(yīng)相位調(diào)整后即可適用于新型的硬盒包裝機。

關(guān)鍵詞：FC800硬盒包裝機；煙支定位機構(gòu)；新型；應(yīng)用分析；運動仿真

中圖分類號：TS434 文獻標(biāo)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(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的FC800硬盒包裝機，采用雙路直包技術(shù)，包裝速度為800 包/分，是目前國內(nèi)煙草企業(yè)使用的主要包裝機型之一[1]。煙支定位機構(gòu)位于煙庫系統(tǒng)的煙支轉(zhuǎn)塔和鋁箔紙系統(tǒng)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(xù)包裝[2]。新型包裝機在FC800包裝機的基礎(chǔ)上進行了功能的改進和優(yōu)化，同時很多設(shè)計環(huán)境和參數(shù)包括設(shè)計基準(zhǔn)、執(zhí)行件相位等都發(fā)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(gòu)在新的設(shè)計參數(shù)和環(huán)境下的應(yīng)用進行可行性分析，來證明該機構(gòu)在新設(shè)計中是否適用。

1 FC800煙支定位機構(gòu)分析

1.1 工作原理

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

FC800煙支定位機構(gòu)傳動簡圖，如圖2所示。

如圖1及圖2所示，煙支定位機構(gòu)的動來自于共軛凸輪，共軛凸輪逆時針旋轉(zhuǎn)，通過凸輪滾子驅(qū)動反四邊形機構(gòu)ABCD擺動，同時連桿3（CD）驅(qū)動平行四邊形機構(gòu)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(gòu)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(dǎo)軌前進的鏈傳動機構(gòu)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(shè)計要求不同，兩種包裝機的執(zhí)行件相位也不相同，F(xiàn)C800煙支定位機構(gòu)的相位圖，如圖4所示。從圖中可知，該機構(gòu)的運動過程可分為三個部分：向?qū)к壈宸较蚪咏鼰熃M140 °；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(dǎo)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(xù)時間都有關(guān)系。所以需要通過設(shè)計計算和運動仿真的手段來判定該機構(gòu)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(gòu)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(dǎo)板等零件發(fā)生干涉，煙支定位機構(gòu)的凸輪相位是否需要調(diào)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(shè)定初始條件

首先要證明的是煙支定位機構(gòu)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(fā)生干涉。根據(jù)新產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)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(shè)定初始條件是十分重要的，在這個案例中，初始條件就是設(shè)定在新機組0位時，煙組、推手及煙支定位機構(gòu)的位置。

根據(jù)新機組的設(shè)計參數(shù)已知：

①設(shè)計基準(zhǔn)：以商標(biāo)紙折疊轉(zhuǎn)塔中心軸為基準(zhǔn)原點；

②當(dāng)機器為0 °時，在煙支定位機構(gòu)前的那一組推手距離轉(zhuǎn)塔中心為1 949.285 mm。

③因設(shè)推手間距230.5 mm， 則因機器每轉(zhuǎn)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(jù)上述條件，在裝配模型中建立0位基準(zhǔn)平面，通過快照方式設(shè)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(guān)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(gòu)在新包裝機中的相位位置，不過可以通過首先確定機構(gòu)相位精確調(diào)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(jù)這一條件，進入PROE機構(gòu)模塊后，設(shè)定煙支定位器和煙組的距離X及煙支定位器高度（距導(dǎo)軌板）H等作為檢測項目，如圖5所示。

設(shè)定凸輪的電動機轉(zhuǎn)速為30 °/s[8]，運動分析的持續(xù)時間為12 s，也就是一個周期360 °，然后開始運動仿真，導(dǎo)出檢測項目數(shù)據(jù)進行分析[9]，不斷更正煙支定位機構(gòu)中凸輪的起始旋轉(zhuǎn)角度，最終獲得了和上述精確調(diào)整條件非常接近的數(shù)據(jù)，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(biāo)是時間T，縱坐標(biāo)是板和煙組的距離X，圖中的平臺區(qū)域就是煙支定位器的工作區(qū)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(qū)域。導(dǎo)出的數(shù)據(jù)表，如圖7所示。可以通過數(shù)據(jù)篩選找到該區(qū)域的位置，該區(qū)域用深色標(biāo)出。

2.2 相位計算

參照FC800煙支定位機構(gòu)的相位圖可知理論相位檢測點為該機構(gòu)煙支定位器上平面距導(dǎo)軌板上平面距離的最小數(shù)值。因此根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以對煙支定位機構(gòu)在新包裝機中的相位檢測點進行推導(dǎo)。

由圖7可知，當(dāng)2.2 s時，煙支定位器高度處于最低（50.66 mm），同時推手距轉(zhuǎn)塔中心1 907.045 mm，由于當(dāng)機器0 °時，推手距轉(zhuǎn)塔1 949.285 mm，所以當(dāng)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(gòu)的相位圖，

2.3 運動仿真驗證

確定所有參數(shù)后，再次進行運動仿真，驗證了煙支定位器運行平穩(wěn)，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(gòu)進行運動仿真，結(jié)果證明該機構(gòu)同樣適用。

3 結(jié) 語

通過對FC800硬盒包裝機的煙支定位機構(gòu)的分析以及運動規(guī)律的仿真，得到以下結(jié)論：

①該機構(gòu)設(shè)計行程跨度足夠，不會與煙組及其他零部件發(fā)生干涉，適用于新包裝機的設(shè)計要求，無需對結(jié)構(gòu)做重新設(shè)計。

②該機構(gòu)的運動規(guī)律不變，但相位根據(jù)新包裝機的設(shè)計要求需作相應(yīng)調(diào)整，粗調(diào)檢測點為66 °。

參考文獻：

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中國煙草學(xué)會2010年學(xué)術(shù)年會論文集[C].2010.

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[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，

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[4] 王東愛.虛擬樣機技術(shù)及其在包裝機械設(shè)計中的應(yīng)用[A].中國機械工 程學(xué)會年會暨中國工程院機械與運載工程學(xué)首屆年會論文集[C].

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[7] 和青芳，徐征.Pro/ Engineer Wildfire 產(chǎn)品設(shè)計與機構(gòu)動力學(xué)分析[M].

北京：機械工業(yè)出版社，2004.