包裝機組FOCKE779條煙推送裝置的改進與仿真研究

夏海元

[摘 要] 為解決包裝機組FOCKE779條煙輸出時出現“擠煙”問題，對條煙推送裝置結構、工作原理、設備源程序等進行分析研究，利用曲柄連桿機構和伺服電動機，將原雙氣缸驅動結構改為伺服電機直接驅動裝置。該改進裝置由伺服電機、聯軸器、連桿、推煙擋板等組成，通過伺服電機帶動推煙擋板擺動完成條煙的推送，并利用ADAMS對改進后的條煙推送裝置進行運動特性仿真。

[關 鍵 詞] 包裝機組FOCKE779；條煙推送裝置；擠煙；仿真

[中圖分類號] TS43 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）33-0056-01

FOCKE-FX2硬盒包裝機是德國FOCKE公司推出的新一代硬盒包裝機組，生產能力達700包/min，在國內卷煙企業已廣泛應用。

一、存在的問題

（一）裝置組成

FX2機組主要由小盒包裝機（703）、小盒透明紙包裝機（753）和條盒包裝機（779）組成，整臺機組連線作業，779條煙透明紙包裝機主要完成最外層條煙透明紙包裝，包裝后條煙經推板推送至條煙提升機。779機組的條煙輸出裝置采用雙氣缸驅動式曲柄連桿結構，由兩個互相垂直的氣缸、機架、連接塊、連接銷、支架、推煙桿、連接板和推煙板組成。下面的氣缸驅動推板向前運動，上面的氣缸驅動推板向后運動，從而完成一個完整的推煙動作。

（二）問題分析

徐州卷煙廠現有兩臺FOCKE-FX2機組，在運行近一年的時間內，頻繁出現“條煙輸出堵塞”故障（擠煙）。查找設備源程序發現，該故障是由于氣缸運行超時造成的，當氣缸在做伸出動作時，從起始點到終止點的時間超過設定時間，或者在做縮回動作時，從終止點返回起始點的時間超過設定時間，設備就會出現上述故障而停機。

“擠煙”現象不僅總體上影響整個產線的效率，而且在運行數天后，同樣問題又會出現。進一步分析可知：造成條煙擠煙的主要原因是“氣缸—曲柄連桿機構”組合設計的固有缺陷。缺陷一：活塞式氣缸運動速度和曲柄連桿機構的輸出扭矩都會隨著曲柄轉角和連桿擺角的變化產生周期性波動；缺陷二：氣缸的活塞桿推動曲柄做功過程中，會產生一個作用在汽缸壁的副作用力，該副作用力會加大汽缸壁的磨損，降低壓縮氣體的平穩性，因此設想對條煙推送裝置進行改進。

二、改進方法

通過分析可知，FOCKE-FX2機組產生“擠煙”現象是由“氣缸—曲柄連桿機構”設計缺陷引起的，修改源程序或者在輸出軸上增設限位擋塊都不能消除故障產生的根源，因此利用“伺服電機—曲柄連桿機構”代替原先設計的“氣缸—曲柄連桿機構”。伺服電機的速度和力矩采用閉環控制，控制精度高，克服了“氣缸—曲柄連桿機構”速度和扭矩波動的缺陷，同時速度響應快且運動平穩。改進的條煙推送裝置主要由伺服電機、聯軸器、連接件、連桿、連接塊、連接塊支撐、擋板固定和擋板組成，利用SolidWorks建立主要零件的三維實體模型，然后根據各自之間的裝配關系進行裝配，其結構如下圖所示。該裝置的主要零件選材均為硬鋁合金，該材料具有質輕色美、防銹的優點。

三、仿真實驗

（一）導入幾何模型

SolidWorks中創建的機構各零件三維實體模型，如圖所示。

（二）設置材料屬性

導入模型后，設置材料屬性，分別選取機構的各個零件，將其材料形式（material type）選定為鋁材料（aluminum）。

（三）設置單位和重力加速度

設置系統單位，單擊菜單【Setting】→【Units】→【MMKS】后，彈出單位制設置對話框，將相應的單位設置成所需要的單位制；設置重力加速度，單擊菜單【Settings】→【Gravity】后，彈出Gravity settins設置對話框，重力加速的方向為坐標系-Z方向。

（四）施加載荷和驅動

根據設計要求：每分鐘輸出70條煙，每條煙的重量為260g左右，因此需施加18.2kg的負載，即一個周期的時間T=0.6s，電機轉速n=100r/min，電機角速度w=600d/s，所以在ADAMS中電機輸入端增設一旋轉驅動，旋轉的角速度為600d*time。

四、結論

FOCKE 779硬盒包裝機通過改進“氣缸—曲柄連桿機構”，對改進裝置進行虛擬仿真等，縮短了研發成本與周期。改進后，將條煙推送裝置安裝于其中1臺FOCKE 779包裝機上。通過查詢公司MES系統，改進前平均每臺包裝設備每個月的“擠煙”次數為33次/月，通過統計發現每次FOCKE 779包裝機輸出通道“擠煙”時擠傷條煙數量為10條，處理堵塞故障需要12min；改進后每個月的“擠煙”次數為1次/月，擠煙率降低到3%，“擠煙”引起條煙擠傷數量由改進前的7條/次降低到1條/次，且處理堵塞時間由12min/次降低到45s/次。

參考文獻：

[1]黃城寶，劉長勝.YB95包裝機條煙推送裝置的改進[J].機械工程師，2017（5）：134-136.

[2]陳杰，鄭友東，李二鵬.FX2-779機組條煙排出機構的建模技術與仿真分析[J].自動化博覽，2016（5）：50-53.