超高速煙草包裝機的推煙裝置分析

張紅衛

摘要：依據煙草包裝機推煙包機構的組成和工作原理，分析推煙包機構的故障原因及受力情況，并對其內部滑塊進行受力分析;根據推煙包機構的功能要求，確定推煙包機構的運動要求;根據分析結果確定機構優化思路，采用動力學仿真技術對滑塊、導軌、連接裝置和潤滑裝置進行優化設計。

關鍵詞：動力學仿真;煙草包裝機;推煙包機構

前言

為了提高卷煙產品的質量，增強卷煙企業的市場競爭力，提高我國煙草產業整體發展水平，與國際煙草巨頭進行競爭，守住并占領國內卷煙產品在國內外的市場份額，必須將先進的科學技術運用到煙草機械的生產和使用中，使煙草機械產品朝自動化、智能化方向發展。

1煙草包裝機技術的發展現狀

目前國內煙支包裝機主要是以意大利GD公司和的德國的FOCKE公司為主流，其中國內煙草機械公司通過引進意大利GD公司的先進技術，開發出自有知識產權的ZB47系列煙支包裝機，ZB47系列煙支包裝機和GD系列包裝機相比，結構更為合理，生產速度可達450包/分，采用了先進的數據通訊和遠程檢測系統，可通過遠程集中控制技術對機器進行故障診斷、運行數據采集、數據分析等。各項加工指標優于國內外同類產品，經濟指標也達到了國際先進水平。

2煙草包裝機技術的發展趨勢

目前我國對煙草包裝機的研發主要是通過對意大利GD公司和的德國FOCKE公司的產品進行技術引進和吸收，開發出的自有知識產權的ZB47系列煙支包裝機。與GD系列和FOCKE系列包裝機相比，結構更為合理，生產速度可達450包/分。國內自主研發的包裝機采用了先進的數據通訊和遠程檢測系統，機器故障遠程診斷、運行數據遠程采集和分析等先進技術，生產產品各項指標優于國外同類產品，經濟指標也達到了國際先進水平。目前主要是問題是：

（1）機械設備的生產產品速度、自動化水平、可靠性有待進一步提升;

（2）加大對包裝過程中的柔和處理，避免煙支外觀受到不必要的損傷。

3煙草包裝機推煙包機構動力學分析

3.1煙草包裝機推煙包機構的組成及工作原理煙草包裝機推煙包機構組成示意圖如圖1所

示，圖中x為推煙桿行程。

1—推煙桿;2—滑槽;3—滑塊;4—球形副;5—安裝座;6—連桿;7，12—螺釘;8—擺件;9，10—制動電磁鐵;11—連接桿安裝座;13—推煙桿安裝座

圖1煙草包裝機推煙包機構的組成示意圖觀察圖1可知，推煙桿和擺件通過連桿連接，連桿在推煙包機構中起驅動作用，擺件在推煙包機構中不斷擺動，為推煙桿推送煙支提供動力，使推煙桿往復運動，進而完成推送工作。塑料滑塊支撐推煙桿安裝座，塑料滑塊在滑槽內部往復運動，使推煙桿安裝座的徑向轉動和軸向轉動受到約束。在煙草包裝機推煙包的工作過程中，滑塊對稱安裝在推煙桿安裝座上。為保證煙草包裝機推煙包機構工作過程的安全性，推煙桿的行程要小于安裝座的總長。在設定距離之前進行實驗測量，確保滑塊滑動的極限位置與滑槽端面有一段距離，以此擴大運行空間，防止出現碰撞。

3.2煙草包裝機推煙包機構故障原因分析

煙草包裝機推煙包機構在正常工作情況下，前端會保持水平狀態，前端的滑塊在反復運動時很容易出現磨損，導致故障的出現，這也是煙草包裝機推煙包機構最薄弱的部分。如果推煙包的上表面和下表面都出現磨損，整個滑塊厚度就會出現縮減，推煙桿前端的工作位置不再是預先設定的正確位置，會產生一定的變化，這一變化會對煙支推送結果造成很大影響。

4煙草包裝機推煙包機構運動要求

在分析推煙包機構的工作原理及故障原因、確定推煙包機構的受力情況后，根據推煙包機構的功能要求就能確定其運動要求。煙草包裝機推煙包機構在運動時，為了保證煙包推送位置準確、防止碰到下一個被推送的煙包，必須要滿足如下兩個要求：執行端從工位A向工位B移動的過程中必須要保持直線運動;而在回程過程中，則進行曲線運動。

5基于動力學仿真的煙草包裝機推煙包機構優化方法

5.1煙草包裝機推煙包機構優化思路

根據確定的推煙包機構故障原因、受力情況及運動要求，應用動力學仿真技術，對其進行優化設計：

1）根據煙草包裝機推煙包機構的故障原因可知，在推煙包機構中，滑塊發揮著重要作用，一旦滑塊出現磨損，整個機構就很容易出現故障，因此在滑塊的優化設計中，可以使用滾動方法取代傳統的滑動方法，使推煙桿組件在運行過程中受到更小的摩擦力，減小滑塊垂直方向上的受力，進而減小推煙包機構鉸鏈受到的反作用力;

2）在1）中滑塊基礎上，增加兩個發揮約束作用的新滑塊，確保推煙包機構在運動時能夠保持穩定狀態，使導軌中的滑塊運行更穩定;

3）在滾動軸中加入潤滑系統，提高煙草包裝機推煙包機構在運動過程中的穩定性。

5.2基于動力學仿真的煙草包裝機推煙包結構優化設計

根據提出的優化思路，對推煙包機構進行優化設計。在滑塊裝置部分，使用滾動摩擦取代原來的滑動摩擦。同時增大滑塊和導軌的安裝高度（H）和安裝寬度（b），并在滑塊前端設定虛約束，因為在后續改造過程中后滑塊可能要承受更大的載荷，所以前端選擇的是小滑塊，后端選擇的是大滑塊。這種組合方式可以提高動載荷，使煙草包裝機推煙包機構在高速情況下也可以保持穩定運行。

圖2滑塊與導軌的關系圖

滑塊和導軌之間的關系如圖2所示，對圖2中的大滑塊結構和導軌結構進行放大，得到大滑塊結構示意圖以及滑軌側面結構圖，其中L為大滑塊的長度，B為導軌寬度。在對煙草包裝機推煙包機構的滑塊進行優化后，對導軌進行優化設計。在煙草包裝機推煙包機構的左右兩側加入兩個滑塊，這兩個滑塊在運行過程中起到固定作用。為了防止滑塊在運行過程中出現碰撞，增加10mm的余量空間，因為推煙包機構的軸承需要進行潤滑操作，所以選擇的導軌要有潤滑孔。為了將煙草包裝機推煙包機構的各零件連接到一起，本文加入了連接桿，使得推煙包機構在不改變推煙桿原有位置的基礎上，就能夠連接新的機械結構，加入的連接桿。為了使導軌能夠更好地被安裝在煙草包裝機推煙包機構中，對原有的導軌安裝座進行了優化設計：增大安裝座與推煙桿之間的距離，并在后部安裝座上設定一個新的滑軌，使導軌能有足夠的移動空間。在完成滑塊、導軌和連接裝置優化后，為了使摩擦力降到最低，在煙草包裝機推煙包機構中加入潤滑裝置。在油嘴上安裝兩個孔，潤滑油從這兩個孔中流入導軌，當滑塊在導軌中反復運動時，就可以取得潤滑的效果。

結束語

本文引用動力學仿真技術優化設計的煙草包裝機推煙包機構，能夠有效提高煙草包裝機的傳送速度，降低推煙包機構的故障率，具有較強的實用性，為提高煙草包裝機的傳送速度以及降低煙草包裝機推煙包機構的故障率，提供了一種新的解決方法。但受時間限制，目前僅針對煙草包裝機推煙包機構進行了優化設計，后續將結合相關包裝機部件對本文的研究進行深化。

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