條煙輸送線動(dòng)力頭工藝及其改進(jìn)應(yīng)用*

田惠蘭

(湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 郴州 423000)

0 引 言

目前我國(guó)煙草生產(chǎn)、煙草消費(fèi)、吸煙人數(shù)均為全球首位，顯然已成為全球最大的煙草消費(fèi)國(guó)。隨著國(guó)內(nèi)煙草消費(fèi)與日俱增，制造成本的和原輔材料的價(jià)格不斷提升，煙草業(yè)行需要提高自動(dòng)化水平，降低制造生產(chǎn)成本，因此，物流系統(tǒng)自動(dòng)化也成為提高煙草企業(yè)自動(dòng)化水平和管理水平的重要手段[1]，以降低人力成本增加帶來(lái)的高成本；在“十二五”規(guī)劃的要求與指引下，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被越來(lái)越多的行業(yè)所認(rèn)可，并開(kāi)始大量應(yīng)用。

條煙輸送系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于卷煙廠卷包車間，主要作用是把卷包機(jī)出來(lái)的條煙輸送到封箱機(jī)中實(shí)現(xiàn)卷煙的集中裝箱，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。條煙輸送線動(dòng)力頭作為條煙輸送過(guò)程中的核心部件，主要作用是為條煙輸送線提供動(dòng)力，一直以來(lái)使用率極高。為改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備水平，降低高空安裝和維護(hù)成本，減少人工安裝過(guò)程中事故的發(fā)生，使故障產(chǎn)品能及時(shí)修復(fù)，筆者提出了單道單電機(jī)獨(dú)立動(dòng)力頭的改造方案，可以實(shí)現(xiàn)在任意時(shí)間自動(dòng)或手動(dòng)、任意啟停單道或多道輸送線，其余輸送通道完全不受任何影響，減少整體拆機(jī)弊端，提高施工效率和質(zhì)量，具有拆卸和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。

1 現(xiàn)有問(wèn)題分析

條煙輸送線動(dòng)力頭目前普遍采用的是可單道啟停離合輸送線動(dòng)力頭(牙嵌式電磁離合器動(dòng)力頭)，主要由機(jī)架、主動(dòng)軸、輔助軸、導(dǎo)輪、電磁離合器和底板防護(hù)等主要部件組成。可實(shí)現(xiàn)單道線控制。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 可單道離合(電磁離合)輸送線動(dòng)力頭3D圖

其原理是通過(guò)離合器間的電磁吸附或釋放作用，帶動(dòng)輸送線的鏈帶和主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)或停止。離合器主要由磁軛、擋板、銜鐵和聯(lián)結(jié)等組成。磁軛內(nèi)裝有線圈，并由絕緣良好的環(huán)氧樹(shù)脂澆注，擋板由兩個(gè)軸承支撐于磁軛上，擋板和銜鐵均帶有端面齒，銜鐵與聯(lián)結(jié)由軸位螺釘固定，里面放置反作用彈簧，使銜環(huán)能在聯(lián)結(jié)上靈活位移。當(dāng)線圈通電后產(chǎn)生磁通，磁力線由磁軛，擋板，銜鐵形成閉合回路，從而吸合兩端面齒，使之相互嚙合傳遞扭矩。線圈斷電后磁通逐漸消失，銜鐵通過(guò)反作用彈簧迅速脫開(kāi)，使得離合器終止扭矩傳遞。裝箱機(jī)、收集機(jī)發(fā)生故障或滑道堵塞需要停止輸送線時(shí)，從電機(jī)快速啟動(dòng)，在從電機(jī)和主電機(jī)的速度一致時(shí)，從離合器閉合，主離合器斷開(kāi)，從電機(jī)慢速帶動(dòng)輸送線停止。故障清除后，輸送線啟動(dòng)，從離合器閉合，從電機(jī)帶動(dòng)輸送線運(yùn)行，在從電機(jī)和主電機(jī)的速度一致時(shí)，主離合器閉合，從離合器斷開(kāi)，輸送線由主電機(jī)帶動(dòng)運(yùn)行，從電機(jī)快速停止。

因?yàn)殡x合器是組合在一根主軸上，一旦其中一個(gè)離合器出現(xiàn)故障，則需要整體停機(jī)才能進(jìn)行維修。現(xiàn)有電磁離合器動(dòng)力頭的主要不足如下。

(1) 即停即止，摩擦大。當(dāng)某一條道發(fā)生故障需停止運(yùn)行時(shí)，離合器突然脫開(kāi)，輸送線迅速?gòu)母咚龠\(yùn)行中停止，對(duì)輸送線和輸送產(chǎn)品造成強(qiáng)大的沖擊，產(chǎn)生摩擦噪音，對(duì)鏈輪的精度產(chǎn)生影響，減少輸送線的使用壽命。

(2) 體積和重量大，安裝難度大。平均重量達(dá)400 kg左右，安裝過(guò)程中需用叉車進(jìn)行高空作業(yè)，吊裝進(jìn)行空中懸掛，其體積和重量的因素，安裝過(guò)程難度較大。進(jìn)行維修時(shí)，需整體進(jìn)行拆卸，不利于安裝和維修。

(3) 產(chǎn)品受損嚴(yán)重。因其為即停即止裝置，強(qiáng)大的沖擊力導(dǎo)致輸送線突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)，條煙間距較小，在慣性作用下，隨著動(dòng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)生撞擊，而條煙包裝為軟硬紙，容易擠壓變形；輸送線部件較多，其任一部件損壞或故障，都將導(dǎo)致輸送線停止運(yùn)轉(zhuǎn)，增加輸送線運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，極大的影響輸送線上的產(chǎn)品。

(4) 維護(hù)困難，不易拆卸和安裝。因其體積和重量大，由2臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)離合器動(dòng)力頭運(yùn)轉(zhuǎn)，其中任一動(dòng)力頭損壞，都將導(dǎo)致所有輸送線無(wú)法正常運(yùn)行，需對(duì)其進(jìn)行整機(jī)拆解維護(hù)；同時(shí)其處于高空懸掛狀態(tài)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需整體拆機(jī)放置地面進(jìn)行維護(hù)，離合器串聯(lián)于一條軸上，需進(jìn)行逐一拆除，方可進(jìn)行更換，增加工作難度。條煙易受損，產(chǎn)品合格率不高。

(5) 電磁離合器易損壞。因電磁離合器是通過(guò)磁力吸附作用進(jìn)行工作，彈簧間的反作用迅速脫開(kāi)，使得離合器終止扭矩傳遞，易受加工、安裝、零部件損耗和磁性等因素影響使用性能。兩軸必須保持同軸度，方可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，長(zhǎng)時(shí)間急停，促使離合器間的摩擦，對(duì)鏈輪和磁軛造成損傷，同時(shí)離合器易受周圍局部微觀污染，需時(shí)常進(jìn)行清洗和維護(hù)，保證其性能穩(wěn)定，加之可單道啟停離合輸送線動(dòng)力頭拆卸不方便等因素，對(duì)整體維修和維護(hù)困難。

2 方案分析及設(shè)計(jì)改進(jìn)

2.1 設(shè)計(jì)思路

可單道啟停離合動(dòng)力頭因其結(jié)構(gòu)、性能和操作等方面的因素，需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，提出可行的設(shè)計(jì)方案和仿真模型。設(shè)計(jì)改造在保留其現(xiàn)有的功能和性能基礎(chǔ)上進(jìn)行，即可繼承原功能，又可引入新技術(shù)，為其改造和創(chuàng)新提供新思路。方案步驟如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)方案與步驟

可單道啟停離合動(dòng)力頭主軸和離合器串聯(lián)的方式進(jìn)行連接，為使其達(dá)到單道單電機(jī)可控狀態(tài)，各輸送線啟停運(yùn)轉(zhuǎn)，互不干擾的功能。每條道由一臺(tái)小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)裝有兩半式鏈輪的主軸進(jìn)行傳動(dòng)。相比于可單道啟停離合動(dòng)力頭的功率，相同道數(shù)配置的單道單電機(jī)總額定功率遠(yuǎn)小于可單道離合動(dòng)力頭，其成本方面并未增加。各輸送線獨(dú)立后，在相同道數(shù)下，其重量為可單道輸送線的一半，體積較小，方便拆卸和安裝。

各輸送線達(dá)到單道可控狀態(tài)后，需確保其運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定，避免急停急轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生撞擊，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成損壞；單道單電機(jī)動(dòng)力頭的啟動(dòng)是通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)安裝在主動(dòng)軸上的傳動(dòng)鏈輪來(lái)實(shí)現(xiàn)輸送線鏈板的運(yùn)行，然后通過(guò)變頻器變頻將該道輸送線緩慢停止，已達(dá)到緩慢停止的柔性啟動(dòng)或停止。

對(duì)可單道離合動(dòng)力頭進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)通用性，其原有部件的零部件繼續(xù)使用，再設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮對(duì)其原部件進(jìn)行修改或更換，以降低大面積更換帶來(lái)的高額成本，以及原材料的浪費(fèi)。

為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作和監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，采用PLC人機(jī)界面控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備對(duì)接，通過(guò)界面反映設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警并顯示，需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修訂和完善，以達(dá)到監(jiān)控、預(yù)警和檢修顯示功能。

2.2 工作原理

根據(jù)構(gòu)思和設(shè)想的方案進(jìn)行仿真設(shè)備模擬，利用煙廠的現(xiàn)有輸送線和供應(yīng)商的技術(shù)，對(duì)動(dòng)力頭進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了單道單電機(jī)控制。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 單道單電機(jī)輸送線動(dòng)力頭-3D圖

單道單電機(jī)動(dòng)力頭主要由電機(jī)、主動(dòng)軸、傳動(dòng)鏈輪、鏈帶回程托板和機(jī)架等組成。通過(guò)主控制柜PLC采集上下游輸送的啟停信號(hào)來(lái)單獨(dú)控制每條線的單獨(dú)啟動(dòng)與停止。單道輸送線的啟動(dòng)是通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)安裝在主動(dòng)軸上的傳動(dòng)鏈輪來(lái)實(shí)現(xiàn)輸送線鏈板的運(yùn)行。變頻器通過(guò)設(shè)定相關(guān)參數(shù)能實(shí)現(xiàn)電機(jī)由0～50 Hz無(wú)級(jí)調(diào)速，穩(wěn)定電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流。使用變頻器驅(qū)動(dòng)是為了減少在啟動(dòng)瞬間對(duì)鏈板(高分子聚成材料-POM)的沖擊。同理，單道輸送線的停止也是通過(guò)變頻器停止電機(jī)運(yùn)行，變頻器將電機(jī)由50 Hz緩慢的降至0 Hz，是為了減少在高速運(yùn)行的鏈板瞬間停止帶來(lái)的沖擊。

3 應(yīng)用效果

3.1 技術(shù)特色

基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制了單道單電機(jī)輸送線動(dòng)力頭樣機(jī)，其實(shí)物如圖4所示。主要技術(shù)特點(diǎn)：柔性啟動(dòng)或停止； 優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減輕重量；單線控制和維護(hù)，無(wú)相互干擾；簡(jiǎn)化操作，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程操控；增加故障檢測(cè)功能。

圖4 單道單電機(jī)輸送線動(dòng)力頭-實(shí)物圖

3.2 通用性分析

條煙輸送線單道單電機(jī)動(dòng)力頭，從單線到8線，采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，8款動(dòng)力頭的通用件很多，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，大大提高了設(shè)備的通用性及互換性。單道多線動(dòng)力頭通用性結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 單道多線動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)布置圖

3.3 數(shù)據(jù)分析

輸送線動(dòng)力頭工藝性能參數(shù)指標(biāo)改進(jìn)前后對(duì)比如表1所列。

表1 輸送線動(dòng)力頭工藝性能參數(shù)指標(biāo)改進(jìn)前后對(duì)比

表1數(shù)據(jù)表明，輸送線動(dòng)力頭改進(jìn)后，在鏈板輸送線高速運(yùn)行過(guò)程中，啟動(dòng)或停止其中某道的動(dòng)作，對(duì)輸送鏈帶的沖擊減少到0.25 N/m，鏈帶極限拉力增大了200 kg，線總功率(8道線)最大減少了0.6 kW，配件損耗率最大減少了2%，控制網(wǎng)絡(luò)均能采用Profibus dp、Devicenet等控制方式。

4 結(jié) 語(yǔ)

單道單電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸送線動(dòng)力頭因其體積小，重量輕，柔性啟動(dòng)或停止，實(shí)時(shí)監(jiān)控和易維護(hù)等多種優(yōu)勢(shì)，極大的提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平；尤其在其重量上，由多重串聯(lián)結(jié)構(gòu)改為單道單電機(jī)一對(duì)一的方式連接，減輕了重量，方便安裝，故障易拆卸和維修，無(wú)需復(fù)雜的工程，降低人工和生產(chǎn)成本。

采用PLC人機(jī)界面操控輸送線動(dòng)力頭，對(duì)輸送線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)單道單線控制，各輸送線間互不干擾，降低因維修所花費(fèi)的時(shí)間和維修成本；實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警顯示功能，無(wú)需復(fù)雜的排查過(guò)程，通過(guò)界面的提示定位排除，有針對(duì)性和目的性的檢查，提高了維護(hù)和使用效率。