毛仁凡,祝智斌

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Protos2-2型卷接機(jī)組接煙鼓輪旋轉(zhuǎn)鼓槽運(yùn)動(dòng)分析

毛仁凡*,祝智斌

(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司 研究所, 湖南 常德, 415000)

用Matlab軟件分析了Protos2-2型卷接機(jī)組接煙鼓輪旋轉(zhuǎn)鼓槽的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn), 得到了該運(yùn)動(dòng)中的一些相關(guān)參量之間的關(guān)系, 通過(guò)對(duì)接煙過(guò)程中鼓槽與蜘蛛手爪的位置關(guān)系分析, 從理論上驗(yàn)證了機(jī)組工作過(guò)程中旋轉(zhuǎn)鼓槽不會(huì)與蜘蛛手爪運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉. 該分析方法可為接煙鼓輪改進(jìn)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo).

Protos2-2型卷接機(jī)組; 接煙鼓輪; 旋轉(zhuǎn)鼓槽; 運(yùn)動(dòng)分析

Protos2-2型卷接機(jī)組是目前世界上最先進(jìn)的卷接機(jī)組之一, 在未來(lái)幾年將成為我國(guó)卷煙行業(yè)的主力機(jī)型. 它采用了雙煙槍技術(shù), 大幅提高了卷煙生產(chǎn)速度. 其接煙鼓輪需要同時(shí)接收2根雙倍長(zhǎng)度煙支, 接煙過(guò)程比單煙槍卷接機(jī)組復(fù)雜很多[1]. 本文利用Matlab軟件作圖分析接煙鼓輪旋轉(zhuǎn)鼓槽的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及接煙過(guò)程中其與蜘蛛手爪的位置關(guān)系, 從理論上驗(yàn)證兩者不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉.

1 接煙鼓輪的相關(guān)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

接煙鼓輪最外層可近似為中空?qǐng)A柱體, 圖1所示為圓柱體外圓的一部分, 其上有固定的半圓弧鼓槽1, 其接煙結(jié)構(gòu)中軸與接煙鼓輪中軸相距168 mm; 另有可活動(dòng)的爪2在外側(cè), 其一端帶有旋轉(zhuǎn)鼓槽3, 另一端連接有軸承4, 作為滾子在接煙鼓輪內(nèi)部的槽凸輪輪槽中運(yùn)動(dòng), 曲線C表示軸承的運(yùn)動(dòng)軌跡. 爪轉(zhuǎn)折處固連的軸插入中空?qǐng)A柱體孔6中, 該孔中軸距接煙鼓輪中軸146 mm.孔6中軸、固定鼓槽接煙結(jié)構(gòu)中軸分別與接煙鼓輪中軸連線的夾角為11.0°. 接煙鼓輪共有14個(gè)固定鼓槽和14個(gè)旋轉(zhuǎn)鼓槽, 其中固定鼓槽均勻分布在圓周上, 旋轉(zhuǎn)鼓槽長(zhǎng)= 90 mm. 接煙鼓輪工作時(shí), 中空?qǐng)A柱體的旋轉(zhuǎn)通過(guò)孔6中的軸帶動(dòng)爪運(yùn)動(dòng), 與爪端軸承在凸輪中的運(yùn)動(dòng)共同決定活動(dòng)爪旋轉(zhuǎn)鼓槽的位置. 圖1也表示接煙鼓輪與蜘蛛手之間傳遞煙支時(shí)的情況, 7為蜘蛛手爪. 其外爪與固定鼓槽匹配, 內(nèi)爪與旋轉(zhuǎn)鼓槽匹配, 其內(nèi)爪接煙結(jié)構(gòu)中軸到接煙鼓輪中軸距離為206 mm.

可按煙支接收位置和煙支傳出位置將接煙鼓輪每旋轉(zhuǎn)一周的運(yùn)動(dòng)分成3個(gè)過(guò)程.旋轉(zhuǎn)鼓槽運(yùn)動(dòng)到接煙位置, 與相應(yīng)的固定鼓槽同時(shí)共接收2根雙倍長(zhǎng)煙支; 接煙后, 旋轉(zhuǎn)鼓槽逐漸運(yùn)動(dòng)到固定鼓槽所在圓周上, 且與相鄰兩固定鼓槽的距離相等, 在進(jìn)入傳煙位置之前, 使得煙支在鼓輪表面均勻分布, 進(jìn)而將煙支傳遞給煙支切割鼓輪; 之后旋轉(zhuǎn)鼓槽運(yùn)動(dòng)再次進(jìn)入接煙位置.鼓槽上帶有氣孔, 通過(guò)負(fù)壓空氣使得煙支傳遞出去之前能被吸附在槽內(nèi).

圖1 接煙鼓輪局部結(jié)構(gòu)及接煙位置

2 接煙鼓輪旋轉(zhuǎn)鼓槽的運(yùn)動(dòng)分析

根據(jù)凸輪的數(shù)控加工坐標(biāo)點(diǎn)可得圖2所示接煙鼓輪中凸輪從動(dòng)件軸承的位移線圖[2], 對(duì)其采用6階多項(xiàng)式擬合. 為提高曲線擬合精度, 對(duì)> 2 mm部分?jǐn)M合得到方程=(), 其系數(shù)為(-30.991,-79.532, 78.849, 89.813,-77.962,-26.543, 136.975), 相關(guān)系數(shù)2= 0.999 9. 相應(yīng)范圍為(-45.7°, 42.3°). 此范圍外旋轉(zhuǎn)鼓槽基本貼在中空?qǐng)A柱體表面作圓周運(yùn)動(dòng). 下文所分析雙倍煙支長(zhǎng)度取卷接機(jī)組可用的最大長(zhǎng)度180 mm.

圖2 凸輪從動(dòng)件軸承位移線圖

圖3 活動(dòng)爪簡(jiǎn)化模型

活動(dòng)爪簡(jiǎn)化模型如圖3中結(jié)構(gòu)CAB所示, AC = 40.0 mm, AB = 68.3 mm, ∠CAB = 73.6°. 其中點(diǎn)A隨接煙鼓輪做圓周運(yùn)動(dòng), 點(diǎn)C對(duì)應(yīng)軸承中心, 點(diǎn)B為旋轉(zhuǎn)鼓槽接煙結(jié)構(gòu)中軸.以圖1所示接煙時(shí)接煙鼓輪中軸到固定鼓槽接煙結(jié)構(gòu)中軸方向?yàn)檩S正方向, 豎直向上為軸正方向(圖3), 其中,分別表示,方向位移. 建立活動(dòng)爪旋轉(zhuǎn)鼓槽接煙結(jié)構(gòu)中軸B隨變動(dòng)的方程. 通過(guò)Matlab軟件繪圖得到點(diǎn)B的軌跡(圖4)及與的關(guān)系曲線(圖5)[3]. 當(dāng)= 11.0°時(shí),max= 206 mm, 此距離正是接煙時(shí)旋轉(zhuǎn)鼓槽方向所需位移, 從理論上驗(yàn)證了凸輪輪廓滿足接煙需求. 由圖5可得當(dāng)> 168 mm時(shí),∈ (-14.0°, 43.0°), 此范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)鼓槽進(jìn)入了蜘蛛手爪出現(xiàn)的區(qū)域, 可能會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉.

圖4 旋轉(zhuǎn)鼓槽B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡

圖5 相匹配的蜘蛛手爪及旋轉(zhuǎn)鼓槽y向位置關(guān)系. 1—函數(shù)N - Q曲線 2—函數(shù)P曲線.

圖6 旋轉(zhuǎn)鼓槽與下一蜘蛛手爪y向位置關(guān)系. 3—函數(shù)Q-N-30.5曲線; 4—函數(shù)M曲線.

3 接煙鼓輪旋轉(zhuǎn)鼓槽與蜘蛛手爪運(yùn)動(dòng)干涉分析

由于活動(dòng)爪在接煙鼓輪圓周上均勻分布, 只需分析單個(gè)活動(dòng)爪上旋轉(zhuǎn)鼓槽與蜘蛛手爪的位置關(guān)系. Protos2-2型卷接機(jī)組采用7爪蜘蛛手, 相應(yīng)的= 144 mm,= 46 mm[4]. 其角速度為接煙鼓輪的1倍.接煙時(shí), 旋轉(zhuǎn)鼓槽位于與其匹配的蜘蛛手爪與晚2π/(7)進(jìn)入接煙位置的蜘蛛手爪之間, 分析該旋轉(zhuǎn)鼓槽與它們是否運(yùn)動(dòng)干涉. 以蜘蛛手輪體中軸到接煙位置的方向?yàn)檩S正方向,軸正方向同前, 取接煙時(shí)為計(jì)時(shí)零點(diǎn), 此時(shí)0= 11.0°, 相匹配的蜘蛛手手爪公轉(zhuǎn)角度= 2(-0), 建立蜘蛛手爪軸位移關(guān)于的函數(shù), 相應(yīng)的軸位移為. 圖5中-曲線表示相匹配的蜘蛛手爪和旋轉(zhuǎn)鼓槽向的位置關(guān)系, 分析得其值始終不小于0, 即兩者不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉. 圖4中,> 205 mm時(shí), 曲線上對(duì)應(yīng)點(diǎn)向變動(dòng)約為29.0 mm, 此段近似為豎直向上運(yùn)動(dòng), 同時(shí)對(duì)應(yīng)的蜘蛛手爪也做近似的豎直向上運(yùn)動(dòng), 且兩者豎直方向距離-< 0.7 mm, 曲線1斜率接近于0, 即速度差小, 有利于煙支的平穩(wěn)柔和交接.

旋轉(zhuǎn)鼓槽與比其晚2π/(7)進(jìn)入接煙位置的蜘蛛手爪的位置關(guān)系如圖6中曲線3所示, 相應(yīng)函數(shù)--30.5, 其中30.5 mm為修正尺寸. 以下對(duì)可能干涉的范圍(-14.0°, 43.0°)分2個(gè)階段討論: 旋轉(zhuǎn)鼓槽未到接煙位置, 此時(shí)旋轉(zhuǎn)鼓槽未接收煙支, 即∈(-14.0°, 11.0°), 當(dāng)> (+)-180/2-/2 = 51 mm(由圖6曲線4可得此時(shí)>-0.4°)時(shí), 帶煙支的蜘蛛手與不帶煙支的旋轉(zhuǎn)鼓槽在平面的投影有重疊, 但該階段--30.5 > 0, 即旋轉(zhuǎn)鼓槽始終在相應(yīng)蜘蛛手爪上方, 無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉; 當(dāng)旋轉(zhuǎn)鼓槽到接煙位置取得180 mm煙支后, 此時(shí)∈ (11.0°, 43.0°), 相應(yīng)> (+)-180/2-180/2 = 6 mm(此時(shí)>-7.4°), 同上分析可知無(wú)運(yùn)動(dòng)干涉. 即接煙鼓輪旋轉(zhuǎn)鼓槽與蜘蛛手爪運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生干涉.

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)接煙鼓輪旋轉(zhuǎn)鼓槽及其與蜘蛛手爪位置關(guān)系的分析, 揭示了接煙鼓輪旋轉(zhuǎn)鼓槽的運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 從理論上驗(yàn)證了機(jī)組工作時(shí), 接煙鼓輪旋轉(zhuǎn)鼓槽不會(huì)與蜘蛛手爪發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉. Matlab繪圖能在指定的精度范圍內(nèi)形象且精確地描敘各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 是分析復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的有效手段[5]. 當(dāng)對(duì)接煙鼓輪、蜘蛛手等進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí), 可采用作圖法來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)干涉情況, 指導(dǎo)相應(yīng)參數(shù)的選用.

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The movement analysis of movable grooves of the take-over drum in protos 2-2 cigarette making and filter assembling group

MAO Ren-fan, ZHU Zhi-bin

(Research Institute, Changde Tobacco Machinery Co. Ltd, Changde 415000, China)

By the movement analysis on movable grooves of the take-over drum in protos 2-2 cigarette making and filter assembling group by Matlab, it shows the relationship among the related parameters of the movement, it also proves that the interference between movable grooves of the take-over drum and the transfer units does not exist when working. The analysis method can guide the improved design of the take-over drum.

protos 2-2 cigarette making and filter assembling group; take-over drum; movable groove; movement analysis

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.01.022

TS 43

1672-6146(2013)01-0089-03

email: mrf04@163.com.

2013-01-17

(責(zé)任編校:江 河)