劉瀾波，韓艷軍，陳 波，李華明，劉荊馨

1. 湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司長沙卷煙廠，長沙市勞動中路426 號 410007

2. 西安理工大學(xué)印刷包裝與數(shù)字媒體學(xué)院，西安市碑林區(qū)金花南路5 號 710048

COMFLEX-MV 是從德國HAUNI 公司引進(jìn)的煙支貯存輸送系統(tǒng)[1]，主要由HCF-M 裝盤機、MAGOMAT-M 卸盤機和RTS-V 輸送裝置組成，煙支輸送速度高達(dá)16 000 支/min。由于HCF-M 裝盤機轉(zhuǎn)角輸送段的煙支輸送鏈排驅(qū)動裝置是一個典型的多從動軸單驅(qū)動鏈傳動[2]，轉(zhuǎn)角輸送段在運行一段時間后容易出現(xiàn)鏈條卡死、導(dǎo)輪過載損壞等故障[3]，影響煙支輸送效率。針對鏈傳動的使用問題，殷玉楓[4]提出了多從動軸單驅(qū)動鏈傳動的滑動摩擦功率概念并給出其計算公式，通過分析滾子鏈磨損條件得到了多從動軸滾子鏈傳動使用壽命計算公式；王建軍等[5]設(shè)計了一種適用于長鏈傳動系統(tǒng)的雙電機驅(qū)動控制系統(tǒng)；岳新生等[6]和楊志剛等[7]分別對三軸鏈傳動的設(shè)計步驟及多從動輪鏈傳動的設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行了分析闡述。但對于根據(jù)實際情況將一級鏈傳動優(yōu)化為多級鏈傳動的改進(jìn)研究則鮮見報道。為此，采用組合式雙聯(lián)鏈輪技術(shù)對HCF-M 裝盤機轉(zhuǎn)角輸送段鏈傳動系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將一級鏈傳動改進(jìn)為兩級鏈傳動，以期簡化鏈傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備故障率，提高機組運行穩(wěn)定性。

1 問題分析

HCF-M 裝盤機轉(zhuǎn)角輸送段作為B 輸入組件中的一個模塊，通過與檢視段模塊聯(lián)動，將PROTOS-M5 卷接機組低位輸出的煙支提升到HCF-M 料庫中，見圖1。檢視段與轉(zhuǎn)角輸送段分別由單獨的AMK 伺服電機控制[8]，當(dāng)煙支流到達(dá)光傳感器B10 時，電機M10 啟動檢視段；當(dāng)煙支流到達(dá)光傳感器B11 時，電機M11 啟動上行的轉(zhuǎn)角輸送段；當(dāng)煙支流上升到光傳感器B13 時，上行轉(zhuǎn)角輸送段的運行速度增加。

圖1 B 輸入組件電氣控制原理圖Fig.1 Principle of electrical control of B input component

轉(zhuǎn)角輸送段是由5 根輸送鏈排組合構(gòu)成的“S”形輸送通道，每根輸送鏈排由一個鏈輪驅(qū)動，5 個鏈輪通過一條B 系列鏈條傳動，鏈條標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為06B-1，鏈節(jié)數(shù)LP為384 節(jié)[9]，整個鏈傳動由AMK 伺服電機M11 驅(qū)動。鏈輪Z1 安裝在電機M11 軸上，電機M11 順時針方向旋轉(zhuǎn)。由圖2 可見，Z1 帶動Z3、Z4 順時針方向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動Z2、Z5、Z6 逆時針方向旋轉(zhuǎn)，保證輸送鏈排運動方向滿足煙支所要求的輸送方向。此外，“S”形輸送通道為通透結(jié)構(gòu)，鏈條布置時必須繞開“S”形通道的通透區(qū)域，才能保證操作安全性。分析可知，造成鏈傳動系統(tǒng)故障頻繁的主要原因是多從動軸鏈傳動系統(tǒng)中包含有3 個鏈輪反向傳動，因增加多個導(dǎo)輪改變鏈條路徑，導(dǎo)致鏈傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜[10]，鏈條長度達(dá)3 657.6 mm，造成帶擋邊導(dǎo)輪磨損，定位精度誤差增大，進(jìn)而出現(xiàn)鏈傳動卡死現(xiàn)象。

圖2 改進(jìn)前機構(gòu)運動簡圖Fig.2 Kinematic sketch of mechanism before improvement

2 改進(jìn)方法

采用組合式雙聯(lián)鏈輪技術(shù)對鏈傳動系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在Z3 鏈輪處增加雙聯(lián)鏈輪Z7 來帶動鏈輪Z4，在Z6 鏈輪處增加雙聯(lián)鏈輪Z8 來帶動鏈輪Z5，改進(jìn)后反向傳動的鏈輪數(shù)由3 個減少為1 個，導(dǎo)輪數(shù)由8 個減少為3 個，主傳動鏈條鏈節(jié)數(shù)由384 節(jié)縮短到188 節(jié)，主傳動鏈條長度由3.7 m 縮短到1.8 m，機構(gòu)運動簡圖見圖3。

圖3 改進(jìn)后機構(gòu)運動簡圖Fig.3 Kinematic sketch of mechanism after improvement

2.1 M11 驅(qū)動電機反向設(shè)計

由圖3 可見，如果M11 驅(qū)動電機仍按原方向旋轉(zhuǎn)，各煙支輸送鏈排則會反向運動。為此，改進(jìn)后通過工控機修改電機參數(shù)將電機換向，即將HCF-M 的機器參數(shù)“B 輸入段向左旋轉(zhuǎn)”由默認(rèn)“關(guān)閉”修改為“接通”，實現(xiàn)M11 驅(qū)動電機轉(zhuǎn)向切換，以保證5根從動軸旋轉(zhuǎn)方向和傳動比保持不變。

2.2 雙聯(lián)鏈傳動設(shè)計

根據(jù)Z3 與Z4、Z5 與Z6 兩對相鄰鏈輪轉(zhuǎn)向一致的特點，可以將Z4 和Z5 通過雙聯(lián)鏈輪進(jìn)行傳動，并將原來的長傳動鏈分解成3 個短傳動鏈，故需要在Z3 和Z6 鏈輪的芯軸上再安裝一個相同齒數(shù)的鏈輪。如果將新增鏈輪安裝在Z3 和Z6 鏈輪外側(cè)，則需要對Z3、Z4、Z5、Z6 的4 根芯軸重新設(shè)計和更換，改進(jìn)成本和工作量較大，因此將新增鏈輪安裝在Z3 和Z6 鏈輪內(nèi)側(cè)較合適。為保證改進(jìn)前后鏈傳動的鏈條工作面不變，以軸的裝配臺階為基準(zhǔn)，鏈輪內(nèi)側(cè)到裝配臺階的距離為12 mm。圖4可見，鏈輪內(nèi)側(cè)到內(nèi)六角圓柱頭螺釘之間的距離a為16 mm，06B 鏈條銷軸寬度為13.5 mm，則內(nèi)側(cè)鏈條銷軸端與外側(cè)鏈輪的間隙只有2.5 mm。由于新增鏈輪厚度約為6 mm，可得鏈條銷軸端伸出鏈輪的寬度為（13.5-6）/2=3.75 mm。為避免內(nèi)、外側(cè)鏈條發(fā)生干涉，距離a 必須大于13.5+3.75=17.25 mm。

圖4 改進(jìn)前轉(zhuǎn)角輸送段鏈傳動結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure of chain drive at turning section before improvement

為增大內(nèi)側(cè)鏈輪的安裝空間，在保證外球面軸承[11]連接強度的前提下，將圖4 中的內(nèi)六角圓柱頭螺釘和普通墊圈改進(jìn)為沉頭螺釘和錐面墊圈，見圖5。改進(jìn)后外側(cè)鏈輪與沉頭螺釘?shù)拈g距b為23 mm，內(nèi)側(cè)鏈輪與沉頭螺釘?shù)拈g距c 為8 mm，保證了內(nèi)側(cè)鏈輪的安裝空間。此外，將連接法蘭與內(nèi)側(cè)鏈輪設(shè)計為整體結(jié)構(gòu)，即采用帶圓臺的鏈輪。改進(jìn)后外側(cè)鏈輪相對外球面軸承的基準(zhǔn)不變，內(nèi)側(cè)鏈輪與外球面軸承接觸面到圓臺平面的距離為12 mm。

圖5 改進(jìn)后單鏈輪傳動結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure of single sprocket drive after improvement

2.3 Z4、Z5 鏈輪傳動設(shè)計

由圖3 可見，Z4、Z5 分別通過Z7、Z8 傳動，因此Z4、Z5 在傳動軸上的安裝位置需做相應(yīng)改變，具體設(shè)計參數(shù)與雙聯(lián)鏈傳動設(shè)計類似，即將圖4中內(nèi)六角圓柱頭螺釘和普通墊圈改進(jìn)為沉頭螺釘和錐面墊圈，并將連接法蘭與鏈輪設(shè)計成整體結(jié)構(gòu)，見圖6。為保證鏈輪回轉(zhuǎn)平面在同一垂直面上，內(nèi)側(cè)鏈輪與沉頭螺釘?shù)拈g距c 為8 mm。

2.4 鏈節(jié)數(shù)計算

鏈節(jié)數(shù)LP的計算公式[12]為：

式中：LP為鏈節(jié)數(shù)；a 為兩鏈輪中心距，mm；p為鏈節(jié)節(jié)距，mm；z1為鏈輪Z1 齒數(shù)；z2為鏈輪Z2齒數(shù)。

經(jīng)現(xiàn)場測量，Z4 與Z7 間的中心距a=265 mm，Z4 與Z7 的齒數(shù)分別為23 和31，鏈號06B 的節(jié)距p=9.525 mm，故Z4 與Z7 間的鏈節(jié)數(shù)LP=2a/p+（z7+z4）/2+[（z7-z4）/2π]2p/a=82.69。為保證鏈條松邊有一定的安裝垂度[13]，避免過度使用鏈節(jié)，LP取偶數(shù)為84 節(jié)。同理得到Z5 與Z8 間的鏈節(jié)數(shù)為78 節(jié)，主傳動鏈的鏈節(jié)數(shù)為188 節(jié)。

圖6 改進(jìn)后Z4、Z5 鏈輪傳動結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structure of Z4-Z5 sprocket drive after improvement

3 改進(jìn)效果

3.1 試驗設(shè)計

材料：“白沙（精品）”牌卷煙（由湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司長沙卷煙廠提供）。

設(shè)備：6 臺PROTOS-M5 卷接機組對接的HCF-M 裝盤機（德國HAUNI 公司）。

方法：改進(jìn)后6 臺PROTOS-M5 卷接機組對接的HCF-M 裝盤機分別更換4 個新鏈輪，其他鏈輪、導(dǎo)輪和鏈條仍采用原件。通過MES 生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，統(tǒng)計改進(jìn)前后各12 個月轉(zhuǎn)角輸送段鏈傳動系統(tǒng)的運行情況。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1 可見，改進(jìn)前6 臺機組設(shè)備多次出現(xiàn)轉(zhuǎn)角輸送段鏈傳動故障，每臺設(shè)備每年故障次數(shù)平均為4.7 次，維修時間平均為346.5 min；改進(jìn)后6臺設(shè)備均運行穩(wěn)定，未出現(xiàn)任何轉(zhuǎn)角輸送段鏈傳動故障。在不改變整個鏈傳動系統(tǒng)各從動軸同步關(guān)系的前提下，有效提高了鏈傳動穩(wěn)定性。

表1 改進(jìn)前后轉(zhuǎn)角輸送段鏈傳動系統(tǒng)故障統(tǒng)計Tab.1 Statistics of failures of chain drive system at turning section before and after improvement

4 結(jié)論

采用組合式雙聯(lián)鏈輪技術(shù)對HCF-M 裝盤機轉(zhuǎn)角輸送段鏈傳動系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，在不改變鏈傳動系統(tǒng)各從動軸同步關(guān)系的前提下，主傳動鏈條鏈節(jié)數(shù)縮短196 節(jié)，主傳動鏈條長度縮短1.9 m，反向傳動鏈輪數(shù)減少2 個，鏈條導(dǎo)輪數(shù)減少5 個，降低了鏈條磨損造成的累計誤差，提高了鏈傳動穩(wěn)定性。以長沙卷煙廠生產(chǎn)的“白沙（精品）”牌卷煙為對象進(jìn)行測試，結(jié)果表明：改進(jìn)后HCF-M 裝盤機鏈傳動系統(tǒng)一年內(nèi)故障次數(shù)減少4.7 次/臺，維修時間縮短346.5 min/臺，提高了卷接設(shè)備生產(chǎn)效率。該技術(shù)可在COMFLEX 系列、S90、YF17 等采用鏈傳動技術(shù)的煙支貯存輸送系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。