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

目前我國煙草生產(chǎn)、煙草消費、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國。隨著國內(nèi)煙草消費與日俱增，制造成本的和原輔材料的價格不斷提升，煙草業(yè)行需要提高自動化水平，降低制造生產(chǎn)成本，因此，物流系統(tǒng)自動化也成為提高煙草企業(yè)自動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的高成本；在“十二五”規(guī)劃的要求與指引下，自動化技術(shù)已經(jīng)被越來越多的行業(yè)所認(rèn)可，并開始大量應(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出來的條煙輸送到封箱機中實現(xiàn)卷煙的集中裝箱，減輕工人勞動強度。條煙輸送線動力頭作為條煙輸送過程中的核心部件，主要作用是為條煙輸送線提供動力，一直以來使用率極高。為改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)自動化設(shè)備水平，降低高空安裝和維護成本，減少人工安裝過程中事故的發(fā)生，使故障產(chǎn)品能及時修復(fù)，筆者提出了單道單電機獨立動力頭的改造方案，可以實現(xiàn)在任意時間自動或手動、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。

1 現(xiàn)有問題分析

條煙輸送線動力頭目前普遍采用的是可單道啟停離合輸送線動力頭(牙嵌式電磁離合器動力頭)，主要由機架、主動軸、輔助軸、導(dǎo)輪、電磁離合器和底板防護等主要部件組成。可實現(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)輸送線動力頭3D圖

其原理是通過離合器間的電磁吸附或釋放作用，帶動輸送線的鏈帶和主動軸轉(zhuǎn)動或停止。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)氧樹脂澆注，擋板由兩個軸承支撐于磁軛上，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，銜鐵通過反作用彈簧迅速脫開，使得離合器終止扭矩傳遞。裝箱機、收集機發(fā)生故障或滑道堵塞需要停止輸送線時，從電機快速啟動，在從電機和主電機的速度一致時，從離合器閉合，主離合器斷開，從電機慢速帶動輸送線停止。故障清除后，輸送線啟動，從離合器閉合，從電機帶動輸送線運行，在從電機和主電機的速度一致時，主離合器閉合，從離合器斷開，輸送線由主電機帶動運行，從電機快速停止。

因為離合器是組合在一根主軸上，一旦其中一個離合器出現(xiàn)故障，則需要整體停機才能進行維修。現(xiàn)有電磁離合器動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)生故障需停止運行時，離合器突然脫開，輸送線迅速從高速運行中停止，對輸送線和輸送產(chǎn)品造成強大的沖擊，產(chǎn)生摩擦噪音，對鏈輪的精度產(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400 kg左右，安裝過程中需用叉車進行高空作業(yè)，吊裝進行空中懸掛，其體積和重量的因素，安裝過程難度較大。進行維修時，需整體進行拆卸，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，強大的沖擊力導(dǎo)致輸送線突然停止運轉(zhuǎn)，條煙間距較小，在慣性作用下，隨著動力驅(qū)動發(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)致輸送線停止運轉(zhuǎn)，增加輸送線運行風(fēng)險，極大的影響輸送線上的產(chǎn)品。

(4) 維護困難，不易拆卸和安裝。因其體積和重量大，由2臺電機帶動離合器動力頭運轉(zhuǎn)，其中任一動力頭損壞，都將導(dǎo)致所有輸送線無法正常運行，需對其進行整機拆解維護；同時其處于高空懸掛狀態(tài)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需整體拆機放置地面進行維護，離合器串聯(lián)于一條軸上，需進行逐一拆除，方可進行更換，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磁力吸附作用進行工作，彈簧間的反作用迅速脫開，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，方可正常運轉(zhuǎn)，長時間急停，促使離合器間的摩擦，對鏈輪和磁軛造成損傷，同時離合器易受周圍局部微觀污染，需時常進行清洗和維護，保證其性能穩(wěn)定，加之可單道啟停離合輸送線動力頭拆卸不方便等因素，對整體維修和維護困難。

2 方案分析及設(shè)計改進

2.1 設(shè)計思路

可單道啟停離合動力頭因其結(jié)構(gòu)、性能和操作等方面的因素，需對其進行改進，提出可行的設(shè)計方案和仿真模型。設(shè)計改造在保留其現(xiàn)有的功能和性能基礎(chǔ)上進行，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)計方案與步驟

可單道啟停離合動力頭主軸和離合器串聯(lián)的方式進行連接，為使其達到單道單電機可控狀態(tài)，各輸送線啟停運轉(zhuǎn)，互不干擾的功能。每條道由一臺小功率電機驅(qū)動一個裝有兩半式鏈輪的主軸進行傳動。相比于可單道啟停離合動力頭的功率，相同道數(shù)配置的單道單電機總額定功率遠小于可單道離合動力頭，其成本方面并未增加。各輸送線獨立后，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。

各輸送線達到單道可控狀態(tài)后，需確保其運行過程的穩(wěn)定，避免急停急轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生撞擊，對產(chǎn)品質(zhì)量造成損壞；單道單電機動力頭的啟動是通過變頻器驅(qū)動電機運行，電機帶動安裝在主動軸上的傳動鏈輪來實現(xiàn)輸送線鏈板的運行，然后通過變頻器變頻將該道輸送線緩慢停止，已達到緩慢停止的柔性啟動或停止。

對可單道離合動力頭進行改進，實現(xiàn)通用性，其原有部件的零部件繼續(xù)使用，再設(shè)計過程中，考慮對其原部件進行修改或更換，以降低大面積更換帶來的高額成本，以及原材料的浪費。

為了實現(xiàn)實時操作和監(jiān)控運行狀態(tài)，采用PLC人機界面控制，實現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備對接，通過界面反映設(shè)備運行情況，對故障進行報警并顯示，需對系統(tǒng)進行修訂和完善，以達到監(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)，對動力頭進行改造，實現(xiàn)了單道單電機控制。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 單道單電機輸送線動力頭-3D圖

單道單電機動力頭主要由電機、主動軸、傳動鏈輪、鏈帶回程托板和機架等組成。通過主控制柜PLC采集上下游輸送的啟停信號來單獨控制每條線的單獨啟動與停止。單道輸送線的啟動是通過變頻器驅(qū)動電機運行，電機帶動安裝在主動軸上的傳動鏈輪來實現(xiàn)輸送線鏈板的運行。變頻器通過設(shè)定相關(guān)參數(shù)能實現(xiàn)電機由0～50 Hz無級調(diào)速，穩(wěn)定電機驅(qū)動電流。使用變頻器驅(qū)動是為了減少在啟動瞬間對鏈板(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變頻器停止電機運行，變頻器將電機由50 Hz緩慢的降至0 Hz，是為了減少在高速運行的鏈板瞬間停止帶來的沖擊。

3 應(yīng)用效果

3.1 技術(shù)特色

基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計，研制了單道單電機輸送線動力頭樣機，其實物如圖4所示。主要技術(shù)特點：柔性啟動或停止； 優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減輕重量；單線控制和維護，無相互干擾；簡化操作，實時遠程操控；增加故障檢測功能。

圖4 單道單電機輸送線動力頭-實物圖

3.2 通用性分析

條煙輸送線單道單電機動力頭，從單線到8線，采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，8款動力頭的通用件很多，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 單道多線動力頭的結(jié)構(gòu)布置圖

3.3 數(shù)據(jù)分析

輸送線動力頭工藝性能參數(shù)指標(biāo)改進前后對比如表1所列。

表1 輸送線動力頭工藝性能參數(shù)指標(biāo)改進前后對比

表1數(shù)據(jù)表明，輸送線動力頭改進后，在鏈板輸送線高速運行過程中，啟動或停止其中某道的動作，對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

單道單電機驅(qū)動輸送線動力頭因其體積小，重量輕，柔性啟動或停止，實時監(jiān)控和易維護等多種優(yōu)勢，極大的提高了生產(chǎn)自動化水平；尤其在其重量上，由多重串聯(lián)結(jié)構(gòu)改為單道單電機一對一的方式連接，減輕了重量，方便安裝，故障易拆卸和維修，無需復(fù)雜的工程，降低人工和生產(chǎn)成本。

采用PLC人機界面操控輸送線動力頭，對輸送線進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)單道單線控制，各輸送線間互不干擾，降低因維修所花費的時間和維修成本；實現(xiàn)故障報警顯示功能，無需復(fù)雜的排查過程，通過界面的提示定位排除，有針對性和目的性的檢查，提高了維護和使用效率。