烟草机械送烟机构设计与性能测试

烟草机械送烟机构设计与性能测试

王耀羚

四川中烟有限责任公司成都卷烟厂 四川成都 610011

摘要：烟草包装中的主要问题是送烟机构的冲击力过大，容易造成烟支折断、破损，甚至会导致包装失效和包装过程停机。为了将包装过程中的刚性冲击转变为柔性冲击，该文采用行星轮系设计出一种柔性的送烟机构，该机构包括行星轮、中间轮和内齿圈。并在结构设计的基础上，进一步采用ProE进行了三维建模和装配。最后进行了两组试验，对该文设计的送烟机构进行性能测试。第一组试验测试了包装过程中的动态特性，加速度曲线、径向力曲线、径向力矩曲线都表现为正弦曲线，冲击是柔性的。第二组试验测试了该文送烟机构和连杆送烟机构、凸轮送烟机构完成包装的破损率，结果显示该文设计的送烟机构完成包装的破损率大大低于另外两种机构，优势十分明显。本文主要分析烟草机械送烟机构设计与性能测试。

关键词：烟草机械；送烟机构；柔性设计；性能测试

引言

过滤嘴香烟是目前烟草售卖的主要品种，将过滤嘴香烟规律排列成20支或10支是目前的主要包装形式。但是，因为过滤嘴香烟本身无法承受较高载荷，如果包装过程中产生的冲击力较大，就会造成香烟损坏。一旦出现这种情况，不仅会产生整盒包装废品率，还会使生产线包装效率下降，严重时甚至可能引发停机。所以提升烟草机械的包装效率的关键是进行合理的送烟机构设计。该文以行星轮系为送烟机构的机械设计框架，通过柔性设计尽可能减少送烟过程中的刚性冲进，进而提升包装效率、降低包装过程中可能出现的废品率。

1、系统基本原理

烟草机械送烟控制系统具有重要作用。想要从根本上保障烟草机械送烟控制系统处在液力平衡状态，需了解内部液体的主要特性，以发挥其最大的辅助作用。对于能量压力的变化目标，重点需要匹配活塞尺寸，将压力范围作为基准，以达到控制的最终结果。该系统构成要素主要涉及动力元件、执行元件和辅助元件3部分。第一，动力元件。动力元件的存在可以为系统运行提供帮助，使其功率一直保持在充足状态，满足系统需求。烟草机械送烟系统的动力元件具有不可忽视性，发挥着重要作用，一般需设置相应的“齿轮泵”。第二，执行元件。这一元件可以形成执行泵等各类设备，可以将压力转变为机械能。液体压力属于关键能源，短期内可实现设备换向，能够进一步控制液体流量，符合系统运行需求。第三，辅助元件。该元件的作用是实现动力与执行元件的相互连接。实际应用过程中，需要确保3种元件能够有机合作，提高系统运行的工作效率。

2、送烟机构的仿真装配

该文以行星轮系为主体方案设计出了送烟机构，但其装配过程比较烦琐，需要通过仿真手段分析完成该装配的可行性。在行星轮系中，外啮合和内啮合同时存在，再加上行星轮数目较多，如果装配错误，就会导致行星轮系无法按照预期的规则运动，也就无法保证准确送烟和完成包装。该文根据理论分析和装配经验，先对第一个行星轮进行装配，即实现该行星轮和内齿圈、该行星轮和中间轮的装配，然后再对第二、三、四、五个行星轮进行装配，装配流程如下。第一个环节，在三维建模和仿真软件Pro/E平台上确定轴架的初始位置，这个位置一定要在布局、视角等方面具有合理性，这是后续装配过程的基础。第二个环节，在三维建模和仿真软件Pro/E平台上以轴架为基础确定各个齿轮的回转轴线位置。因为是行星轮系，所以这些轴线应该是平行的。从便于装配的角度考虑，要避免这些轴线出现遮挡。第三个环节，在三维建模和仿真软件Pro/E平台上确定内齿圈、中间轮、第一个行星轮的约束，根据这些约束条件完成第一个行星轮的装配。第四个环节，重复上述3个环节，依次实现第二、第三、第四、第五个行星轮的安装，进而完成整个送烟机构行星轮系的装配。

3、机械送烟控制系统的作用

3.1机械送烟动态演示平台设计思路

（1）提出适用于智能制造专业群机械基础课程教学的机械送烟机构动态演示平台的设计策略。对国内现有机械送烟机构演示教具进行探究，采用跟踪观察、师生访谈的方法，分析现有教具在使用中存在的问题，挖掘当前高职院校机械专业教师对机械送烟演示教具的实际功能需要。对职业教育规划教材《机械基础》进行分析，将机械送烟机构作为重点研究内容，包括齿轮机构、带轮机构、行星轮系、螺旋机构、连杆机构等等，对其进行分类，并提出配套《机械基础》课程标准且适用于现在教学的设计策略。通过查阅资料、专家咨询，从生产生活中探索搜集最前沿科技产物中机械送烟机构的应用，从智能制造专业群相关教学实训室探索搜集机械送烟的应用。（2）机械送烟机构演示平台的动态化设计。机械送烟教具的动态化制作是通过一个电机的驱动，带动主动轮进行转动，在主动轮进行转动的同时，还可以带动被动轮进行转动，当电机能够同时带动主动轮和被动轮转动，送烟比准确，结构也比较丰富，在使用中有较强的耐磨性和耐油性，并且抗老化性能较好，在使用时间方面可以延长。（3）机械送烟演示平台的智能化设计。选择单片机或Arduino控制板作为控制元件，结合动态机械送烟教具进行C语言的编程，最终能实现智能化演示效果，提升了教具的趣味性。

3.2利用限位装置进行补偿

在安装过程中应严格按照烟草泵安装要求来设置合适的限位装置。主要包括限位弹簧以及限位螺钉。通过设定合适的位置使压油到一定程度后才能进入相应的工作位置。限位弹簧又分为弹簧锁止和弹簧限位两种。一般情况下弹簧锁止时油泵的压力不会发生波动而不会对油泵产生太大的影响；但是由于限位弹簧会产生反向作用，导致烟草泵从一个地方进入另一个地方时会造成油泵内部的压力下降。这时可以通过安装弹簧限位开关使压力保持在一个位置，但也不可以将其完全关闭。当其不被关闭时则可以用弹簧来平衡烟草泵内各阀件的压力。

3.3数控车床中应用烟草机械送烟控制系统

在数控车床中应用烟草机械送烟控制系统主要表现在加工各种轴类、盘类零件，以及车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体等方面。采用烟草送烟控制系统涉及的原理包括主轴箱烟草系统和尾台烟草系统两种形式，主轴箱烟草系统同时充当了变速箱的换挡及润滑的角色，以便在不通电时保持尾座烟草缸处于夹紧状态，使尾台在工作时更加安全可靠。根据数控车床的特点，分设为主轴箱和尾台两个独立的烟草系统来选用不同的烟草泵及换向阀等元件，使其可以充分满足数控车床不同部件的动作要求，提高其合理性、经济性和实用性。例如，在数控车床的自动换刀装置中，烟草刀塔需要包括壳体，壳体内要有圆柱形腔体，并且壳体前端的腔体口要有轴线与腔体轴线在同一直线上的圆环形固定端齿盘，固定端尺盘与腔体之间要有圆环形烟草缸，腔体内要有轴线与腔体轴线在同一直线上的刀盘轴。所以在换刀的时候，先用立式烟草刀塔的环形烟草缸推动刀盘轴上的环形活塞，使其沿轴向向前运动，带动刀盘轴和刀盘沿轴向向前运动，使刀盘上的活动端齿盘脱离与固定端齿盘的啮合；然后用刀盘轴的旋转驱动装置驱动刀盘轴旋转，让下一加工步骤所用的新刀较为准确地转到工作位置；再用环形烟草缸推动刀盘轴上的环形活塞沿轴向向后运动，让刀盘上的活动端齿盘与固定端齿盘恢复啮合，压迫端齿盘，使刀盘精准地定位从而实现换刀。但通过活动端齿盘与固定端齿盘啮合使刀盘定位时容易产生移动的现象。针对这种情况，可以采用一体化结构形式来有效延长烟草刀塔的使用寿命。

结束语

为了实现烟草机械送烟控制系统的有效应用，要树立现代发展理念，掌握烟草机械传统控制系统的相关概念，结合实际，在机械设计制造中积极应用烟草机械送烟控制系统，从而为各项生产工作提供帮助，提高工作效率，降低生产成本，促进机械设计制造行业的可持续发展。

参考文献：

[1]蔡潇，叶智彪，夏鸿刚.工程机械送烟机构行星轮系的建模与仿真[J].筑路机械与施工机械化，2022，32（1）：55-56.

[2]靳为民，徐国华.机械手在Super9卷接机组烟支调头机构上的应用[J].烟草科技，2021，30（6）：47-48.

[3]栗勇伟，马少军，吴志强.PROTOS卷接机组蜘蛛手送烟机构同步带失效的原因及对策[J].中国设备工程，2021，11（2）：32-34.

[4]丁永强，崔广夫.烟草送烟控制系统在机械设计及制造中的应用分析[J].中国设备工程，2021（19）：110-111.

[5]王佳乐.机械设计制造中烟草机械控制系统的应用解析[J].花炮科技与市场，2020（2）：268.