超高速烟草包装机的推烟装置分析

张红卫

摘要：依据烟草包装机推烟包机构的组成和工作原理，分析推烟包机构的故障原因及受力情况，并对其内部滑块进行受力分析;根据推烟包机构的功能要求，确定推烟包机构的运动要求;根据分析结果确定机构优化思路，采用动力学仿真技术对滑块、导轨、连接装置和润滑装置进行优化设计。

关键词：动力学仿真;烟草包装机;推烟包机构

前言

为了提高卷烟产品的质量，增强卷烟企业的市场竞争力，提高我国烟草产业整体发展水平，与国际烟草巨头进行竞争，守住并占领国内卷烟产品在国内外的市场份额，必须将先进的科学技术运用到烟草机械的生产和使用中，使烟草机械产品朝自动化、智能化方向发展。

1烟草包装机技术的发展现状

目前国内烟支包装机主要是以意大利GD公司和的德国的FOCKE公司为主流，其中国内烟草机械公司通过引进意大利GD公司的先进技术，开发出自有知识产权的ZB47系列烟支包装机，ZB47系列烟支包装机和GD系列包装机相比，结构更为合理，生产速度可达450包/分，采用了先进的数据通讯和远程检测系统，可通过远程集中控制技术对机器进行故障诊断、运行数据采集、数据分析等。各项加工指标优于国内外同类产品，经济指标也达到了国际先进水平。

2烟草包装机技术的发展趋势

目前我国对烟草包装机的研发主要是通过对意大利GD公司和的德国FOCKE公司的产品进行技术引进和吸收，开发出的自有知识产权的ZB47系列烟支包装机。与GD系列和FOCKE系列包装机相比，结构更为合理，生产速度可达450包/分。国内自主研发的包装机采用了先进的数据通讯和远程检测系统，机器故障远程诊断、运行数据远程采集和分析等先进技术，生产产品各项指标优于国外同类产品，经济指标也达到了国际先进水平。目前主要是问题是：

（1）机械设备的生产产品速度、自动化水平、可靠性有待进一步提升;

（2）加大对包装过程中的柔和处理，避免烟支外观受到不必要的损伤。

3烟草包装机推烟包机构动力学分析

3.1烟草包装机推烟包机构的组成及工作原理烟草包装机推烟包机构组成示意图如图1所

示，图中x为推烟杆行程。

1—推烟杆;2—滑槽;3—滑块;4—球形副;5—安装座;6—连杆;7，12—螺钉;8—摆件;9，10—制动电磁铁;11—连接杆安装座;13—推烟杆安装座

图1烟草包装机推烟包机构的组成示意图观察图1可知，推烟杆和摆件通过连杆连接，连杆在推烟包机构中起驱动作用，摆件在推烟包机构中不断摆动，为推烟杆推送烟支提供动力，使推烟杆往复运动，进而完成推送工作。塑料滑块支撑推烟杆安装座，塑料滑块在滑槽内部往复运动，使推烟杆安装座的径向转动和軸向转动受到约束。在烟草包装机推烟包的工作过程中，滑块对称安装在推烟杆安装座上。为保证烟草包装机推烟包机构工作过程的安全性，推烟杆的行程要小于安装座的总长。在设定距离之前进行实验测量，确保滑块滑动的极限位置与滑槽端面有一段距离，以此扩大运行空间，防止出现碰撞。

3.2烟草包装机推烟包机构故障原因分析

烟草包装机推烟包机构在正常工作情况下，前端会保持水平状态，前端的滑块在反复运动时很容易出现磨损，导致故障的出现，这也是烟草包装机推烟包机构最薄弱的部分。如果推烟包的上表面和下表面都出现磨损，整个滑块厚度就会出现缩减，推烟杆前端的工作位置不再是预先设定的正确位置，会产生一定的变化，这一变化会对烟支推送结果造成很大影响。

4烟草包装机推烟包机构运动要求

在分析推烟包机构的工作原理及故障原因、确定推烟包机构的受力情况后，根据推烟包机构的功能要求就能确定其运动要求。烟草包装机推烟包机构在运动时，为了保证烟包推送位置准确、防止碰到下一个被推送的烟包，必须要满足如下两个要求：执行端从工位A向工位B移动的过程中必须要保持直线运动;而在回程过程中，则进行曲线运动。

5基于动力学仿真的烟草包装机推烟包机构优化方法

5.1烟草包装机推烟包机构优化思路

根据确定的推烟包机构故障原因、受力情况及运动要求，应用动力学仿真技术，对其进行优化设计：

1）根据烟草包装机推烟包机构的故障原因可知，在推烟包机构中，滑块发挥着重要作用，一旦滑块出现磨损，整个机构就很容易出现故障，因此在滑块的优化设计中，可以使用滚动方法取代传统的滑动方法，使推烟杆组件在运行过程中受到更小的摩擦力，减小滑块垂直方向上的受力，进而减小推烟包机构铰链受到的反作用力;

2）在1）中滑块基础上，增加两个发挥约束作用的新滑块，确保推烟包机构在运动时能够保持稳定状态，使导轨中的滑块运行更稳定;

3）在滚动轴中加入润滑系统，提高烟草包装机推烟包机构在运动过程中的稳定性。

5.2基于动力学仿真的烟草包装机推烟包结构优化设计

根据提出的优化思路，对推烟包机构进行优化设计。在滑块装置部分，使用滚动摩擦取代原来的滑动摩擦。同时增大滑块和导轨的安装高度（H）和安装宽度（b），并在滑块前端设定虚约束，因为在后续改造过程中后滑块可能要承受更大的载荷，所以前端选择的是小滑块，后端选择的是大滑块。这种组合方式可以提高动载荷，使烟草包装机推烟包机构在高速情况下也可以保持稳定运行。

图2滑块与导轨的关系图

滑块和导轨之间的关系如图2所示，对图2中的大滑块结构和导轨结构进行放大，得到大滑块结构示意图以及滑轨侧面结构图，其中L为大滑块的长度，B为导轨宽度。在对烟草包装机推烟包机构的滑块进行优化后，对导轨进行优化设计。在烟草包装机推烟包机构的左右两侧加入两个滑块，这两个滑块在运行过程中起到固定作用。为了防止滑块在运行过程中出现碰撞，增加10mm的余量空间，因为推烟包机构的轴承需要进行润滑操作，所以选择的导轨要有润滑孔。为了将烟草包装机推烟包机构的各零件连接到一起，本文加入了连接杆，使得推烟包机构在不改变推烟杆原有位置的基础上，就能够连接新的机械结构，加入的连接杆。为了使导轨能够更好地被安装在烟草包装机推烟包机构中，对原有的导轨安装座进行了优化设计：增大安装座与推烟杆之间的距离，并在后部安装座上设定一个新的滑轨，使导轨能有足够的移动空间。在完成滑块、导轨和连接装置优化后，为了使摩擦力降到最低，在烟草包装机推烟包机构中加入润滑装置。在油嘴上安装两个孔，润滑油从这两个孔中流入导轨，当滑块在导轨中反复运动时，就可以取得润滑的效果。

结束语

本文引用动力学仿真技术优化设计的烟草包装机推烟包机构，能够有效提高烟草包装机的传送速度，降低推烟包机构的故障率，具有较强的实用性，为提高烟草包装机的传送速度以及降低烟草包装机推烟包机构的故障率，提供了一种新的解决方法。但受时间限制，目前仅针对烟草包装机推烟包机构进行了优化设计，后续将结合相关包装机部件对本文的研究进行深化。

参考文献：

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