引线成形机的研究设计

王伟奇 严文超 方 瑛

（湖北三峡职业技术学院，湖北 宜昌443000）

烟花爆竹用引线属于易燃易爆物品，生产过程中存在较多的高危因素和安全隐患。引线的生产工艺流程需要经过六种不同的车间，具体流程为：先将火药原材料经粉碎车间粉碎成合格的目数，再将粉碎好的材料运送到混合车间进行混合搅拌，又再将混合均匀的火药黏稠液体运送到引线成形车间，通过简易成形机直接成形制造出湿引线，还需经绕引车间绕成筐或筒状，运送到晒场进行自然晾晒、最后通过回引车间绕城成品卷。引线在整个生产过程中经过多次的拆卷，造成产生过程中浪费较大、生产周期较长、操作人员偏多、工作场地污染较大等不足，从而影响引线生产效益和生产的安全性。扭捻式引线成形机依据引线成形原理，对原引线机主要装置进行改进设计，将原多车间功能集成一体，能够直接实现原料到成品的生产过程，减少生产场地和污染状态，减少生产操作人员，提高生产过程的安全性，提高工厂经济效益，解决生产过程中的问题，这对引线生产具有理论意义和重大的应用价值。

1 结构设计

按照企业实际需求，提出引线成形机的两种成形模式，一是扭捻成形模式；二是用胶水涂粘，先铺一层皮纸，涂火药和胶水，再铺第二层皮纸[1-2]。在引线实际生产过程中，需要进行烘干和收卷，扭捻成形引线抗拉能力强于胶水涂粘模式引线，且扭捻成形的物料成本更低，故采用扭捻式成形方式[3-4]。

按照扭捻式成形方式，设计整体传动结构，结构示意图如图1 所示。各部分零件的特征与功能，主要传动部分：由动力源电机发出动力，经V 带传动带动I 级传动轴转动，再经锥形带传动带动II 级传动轴转动，最后仍是经V 带传动带动III 级传动轴转动。其他传动部分：一方面：由II 级传动轴上带有蜗杆传动，将传动方向改变，再经一对锥齿轮又将传动方向改回，带动了滚珠丝杠做回转运动，使得丝母上的连杆做往复运动；另一方面，由II 级传动轴上装有圆带轮，经过导轮可带动药斗上方的轴转动，起到搅拌作用。

图1 引线成形机结构示意图

由上述传动结构原理可知，引线的成形主要是靠III 级传动轴转动带动线筒转动，而线筒上方有个小导轮，使得引线始终处于线筒上方，通过燕尾形扭捻折叠装置进行引线成形，从而形成了扭捻式火药引线成形机，并且小导轮在做往复运动，使得长线筒收线均匀。

2 烘干装置的设计

为了解决引线生产过程中的多次搬运及收卷和湿引线在收卷过程中氯酸钾溶液的飞溅问题，需要对引线烘干然后收卷，完成纸带到引线的一次成型。

烘干装置采用长方形的箱体。引线属柔性元件，则引线在烘箱内的走势一般都是通过滚轮引导[5]，该处的滚轮上应设有过线槽，可以在运转过程中固定引线，使其不偏离设定的运行轨迹；该装置具有多个滚轮，若生产过程出现断线问题，则会造成接线困扰，故应尽量减少滚轮数量。结合扭捻式引线成形机的结构，设计自动恒温烘干装置结构如图2 所示，符合结构简单，滚轮数较少、接线方便的特点。

考虑到两排滚轮之间的距离不应太远，否则会使得烘箱的尺寸过大，烘箱尺寸过大则不易提高温度，需要很长一段时间才能提高烘箱内的整体温度，根据需求500mm 以内的尺寸比较适合。根据烘箱的用途应当是小型恒温加热，故选LG-265V-250T1 产品，该产品具体参数为：长12mm，宽8mm,厚7mm，表面温度250℃，使用电压100～240 V。再根据烘箱烘干湿态引线所需的热量，经热传递就可以确定具体需要买几块这样规格的PTC 加热板，PTC 加热板有自动的温控系统，该板可以编程控制，故不用担心烘箱内温度控制。

图2 自动恒温烘干装置

要提高空气温度，对于气体的传热方式主要是对流，故要气体流动起来[6]，所以，要在烘箱内加一个风扇，一方面增加空气流速，可以通过对流的热传递方式快速提高烘箱内的温度；另一方面在烘箱烘干引线过程中，增加空气流速，也可以提高水份的蒸发速率。

根据扭捻式引线成形机线筒的线速度为0.8m/s，则依照该速度需计算出0.8m 长湿线的含水量，就可根据水的蒸发速率在理论上较准确地计算出水份的蒸发时间。因本方案采取利用热风烘干湿引线，则水的蒸发过程可依据非自然界环境条件下的水表面蒸发速率公式来预测0.8m 湿引线所含水份的蒸发时间，如下公式所示：

根据蒸发水的热量为126J，考虑损失后引线在烘箱内的时间为4s，故可知引线烘干每秒所需热量约为35 J，因单个PTC 加热板每秒可实现热量为0.75J，由此可得出共需42 块12mm×8mm规格的PTC 加热板。

3 引线成形机的虚拟装配及仿真

在扭捻式引线成形机的主要零部件已经设计完成的基础上，通过计算机辅助技术对该机器的零部件进行参数化建模，得了各部分零件的三维立体图，如图3 所示。为了验证改进后的扭捻式引线成形机工作的可靠性，需首先运用软件将各个零部件进行虚拟装配，对装配好的引线机进行运动仿真，一方面可以看出整个新型扭捻式引线成形机的生产运作情况；另一方面可以根据输入的驱动参数，查看输出的参数与期望值是否一样,如图3。

根据扭捻式火药引线成形机的运动特征，对于做回转运动的传动轴、带轮和线筒等，要定义为旋转副；对于丝杠做滑动运动，则定义其为滑动副传动副有齿轮副、齿轮齿条副、线缆副等传动副；对于本机器中的带传动可根据其传动比，用齿轮副模拟，对于锥齿轮、蜗轮蜗杆也同样用齿轮副；如图4 所示，为定义后的传动副总图。

图3 三维立体图

图4 传动副总图

图5 运动动画图

仿真结果分析，设置运动时间为6s，运动过程通过1000 步完成。通过设定输出运动曲线的连杆，能够查看输出效果。通过运动导航器中的“XY-Graphing”,在选择对象中选择线筒；在请求栏中选择“速度”，在组件栏中选择“角度幅值”。通过仿真得到运动动画图如图5 所示。仿真得到该线筒的角度幅值是1.82×103degrees/sec，经换算成转速约为300r/min。输出的线筒转速与期望值非常接近，所以，设计出的新型扭捻式引线成形机是可行的。

结束语

分析了引线的生产工艺流程中存在的各种问题；进行扭捻式引线成型机结构设计；设计了烘干装置实现了一次性生产成品引线的功能，该装置的设计包含烘干方式、引线走势、烘干时间的计算、烘箱内零件的材料选取和结构设计等；根据设计参数进行了三维造型。最后，将引线成形机的主要零部件通过三维软件虚拟装配技术有机结合起来，再做运动仿真进行分析评估，分析结果表明设计出的扭捻式引线成形机的传动系统是可行的。