条烟输送线动力头工艺及其改进应用*

2022-01-14田惠兰

机械研究与应用 2021年6期

田惠兰

(湖南中烟工业有限责任公司，湖南郴州 423000)

0 引言

目前我国烟草生产、烟草消费、吸烟人数均为全球首位，显然已成为全球最大的烟草消费国。随着国内烟草消费与日俱增，制造成本的和原辅材料的价格不断提升，烟草业行需要提高自动化水平，降低制造生产成本，因此，物流系统自动化也成为提高烟草企业自动化水平和管理水平的重要手段[1]，以降低人力成本增加带来的高成本；在“十二五”规划的要求与指引下，自动化技术已经被越来越多的行业所认可，并开始大量应用。

条烟输送系统广泛应用于卷烟厂卷包车间，主要作用是把卷包机出来的条烟输送到封箱机中实现卷烟的集中装箱，减轻工人劳动强度。条烟输送线动力头作为条烟输送过程中的核心部件，主要作用是为条烟输送线提供动力，一直以来使用率极高。为改善产品质量，提高生产自动化设备水平，降低高空安装和维护成本，减少人工安装过程中事故的发生，使故障产品能及时修复，笔者提出了单道单电机独立动力头的改造方案，可以实现在任意时间自动或手动、任意启停单道或多道输送线，其余输送通道完全不受任何影响，减少整体拆机弊端，提高施工效率和质量，具有拆卸和维修方便等优点。

1 现有问题分析

条烟输送线动力头目前普遍采用的是可单道启停离合输送线动力头(牙嵌式电磁离合器动力头)，主要由机架、主动轴、辅助轴、导轮、电磁离合器和底板防护等主要部件组成。可实现单道线控制。其结构如图1所示。

图1 可单道离合(电磁离合)输送线动力头3D图

其原理是通过离合器间的电磁吸附或释放作用，带动输送线的链带和主动轴转动或停止。离合器主要由磁轭、挡板、衔铁和联结等组成。磁轭内装有线圈，并由绝缘良好的环氧树脂浇注，挡板由两个轴承支撑于磁轭上，挡板和衔铁均带有端面齿，衔铁与联结由轴位螺钉固定，里面放置反作用弹簧，使衔环能在联结上灵活位移。当线圈通电后产生磁通，磁力线由磁轭，挡板，衔铁形成闭合回路，从而吸合两端面齿，使之相互啮合传递扭矩。线圈断电后磁通逐渐消失，衔铁通过反作用弹簧迅速脱开，使得离合器终止扭矩传递。装箱机、收集机发生故障或滑道堵塞需要停止输送线时，从电机快速启动，在从电机和主电机的速度一致时，从离合器闭合，主离合器断开，从电机慢速带动输送线停止。故障清除后，输送线启动，从离合器闭合，从电机带动输送线运行，在从电机和主电机的速度一致时，主离合器闭合，从离合器断开，输送线由主电机带动运行，从电机快速停止。

因为离合器是组合在一根主轴上，一旦其中一个离合器出现故障，则需要整体停机才能进行维修。现有电磁离合器动力头的主要不足如下。

(1) 即停即止，摩擦大。当某一条道发生故障需停止运行时，离合器突然脱开，输送线迅速从高速运行中停止，对输送线和输送产品造成强大的冲击，产生摩擦噪音，对链轮的精度产生影响，减少输送线的使用寿命。

(2) 体积和重量大，安装难度大。平均重量达400 kg左右，安装过程中需用叉车进行高空作业，吊装进行空中悬挂，其体积和重量的因素，安装过程难度较大。进行维修时，需整体进行拆卸，不利于安装和维修。

(3) 产品受损严重。因其为即停即止装置，强大的冲击力导致输送线突然停止运转，条烟间距较小，在惯性作用下，随着动力驱动发生撞击，而条烟包装为软硬纸，容易挤压变形；输送线部件较多，其任一部件损坏或故障，都将导致输送线停止运转，增加输送线运行风险，极大的影响输送线上的产品。

(4) 维护困难，不易拆卸和安装。因其体积和重量大，由2台电机带动离合器动力头运转，其中任一动力头损坏，都将导致所有输送线无法正常运行，需对其进行整机拆解维护；同时其处于高空悬挂状态，结构复杂，需整体拆机放置地面进行维护，离合器串联于一条轴上，需进行逐一拆除，方可进行更换，增加工作难度。条烟易受损，产品合格率不高。

(5) 电磁离合器易损坏。因电磁离合器是通过磁力吸附作用进行工作，弹簧间的反作用迅速脱开，使得离合器终止扭矩传递，易受加工、安装、零部件损耗和磁性等因素影响使用性能。两轴必须保持同轴度，方可正常运转，长时间急停，促使离合器间的摩擦，对链轮和磁轭造成损伤，同时离合器易受周围局部微观污染，需时常进行清洗和维护，保证其性能稳定，加之可单道启停离合输送线动力头拆卸不方便等因素，对整体维修和维护困难。

2 方案分析及设计改进

2.1 设计思路

可单道启停离合动力头因其结构、性能和操作等方面的因素，需对其进行改进，提出可行的设计方案和仿真模型。设计改造在保留其现有的功能和性能基础上进行，即可继承原功能，又可引入新技术，为其改造和创新提供新思路。方案步骤如图2所示。

图2 设计方案与步骤

可单道启停离合动力头主轴和离合器串联的方式进行连接，为使其达到单道单电机可控状态，各输送线启停运转，互不干扰的功能。每条道由一台小功率电机驱动一个装有两半式链轮的主轴进行传动。相比于可单道启停离合动力头的功率，相同道数配置的单道单电机总额定功率远小于可单道离合动力头，其成本方面并未增加。各输送线独立后，在相同道数下，其重量为可单道输送线的一半，体积较小，方便拆卸和安装。

各输送线达到单道可控状态后，需确保其运行过程的稳定，避免急停急转的情况下发生撞击，对产品质量造成损坏；单道单电机动力头的启动是通过变频器驱动电机运行，电机带动安装在主动轴上的传动链轮来实现输送线链板的运行，然后通过变频器变频将该道输送线缓慢停止，已达到缓慢停止的柔性启动或停止。

对可单道离合动力头进行改进，实现通用性，其原有部件的零部件继续使用，再设计过程中，考虑对其原部件进行修改或更换，以降低大面积更换带来的高额成本，以及原材料的浪费。

为了实现实时操作和监控运行状态，采用PLC人机界面控制，实现系统和设备对接，通过界面反映设备运行情况，对故障进行报警并显示，需对系统进行修订和完善，以达到监控、预警和检修显示功能。

2.2 工作原理

根据构思和设想的方案进行仿真设备模拟，利用烟厂的现有输送线和供应商的技术，对动力头进行改造，实现了单道单电机控制。其结构如图3所示。

图3 单道单电机输送线动力头-3D图

单道单电机动力头主要由电机、主动轴、传动链轮、链带回程托板和机架等组成。通过主控制柜PLC采集上下游输送的启停信号来单独控制每条线的单独启动与停止。单道输送线的启动是通过变频器驱动电机运行，电机带动安装在主动轴上的传动链轮来实现输送线链板的运行。变频器通过设定相关参数能实现电机由0～50 Hz无级调速，稳定电机驱动电流。使用变频器驱动是为了减少在启动瞬间对链板(高分子聚成材料-POM)的冲击。同理，单道输送线的停止也是通过变频器停止电机运行，变频器将电机由50 Hz缓慢的降至0 Hz，是为了减少在高速运行的链板瞬间停止带来的冲击。