FY117型废烟支处理机排序装置的改进.pdf

2024 年 1 月第 57 卷第 1 期烟草科技Tobacco Science&TechnologyJan.2024Vol.57 No.1摘要：为解决FY117型废烟支处理机排序装置中下烟机构烟支堵塞、各运动件发生干涉而导致故障停机等问题，设计了一种开关式下烟机构，并对排序装置中各运动件的驱动方式进行了改进。开关式下烟机构可上下移动且下烟槽底部安装有开关板。为配合改进后烟支释放方式，将输送烟支的双面齿形带调整至下烟槽正下方，利用凸轮传动机构代替气缸驱动使下烟槽中不同朝向的烟支间歇释放至双面齿形带凹槽中。基于下烟机构、齿形带和开关板等运动件的时序控制要求，采用Solidworks软件对凸轮凹槽的轮廓曲线进行设计，确保各运动件运动平稳并避免发生干涉。以厦门烟草工业有限责任公司生产的“七匹狼（纯境）”牌卷烟为对象进行测试，结果表明：FY117废烟支处理机排序装置改进后，下烟机构烟支堵塞次数由10次/班次降低至0.5次/班次，设备运行效率由75%提高至90%。该技术可为提高废烟支处理效率提供支持。关键词：FY117型废烟支处理机；排序装置；下烟机构；凸轮机构；时序控制中图分类号：TS43文献标志码：A文章编号：1002-0861（2024）01-0098-06收稿日期：2023-06-25录用日期：2023-08-15基金项目：福建中烟工业有限责任公司2022年度科技项目“精益柔性残烟支集中回收处理技术研究”（FJZYKJJH2022YB023）。第一作者：刘仁瑞（1975），男，硕士，高级工程师，从事烟草设备技术改造管理工作。E-mail：*通信作者：张可洲（1973），男，本科，工程师，从事企业管理工作。E-mail：引用本文：刘仁瑞，戴团结，马存国，等.FY117型废烟支处理机排序装置的改进 J.烟草科技，2024，57（1）：98-103.（LIU Renrui，DAI Tuanjie，MA Cunguo，et al.Modification of collation device in FY117 waste cigarette processorJ.TobaccoScience&Technology，2024，57（1）：98-103.DOI：10.16135/j.issn1002-0861.2023.0367）FY117型废烟支处理机排序装置的改进刘仁瑞1，戴团结1，马存国1，刘长胜1，李涛2，练孔辉2，张可洲*11.厦门烟草工业有限责任公司，福建省厦门市海沧新阳工业区新阳路1号3610262.常德瑞华制造有限公司，湖南省常德市工业新区2号路518号415000Modification of collation device in FY117 waste cigarette processorLIU Renrui1,DAI Tuanjie1,MA Cunguo1,LIU Changsheng1,LI Tao2,LIAN Konghui2,ZHANG Kezhou*11.Xiamen Tobacco Industrial Co.,Ltd.,Xiamen 361026,Fujian,China2.Changde Ruihua Manufacturing Co.,Ltd.,Changde 415000,Hunan,ChinaAbstract：To solve problems such as jam in the cigarette hopper mechanism and interferencebetween moving parts,a flapper-type cigarette hopper was designed for the FY117 waste cigaretteprocessor accordingly,the driving mechanism was modified.The hopper mechanism is movablevertically and has a flapper at the bottom end.The double-sided tooth timing belt for conveyingcigarettes is placed directly under the cigarette hopper.Instead of the air cylinder,a grooved camtransmission mechanism is used to agitate the cigarettes of random orientations within the cigarettehopper and intermittently releases the cigarettes into the grooves of the double-sided tooth timingbelt.To coordinate the movements of the cigarette hopper mechanism and the flapper with that of thetoothed timing belt,the profile of the grooved cam was designed using Solidworks software.Themodified collation device was tested with“Septwolves(Chunjing)”brand cigarettes produced byXiamen Tobacco Industrial Corporation Limited.The results showed that the frequency of jam in thecigarette hopper mechanism decreased from 10 times to 0.5 times per shift,and the operatingefficiency of the equipment increased from 75%to 90%.This technology supports the promotion ofwaste cigarette processing efficiency.第 57 卷第 1 期FY117型废烟支处理机是将杂乱的废烟支进行分选、整理、排序、调头汇流和搓揉后，基于气吹式原理从烟支滤嘴端喷射高压气流，将烟丝从烟支段中分离出来。其中，排序工序是利用排序装置将烟库中不同朝向的烟支呈单支状态分离后送入调头汇流工序，但在烟支分离过程中容易出现下烟机构被折断的废烟支堵塞、各运动件动作不平稳等问题。近年来，针对废烟处理设备已有较多改进研究。王俊等1基于ZJ116型卷接机组设计了一种新型废烟支提升输送装置，解决了输送带易磨损、维护保养周期短等问题；汤治国2对FY36型废烟支处理机工作腔落料口处的导流风扇进行改进，解决了废烟支在进料口处被反复击打、剪断和遗漏拍打等问题；朱建新3通过在FY115型废烟支处理机中增加手动切刀刃口磨削装置、安装永磁磁板并更换切刀隔套材料，提高了废烟支的整丝率；陈浩等4针对ZJ118型卷接机组的废烟提升装置设计了链轮装配工装，提高了链轮装配质量；普学文5通过对FY113型废烟支处理机切刀、隔轮与轴的装配固定方式和切刀轴联接方式进行改进，提高了烟丝回收利用率；张冬芹等6对FY37型废烟支处理机的陡角带输送频率、蒸汽流量、分离机频率、增湿机频率和高频振筛网孔径等工艺参数进行优化，提高了废烟支的出丝率；叶松涛7针对FY36型废烟支处理机设计了一种柔性螺旋物料分离系统，降低烟丝造碎率的同时提高了烟丝回收率和纯净率；何海鹏8采取模块化、结构化编程方式对FY113型废烟支处理机的控制系统进行改进，增强了控制程序的功能独立性和接口通用性。但对于FY117型废烟支处理机排序装置的改进研究则鲜见报道。为此，通过分析FY117型废烟支处理机排序装置中烟支堵塞下烟机构和各运动件发生干涉的原因，对下烟机构及其传动系统进行改进，以期减少设备停机故障次数，提高废烟支处理效率。1问题分析如图1所示，废烟支排序装置由烟库（1）、下烟机构（2）、双面齿形带输送机构（3）、烟支存储机构（4）、烟支识别机构（5）、烟支排序机构（6）、烟支定位机构（7）和烟支转接机构（8）等部分组成。其中，下烟机构设置在烟库下方，由拨烟杆组件（9）、推烟杆组件（10）、下烟槽组件（11）等部分组成。废烟处理机启动后，不同朝向的废烟支被收集在烟库中并在拨烟杆的扰动作用下落入下烟槽，下烟槽底部的废烟支被推烟杆推出后落入双面齿形带（12）（以下简称齿形带）的凹槽中，使烟支呈单支分离状态。由于下烟槽中的废烟支朝向不同，推烟杆从烟支滤嘴端推出废烟支时过程顺利，烟支杂乱概率较低；而从燃烧端推出废烟支时，烟支容易折断并卡在下烟槽中，进而影响设备运行效率。此外，推烟杆和齿形带等运动件之间的配合采用气缸驱动，排序装置长时间运行后，受气源波动、密封件老化等因素影响，气动执行件容易出现输出力不足、动作不平稳等问题，导致烟支落入下烟槽、烟支从下烟槽间歇移出和输送皮带间歇动作，三者之间因不同步而产生干涉，从而造成故障停机。Keywords：FY117 waste cigarette processor;Collation device;Hopper mechanism;Cam mechanism;Sequential controla.排序装置b.下烟机构与双面齿形带1.烟库2.下烟机构3.双面齿形带输送机构4.烟支存储机构5.烟支识别机构6.烟支排序机构7.烟支定位机构8.烟支转接机构9.拨烟杆组件10.推烟杆组件11.下烟槽组件12.双面齿形带图1废烟支排序装置结构图Fig.1Structure of collation device刘仁瑞，等：FY117型废烟支处理机排序装置的改进 992024 年烟草科技2改进方法2.1系统设计为避免因烟支朝向不同而造成下烟机构烟支堵塞，以烟支柱面为受力区域，设计一种适应于不同朝向烟支的开关式下烟机构，见图2。开关式下烟机构可上下移动且下烟槽（2）底部安装有开关板（6），为配合改进后下烟机构运动及烟支释放方式，将齿形带（3）调整至下烟槽正下方。废烟支释放至齿形带凹槽前，开关式下烟机构向下运动至最低点（下烟槽底面距离齿形带顶面12 mm）并打开开关板，避免烟支下落时散乱；下烟槽中最底层烟支下落至齿形带凹槽后，开关板关闭同时下烟机构向上运动，避免下烟机构干扰凹槽中烟支随齿形带向前运动；下烟机构上升至最高点后停止，等待齿形带凹槽中烟支被输送至下一工序，同时空凹槽运动至下烟机构下方，开始新一批次烟支单独释放过程。下烟过程中，齿形带的间歇运动、下烟机构的上下运动以及开关板的开合运动需要相互配合才能避免发生干涉行为。为此，采用凸轮传动机构代替气缸驱动控制下烟机构、开关板；采用平行凸轮分割器驱动齿形带做间歇运动，各运动件的运动方式及时序控制见图3。2.2传动系统设计2.2.1结构组成驱动齿形带、下烟机构以及开关板运动的传动系统由电机、左右凸轮及其从动件、上下凸轮及其从动件、平行凸轮分割器等部分组成，见图4。上下凸轮（5）和左右凸轮（4）通过传动轴（3）串联，由电机（1）通过同步带（10）和传动轴组成的连接机构完成不间断旋转运动；随着上下凸轮和左右凸轮同步转动一周，下烟机构在上下凸轮从动件（7）的带动下完成“降-停-回-停”周期运动，开关板（9）在左右凸轮从动件（6）以及连杆（8）的带动下完成“闭-开”周期运动。齿形带由电机驱动平行凸轮分割器（2）完成“运动-停止”间歇运动，一个运动周期与凸轮转动一周时间相同。如图4b所示，凸轮组件采用槽凸轮结构，从动件上通过轴承安装的滚子（11）置于凸轮凹槽中，依靠凹槽两侧的轮廓曲线与凸轮始终保持接1.烟库2.下烟槽中的烟支3.齿形带4.拨烟杆5.下烟机构6.开关板图2开关式下烟机构结构图Fig.2Structure of flapper-type cigarette hopper图3下烟机构、开关板、齿形带运动方式及时序控制图Fig.3Movement modes and sequential control of cigarettehopper,flapper and tooth timing belta.传动系统b.凸轮组件1.电机2.平行凸轮分割器3.传动轴4.左右凸轮5.上下凸轮6.左右凸轮从动件7.上下凸轮从动件8.连杆9.开关板10.同步带11.从动件滚子图4传动系统及凸轮组件结构图Fig.4Structure of drive system and cam component 100第 57 卷第 1 期触。为延长凸轮使用寿命，凸轮及从动件滚子采用工具钢20CrMnTi材质，工件接触表面采用渗碳淬火至洛氏硬度5662 HRC，渗碳层深度为0.81.5 mm。2.2.2凸轮凹槽轮廓曲线设计根据下烟机构和开关板的运动位置和时间要求，分析上下和左右两组凸轮在一个运动周期内（一个运动周期时间为T）的运动行程，从而确定凸轮凹槽轮廓曲线9-11。上下凸轮。如图5a所示，在启动位置开始时，凸轮带动下烟机构整体下降，下降持续时间为T/12（凸轮转动角度30），在最低点停留时间为T/3（120）；然后凸轮带动下烟机构整体上升，上升持续时间为T/12（30），在最高点停留时间为T/2（180）。左右凸轮。如图5b所示，在启动位置时，开关板保持关闭状态，凸轮转动T/18（20）后带动开关板打开，打开动作持续时间为T/12（30），打开状态保持时间为2T/9（80）；然后凸轮带动开关板关闭，关闭动作持续时间为T/12（30），关闭状态保持时间为5T/9（200）。a.上下凸轮b.左右凸轮图5凸轮转动角度（）与从动件位移（S）对应图Fig.5Corresponding diagram between cam rotation angle and follower displacement根据凸轮转动角度与从动件运动规律，利用Solidworks软件（法国达索公司）的凸轮生成工具建立凸轮模型，并根据凸轮运动行程设计运动角度，利用轴孔键槽确定运动启动位置，凸轮3D模型见图6。凸轮从动件的运动规律有等速运动（直线运动）、等加速等减速运动（抛物线运动）、简谐运动（余弦加速度运动）、摆线运动（正弦加速度运动）、五次多项式运动等。为防止凸轮过度磨损而影响使用寿命，应避免出现加速度突变和柔性冲击等问题。因此，根据下烟机构“降-停-回-停”的运动规律采用摆线运动方式，使凸轮及其从动件的运动更加平稳。凸轮凹槽轮廓曲线见图7。2.3运动仿真分析利用Soldworks软件的Motion模块对凸轮机构进行仿真分析，输出上下凸轮滚子质心点的运动性能（位移、速度、加速度）曲线12-14，见图8。可见，滚子质心点的运动曲线均较为平滑，对凸轮工作面的a.上下凸轮b.左右凸轮图6凸轮3D模型图Fig.6Three dimensional models of camsa.上下凸轮b.左右凸轮图7凸轮凹槽轮廓曲线Fig.7Profile curves of grooves of cams刘仁瑞，等：FY117型废烟支处理机排序装置的改进 1012024 年烟草科技冲击力较小，说明凸轮轮廓线符合设计要求。利用相同方法分析左右凸轮滚子质心点的运动性能曲线，同样验证了所设计的凸轮轮廓线符合要求。3应用效果3.1实验设计材料：“七匹狼（纯境）”牌卷烟生产过程中产生的废烟支（厦门烟草工业有限责任公司提供）。设备：FY117型废烟支处理机（常德瑞华制造有限责任公司）。方法：FY117型废烟支处理机运行速度为1 333支/min，运行时间6 h/班次。排序装置改进前后，各统计6班次下烟机构烟支堵塞次数和废烟支处理量，根据公式（1）计算设备运行效率，取平均值。设备运行效率=每班次废烟支实际处理量每班次废烟支理论处理量100%=100%每班次废烟支实际处理量1 333660（1）3.2数据分析由表1可见，排序装置改进后FY117型废烟支处理机下烟机构烟支堵塞次数由10次/班次降低至0.5次/班次，设备运行效率由75%上升至90%，有效提高了设备运行稳定性。4结论基于FY117型废烟支处理机设计了一种开关式下烟机构，解决了排序装置中因烟支朝向不同而导致的下烟槽堵塞问题；为避免设备运行过程中下烟机构、开关板和齿形带等发生干涉，采用凸轮传动方式代替气缸传动方式驱动各运动件按时序控制要求运动。以厦门烟草工业有限责任公司生产的“七匹狼（纯境）”牌卷烟为对象进行测试，结果表明：排序装置改进后下烟机构烟支堵塞次数由10次/班次降低至0.5次/班次，设备运行效率由75%提高至90%，有效提高了废烟支处理机的运行稳定性。参考文献1王俊，潘恒乐.新型链式废烟提升输送装置的研制J.烟草科技，2019，52（4）：107-110.WANG Jun，PAN Hengle.Development of a new chaintype waste cigarette elevatorJ.Tobacco Science&Technology，2019，52（4）：107-110.2汤治国.FY36 型废烟支处理机中导流风扇的改进J.烟草科技，2013（6）：21-23.TANG Zhiguo.Improvement of deflector fan in FY36tobacco reclaimer J.Tobacco Science&Technology，2013（6）：21-23.3朱建新.废烟支处理机切刀刃口磨削装置研制 J.中国设备工程，2019（7）：174-175.ZHUJianxin.Developmentofgrindingdeviceforcutting knife edge of waste cigarette processorJ.China Equipment Engineering，2019（7）：174-175.4 陈浩，陈锴.ZJ118 废烟提升设备工装设计 J.机械管理开发，2019，34（3）：3-4.CHEN Hao，CHEN Kai.Tooling design of ZJ118 wastesmoke lifting equipmentJ.Mechanical Managementand Development，2019，34（3）：3-4.5 普学文.FY113型废烟支处理机剖切机构性能分析及提升改进 J.民营科技，2018（11）：87-88.PU Xuewen.Performance analysis and modification ofcutting mechanism in FY113 waste cigarette processorJ.Private Science and Technology，2018（11）：87-88.图8上下凸轮滚子的运动参数曲线Fig.8Motion parameter curves of upper and lower cam rollers表1排序装置改进前后FY117型废烟支处理机运行数据Tab.1Operation data of FY117 waste cigarette processorbefore and after modification注：改进前测试时间为2022年3月16日，改进后测试时间为2023年4月38日。班次123456平均值排序装置改进前烟支堵塞次数/（次 班次-1）11812991110设备运行效率/%80767072787475排序装置改进后烟支堵塞次数/（次 班次-1）0110100.5设备运行效率/%91889087929190 102第 57 卷第 1 期6 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Machinery，2011，32（4）：110-112.责任编辑张玉聪，曹娟刘仁瑞，等：FY117型废烟支处理机排序装置的改进烟草科技入编中文核心期刊要目总览2023年版近日，收到中文核心期刊要目总览2023年版编委会通知，烟草科技入编中文核心期刊要目总览2023年版（即第10版）之烟草工业类的核心期刊。这是烟草科技连续第七次入选，是对本刊学术水平和影响力的充分肯定。2023年版中文核心期刊要目总览经过定量筛选和专家定性评审，从我国正在出版的中文期刊中评选出1 987种核心期刊。103