摘要：目的：為滿足某推煙包裝機(jī)工藝設(shè)計(jì)要求，傳送速度達(dá)到1000包/min。方法：對(duì)原推煙機(jī)構(gòu)（以下稱為推煙機(jī)構(gòu)Ⅰ型）進(jìn)行機(jī)構(gòu)拆解，并建立其動(dòng)力學(xué)模型，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。結(jié)果：通過分析不同速度下推手機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度的運(yùn)動(dòng)曲線圖，獲得推手F處X，Y兩個(gè)方向的速度分量V61和V62，為使機(jī)構(gòu)平穩(wěn)運(yùn)行，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得推手在該點(diǎn)處的加速度為0。

關(guān)鍵詞：推手機(jī)構(gòu);動(dòng)力性模型;動(dòng)態(tài)分析

0 ?引言

煙草包裝機(jī)（Ⅰ型）是目前國際煙草企業(yè)廣泛運(yùn)用的主流包裝機(jī)，為上個(gè)世紀(jì)從國外引入的產(chǎn)品。由凸輪連桿機(jī)構(gòu)、四桿機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成的推手機(jī)構(gòu)是本文中研究的重點(diǎn)。

1 ?推手機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及原理

煙草高速包裝機(jī)（Ⅰ型）是由煙庫、煙支輸送導(dǎo)軌、鋁箔紙系統(tǒng)和卷筒供給系統(tǒng)、鋁箔煙包折疊推手、商標(biāo)煙包輸送導(dǎo)軌、第一干燥輪、煙包輸送輪和第二干燥輪等組成。各機(jī)構(gòu)進(jìn)行彈性連接并平穩(wěn)運(yùn)行，每分鐘可傳送600-1000包香煙，工作狀況良好。

2 ?對(duì)推手機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模

本文采用凱恩動(dòng)力學(xué)方程對(duì)推手機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，凱恩動(dòng)力學(xué)方程具體描述見王紅英的《平面五桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性分析》參考文獻(xiàn)，文獻(xiàn)詳細(xì)給出了凱恩動(dòng)力學(xué)建模的概念和表達(dá)式，參考文獻(xiàn)建立本文中推手機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，文中分別建立了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，四桿機(jī)構(gòu)和五桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型。

2.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型建立

對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，如圖1所示。

受力分析：

對(duì)滑塊加作用力分析，可列方程式：

2.2 四桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型建立

四桿機(jī)構(gòu)其受力分析圖如圖2所示。對(duì)搖桿4加作用力分析，其方程式為：

聯(lián)立式（4）～式（6），可求解出各未知力。

2.3 ?五桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型建立

建立平面五桿機(jī)構(gòu)的受力分析簡圖，采用如上相似的方法可得出：

在推手機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的過程中，我們要盡可能的減少推手處F點(diǎn)的速度，即減少推手F點(diǎn)X，Y兩個(gè)方向的分量速度v61和v62的數(shù)值。

3 ?計(jì)算實(shí)例

本文參照之前對(duì)推手機(jī)構(gòu)的研究方法，在凸輪機(jī)構(gòu)處填加動(dòng)力源，根據(jù)之前的研究經(jīng)驗(yàn)，推手每分鐘傳送600包香煙的速度比較緩慢，推手的運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，其噪聲和振動(dòng)對(duì)推手機(jī)構(gòu)的影響較小，因次，在本文中直接對(duì)每分鐘傳送800包和1000包香煙進(jìn)行研究，即設(shè)置主軸每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)400轉(zhuǎn)和500轉(zhuǎn)，點(diǎn)擊運(yùn)行。分別獲得推手每分鐘傳送400包和500包香煙的位移、速度、加速度的運(yùn)動(dòng)曲線圖。（圖3）

推手推煙過程主要由6個(gè)階段組成，包括取煙、送煙、推煙、回轉(zhuǎn)、避讓及回程。在取煙過程中，煙支在傳送帶的作用下從煙庫中取出，為了減少煙支在此過程過程中受到的損傷，煙支與傳送帶之間的最佳角度應(yīng)為90度。推煙階段，是一個(gè)合成運(yùn)動(dòng)，包括煙支的自身運(yùn)動(dòng)及推手對(duì)煙支的推送運(yùn)動(dòng)。在推煙機(jī)構(gòu)傳送過程中，為了防止推煙運(yùn)動(dòng)過程中損壞己傳送的煙支，推手需先朝后上方運(yùn)行一段距離。

分析加速度的變化情況，每分鐘傳送1000包香煙時(shí)其加速度突變更大，且加速度運(yùn)動(dòng)呈不規(guī)律分布。表示在推手F點(diǎn)處慣性力突變大，振動(dòng)大。因此參考前面的動(dòng)力學(xué)模型建立，我們需要找到平衡點(diǎn)——速度最大點(diǎn)。

在推煙進(jìn)程中，為保證煙支完好無損，我們就得較低推手接近煙支時(shí)的速度，即對(duì)應(yīng)前面的推導(dǎo)，我們要盡量減小推手F點(diǎn)X，Y兩個(gè)方向的分量速度v61和v62，這就需要我們借助數(shù)學(xué)編程對(duì)推手機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4 ?結(jié)論

推煙包裝機(jī)推手機(jī)構(gòu)是凸輪和連桿機(jī)構(gòu)組合而成的復(fù)雜凸輪連桿的機(jī)構(gòu)，文章采用單自由度的方法對(duì)推手機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型建立，最終獲得推手F點(diǎn)X，Y兩個(gè)方向的目標(biāo)值v61和v62的數(shù)學(xué)表達(dá)式，我們可借助軟件編程獲得相關(guān)的計(jì)算量，同時(shí)可滿足工程實(shí)際需求，用數(shù)值計(jì)算法進(jìn)行推手處位移、速度、曲線的分析，可以獲得推手處姿態(tài)的運(yùn)行曲線圖，為下一階段進(jìn)行新型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。

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作者簡介：田曉鴻（1984-），女，陜西榆林人，碩士，講師，西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要研究方向?yàn)榘b機(jī)械、新能源汽車技術(shù)。