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        基于異型條煙的條煙計(jì)數(shù)輸出裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2020-11-30 08:38:02劉翱

        劉翱

        摘? 要:該文簡(jiǎn)要介紹了條煙分揀的技術(shù)背景和面對(duì)異型條煙分揀時(shí)現(xiàn)存的問題,通過理論計(jì)算,利用速度差和負(fù)壓抽吸原理,設(shè)計(jì)了一種條煙計(jì)數(shù)輸出裝置。通過科學(xué)計(jì)算,確定了輸送帶上吸附孔的排布和孔徑,在輸送帶運(yùn)動(dòng)和停止時(shí),確保條煙相對(duì)輸送帶基本無相對(duì)滑動(dòng),實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)輸出的目的。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證,該設(shè)備可為異型條煙實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分揀提供重要的技術(shù)支持。

        關(guān)鍵詞:異型條煙;速度差;負(fù)壓抽吸;計(jì)數(shù)輸出

        中圖分類號(hào): TS43? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        0 引言

        由于我國(guó)卷煙行業(yè)的特點(diǎn),卷煙生產(chǎn)、銷售實(shí)行國(guó)家專賣體制下的統(tǒng)一集中管理,各省、市卷煙公司負(fù)責(zé)卷煙的運(yùn)輸、儲(chǔ)存,轉(zhuǎn)運(yùn),分揀,配送等環(huán)節(jié),其中卷煙的分揀簡(jiǎn)言之就是按照轄區(qū)內(nèi)商戶卷煙訂單組成,在各地市卷煙配送中心的條煙自動(dòng)分揀線上進(jìn)行?;诰頍煿芾砩系目陀^需求,必須對(duì)每一訂單內(nèi)的條煙進(jìn)行激光打碼,即一物一碼。輸送線上的條煙經(jīng)過激光打碼機(jī)時(shí),要求條煙之間必須有一定的間隔,訂單與訂單也必須有間隔。

        目前在用的分揀線,為了適應(yīng)激光打碼機(jī)的需要,訂單內(nèi)條煙必須拉開距離約60 mm,訂單與訂單之間拉開距離約

        1 000 mm,這樣就導(dǎo)致分揀線上條煙的承載率很低,不能實(shí)現(xiàn)高速分揀,特別是針對(duì)異型條煙,訂單容量又比較小,其中以許昌卷煙配送中心為例,單條的訂單占比15%~20%。另外,在國(guó)內(nèi)的條煙配送中心的標(biāo)準(zhǔn)煙分揀線中,用于實(shí)現(xiàn)輸出預(yù)定數(shù)量條煙的裝置,基本上都使用上下夾持式的條煙發(fā)射機(jī),但上述設(shè)備只適用于在高度方向基本無差異的標(biāo)準(zhǔn)條煙,標(biāo)準(zhǔn)煙尺寸為(270-280)mm×(80-90)mm×(35-45)mm,其余尺寸的條煙均為異型條煙。面對(duì)在高度方向上跨度大的異型條煙,現(xiàn)有的上下夾持式結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足要求。

        為了解決上述問題,該文介紹了一種結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行穩(wěn)定、工作效率高、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確,適用于異型條煙自動(dòng)分揀線的條煙計(jì)數(shù)輸出裝置,可以滿足按次輸出預(yù)定數(shù)量條煙的目的,解決異型條煙分揀線上無法快速自動(dòng)化分揀的問題。

        1 裝置主要組成和工作原理

        該條煙計(jì)數(shù)輸送裝置,包括低速輸送帶1、高速輸送帶2、負(fù)壓抽吸裝置3、4和計(jì)數(shù)裝置5等部分組成,如圖1所示。前后輸送帶存在速度差,低速輸送帶上和高速輸送帶上沿輸送方向分別開設(shè)有多列氣孔,在負(fù)壓抽吸裝置吸附作用,條煙相對(duì)皮帶基本保持無滑移前提下,使條煙在高速輸送帶上拉開距離,計(jì)數(shù)器精確計(jì)數(shù),以此達(dá)到單位時(shí)間內(nèi)輸出預(yù)定數(shù)量條煙的目的[1]。

        2 裝置關(guān)鍵設(shè)計(jì)

        2.1 輸送帶的設(shè)計(jì)

        輸送帶是該裝置的重要組成部分,條煙計(jì)數(shù)輸出裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處在于,如何實(shí)現(xiàn)輸送帶在運(yùn)動(dòng)或者停止時(shí),將條煙與輸送帶之間滑移距離控制在5 mm左右,即條煙基本相對(duì)輸送帶無滑動(dòng)。

        為了使條煙相對(duì)皮帶無滑動(dòng),須增大條煙與皮帶之間的摩擦力,即增大條煙相對(duì)皮帶的摩擦因數(shù),或者增大條煙相對(duì)皮帶正壓力。

        查閱資料得知,可以在同步齒形帶膠面上加工一層紅膠,紅膠質(zhì)地軟,且有“發(fā)黏”的特性,這就大大增大了條煙薄膜相對(duì)同步齒形帶的摩擦系數(shù),增大皮帶摩擦因數(shù)的問題得到了解決[2]。

        由于異型條煙在高度方向上跨度較大(24 mm~56 mm),在輸送帶的帶動(dòng)下,條煙在一定速度運(yùn)行時(shí),對(duì)高度相差較大的條煙施加豎直向下的壓力十分困難,幾乎行不通。然而,不管異型條煙高度怎么變化,條煙的下底面在同步帶表面上隨之運(yùn)動(dòng),即異型條煙的下底面均在同一平面上。因此,經(jīng)過分析,決定采取從條煙下底面施加吸力的方法來達(dá)到對(duì)條煙增大正壓力的目的。在皮帶下面設(shè)計(jì)一負(fù)壓腔,為吸附條煙提供抽吸力,并在負(fù)壓腔上平面開設(shè)有對(duì)應(yīng)于皮帶上小孔的長(zhǎng)孔,保證皮帶在運(yùn)動(dòng)過程中,皮帶上的孔時(shí)刻與負(fù)壓腔連通[3],保證其時(shí)刻對(duì)條煙施加吸附力。

        2.2 計(jì)算皮帶上孔位大小和排布

        2.2.1 計(jì)算異型條煙允許最大滑行距離

        計(jì)算異型條煙允許最大滑行距離S滑=5 mm=0.005 m的加減速度a減。

        已知:輸送帶設(shè)計(jì)運(yùn)行速度v帶=48 m/min。

        條煙允許最大滑行距離S滑=5 mm=0.005 m。

        條煙在5 mm滑動(dòng)過程中為勻減速運(yùn)動(dòng),因此,

        a減=v帶2/2S滑=0.82/2×0.005=64 m/s2。

        2.2.2 計(jì)算條煙受到的吸附力F吸

        已知異型條煙最輕重量為:m煙=300 g=0.3 kg。

        設(shè)條煙在勻減速過程中受到的合外力為Fa

        則 Fa=m煙a減

        即Fa=m煙a煙=0.3×64=19.2 N

        設(shè)滑行距離小于5 mm時(shí),條煙所受到的摩擦力為Ff。

        設(shè)條煙受到的吸附力為F吸,條煙受到的正壓力為FN,條煙與同步帶之間摩擦因數(shù)μ=0.9。

        要使條煙滑行距離小于5 mm,則需要滿足Ff≥Fa。

        由摩擦力的計(jì)算公式可知:

        Ff=μFN

        FN=F吸+m煙g

        即Ff=μFN=(F吸+m煙g)μ≥Fa。

        即條煙受到的吸附力:

        F吸≥Fa? / μ-m煙g=19.2 / 0.9-0.3×10=18.3 N。

        2.2.3 計(jì)算吸附面積

        風(fēng)機(jī)的額定真空度0.29 bar,根據(jù)工況,考慮到同步齒形帶上的孔以及側(cè)面存在一定的泄漏量,雖然風(fēng)機(jī)流量很大370 L/min,可以在一定程度上彌補(bǔ)泄漏量,但是我們?nèi)匀恍枰紤]工作系數(shù)K=0.7。因此,工作時(shí)的真空度為P真=0.2 bar。

        理論上吸附力大小可由以下計(jì)算公式算得:

        F=P真×S吸附面積 (1)

        式中:F—理論吸附力大小,單位:N(牛頓)。P—真空度,單位:Pa(帕)。S—吸附面積:?jiǎn)挝蝗。簃2(平方米)。

        即F吸=P真×S吸附面積

        則S吸附面積≥F吸/0.2×105=18.3/0.2×105=915×10-6m2=915mm2。

        2.2.4 計(jì)算吸住一條煙需要的的孔數(shù)

        同步齒形帶背面黏結(jié)特制紅膠,經(jīng)驗(yàn)證在這樣的組合帶子上打孔,當(dāng)孔徑≤附層厚度3.5 mm時(shí),打孔后孔徑會(huì)產(chǎn)生塑吸,流量通過孔時(shí)衰竭20%以上,經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證孔5 mm時(shí),流量衰竭約10%,所以孔越大越好,然而孔徑大于8 mm時(shí),破壞背面齒型,造成流量泄露較大和同步帶壽命減短。

        綜合考慮,決定孔徑φ6 mm。

        得到開孔面積S孔

        S孔=πd2/4=3.14×62/4=28.26mm2

        則,孔數(shù)量N孔=S吸附面積/S孔=915/28.26=32.37個(gè)

        孔數(shù)圓整后取N孔=32個(gè)。

        2.2.5 計(jì)算帶子上孔的排布尺寸

        輸入輸送帶和輸出輸送帶均有兩根同步齒形帶并行排列組成,帶寬為(70±0.2)mm,條煙80 mm(最窄),也就是要在條煙與同步齒型帶接觸面上均布32個(gè)孔??紤]到帶寬,在每根同步齒形帶上設(shè)計(jì)兩列孔,即在80 mm長(zhǎng)度上布置8個(gè)孔,孔距為10 mm。同時(shí),為了減少打孔對(duì)同步齒形帶強(qiáng)度的破壞,同一根同步齒形帶上的孔位要在橫向方向上錯(cuò)位排布。

        2.3 應(yīng)用效果

        隨機(jī)抽取許昌卷煙配送中心某天分揀訂單,如表1所示,對(duì)條煙計(jì)數(shù)輸出裝置進(jìn)行驗(yàn)證,每次驗(yàn)證20 min,分兩組進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行了記錄,見表2。

        結(jié)論:經(jīng)驗(yàn)證,條煙計(jì)數(shù)輸出裝置品規(guī)適用率達(dá)到95%以上,分揀效率可達(dá)到7 560條/h,7 500條/h的設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

        3 結(jié)語

        經(jīng)驗(yàn)證,條煙計(jì)數(shù)輸出裝置品規(guī)適用率達(dá)到95%以上,分揀效率可達(dá)到7 500條/h,使用條煙計(jì)數(shù)輸出裝置之后,異型條煙分揀效率大大提高,工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低,降低了人工成本,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

        參考文獻(xiàn)

        [1]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì) (8版)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

        [2]鄭文緯,吳克堅(jiān).機(jī)械原理[M] .北京:高等教育出版社,1997.

        [3]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

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