陳 飛， 歐陽欣， 石水榮， 趙 海， 羅 婷， 劉洪濤

（貴州中煙工業(yè)有限責任公司貴陽卷煙廠， 貴州 貴陽 550009）

引言

煙草行業(yè)的制絲生產(chǎn)線中，提升喂料機是不可或缺的重要輔聯(lián)設(shè)備，一般與限量管、電子皮帶秤等設(shè)備配合使用，實現(xiàn)對物料的流量控制，具有調(diào)節(jié)控制煙草流量的功能。其組成有：提升輸送帶，料倉及光電管控制系統(tǒng)。料倉前后共有四組對射式光電管用于控制喂料機的運行。同一組光電管需處于同樣的高度，且水平內(nèi)相互對正，才能提供可靠的檢測結(jié)果。當光電管移位時，檢測結(jié)果為料滿狀態(tài)，則前端設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，造成斷流，嚴重影響物料流量穩(wěn)定性及加香精度、烘絲水分CPK 等工藝質(zhì)量指標。因此，設(shè)計一種新型固定裝置，以避免光電管移位現(xiàn)象發(fā)生。

1 存在問題及分析

1.1 存在的問題

提升喂料機結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。物料通過布料車進入喂料機，經(jīng)倉儲底帶、料倉、提升帶、計量管輸送至電子皮帶秤，實現(xiàn)流量穩(wěn)定控制。光電管、控制倉儲底帶啟停，光電管、控制前端布料車啟停。

圖1 提升喂料機結(jié)構(gòu)示意圖

對射式光電管是由分開設(shè)置的發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器發(fā)射紅外光后，經(jīng)一定距離的傳輸，到達接收器的位置，并與接收器形成一個通路。當物料積滿一定高度時，光路會被物料所阻擋，這時接收器就會及時地反應(yīng)，并輸出一個開關(guān)控制信號，前端設(shè)備停止進料。在生產(chǎn)過程中，光電管松動移位現(xiàn)象頻繁，且在維護設(shè)備過程中，用壓縮空氣吹灰或其他工具清掃浮塵時，均有可能造成光電管在圓周方向偏轉(zhuǎn)。據(jù)斷流數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其中因光電管移位造成的停機斷流次數(shù)最多，約占總頻次的58%。斷流停機會直接影響工序的工藝質(zhì)量指標，因此，需要一種穩(wěn)定可靠的光電管固定方式，確保生產(chǎn)的連續(xù)性及產(chǎn)品工藝質(zhì)量。

1.2 問題產(chǎn)生的原因分析

1.2.1 原因一

如圖2 所示，光電管固定裝置的固定原理為：對射式光電管的發(fā)射器及接收器通過連接板固定于夾持塊上。兩個夾持塊通過螺栓連接緊固于圓管型材上，其工作面為圓弧面。圓管型材與機架連接。

圖2 固定裝置結(jié)構(gòu)示意圖

夾持塊通過矩形陣列的四顆M6 緊固螺栓產(chǎn)生預(yù)緊力，利用摩擦力固定在圓管型材上，摩擦力工作原理在振動頻繁的工況下并不可靠。因提升喂料機提升帶依靠旁鏈式鏈條傳動，傳動距離長，帶上布滿耙釘及物料，負載較大，故振動不可避免。且傳動鏈置于耐磨條上，耐磨條在長期運轉(zhuǎn)下產(chǎn)生磨損變形會導(dǎo)致振動加劇。固定裝置正是處于此振動工況下。

1.2.2 原因二

如下頁圖3 所示，物體在空間具有六個自由度，即沿X、Y、Z 三個直角坐標軸方向的移動自由度和繞這三個坐標軸的轉(zhuǎn)動自由度。任何一個沒有受約束的物體，在空間均具有6 個獨立的運動。如果采取一定的約束措施，消除物體的6 個自由度，保證物體在空間中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，則物體被完全定位。固定裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示，光電管固定裝置夾持塊安裝于圓管型材上，僅限制了四個自由度，即X 和Y 軸的移動和轉(zhuǎn)動，但并未限制Z 軸的移動和轉(zhuǎn)動，而夾持塊并無防止松動措施，因而會出現(xiàn)轉(zhuǎn)動及滑動的情況。

圖3 物體空間自由度示意圖

圖4 固定裝置結(jié)構(gòu)示意圖

提升喂料機光電管原固定方案并不完善，加之制絲車間的提升喂料機數(shù)量眾多，尤其是在重點工序均設(shè)有提升喂料機。因此，保證物料流量穩(wěn)定性，有效避免斷料停機成為了一種迫切的需求。

2 方案提出與分析

2.1 固定方案的提出

因固定裝置夾持塊與圓管型材支架工作面為圓柱面，未限制Z 軸的移動和轉(zhuǎn)動，而夾持塊并無防松動措施，易出現(xiàn)轉(zhuǎn)動甚至滑動的情況。根據(jù)物體空間定位原理，應(yīng)找一個合理的結(jié)構(gòu)能夠分別限制夾持塊在空間坐標軸三個方向的移動以及轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)完全定位才能夠保證光電管固定穩(wěn)固。

針對這樣的基本要素進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要依據(jù)有以下幾個方面：夾持桿和夾持塊配合良好，可以完全限制夾持塊的自由度，拆裝方便易于調(diào)節(jié)，定位準確，適應(yīng)粉塵環(huán)境。其中完全限制自由度是重要突破部分。在方桿方孔夾持塊、螺紋桿平面夾持、滑動桿滑塊等多種形式中經(jīng)過以上依據(jù)的約束，最終挑選出螺紋桿雙平面夾持的組合形式[1]。

2.2 方案的具體分析

切除螺紋桿部分螺紋成夾持平面，如圖5 所示。夾持塊內(nèi)孔為平面雙圓弧形式，如圖6 所示，其工作面為平面，可使夾持塊可在螺紋桿的一部分位置上滑動而無法旋轉(zhuǎn)。

圖5 螺紋桿示意圖

圖6 夾持塊示意圖

光電管固定裝置裝配圖，如圖7 所示。螺紋桿固定于機架上無法移動，夾持塊通過螺栓4 緊固于螺紋桿平面上。利用平面夾持只有在零件產(chǎn)生較大塑性變形情況下才會出現(xiàn)偏擺，因此在一般外力作用下不會出現(xiàn)夾持塊在螺紋桿平面上轉(zhuǎn)動情況，實現(xiàn)發(fā)射器與接收器的完全平行。再將上下鎖緊螺母3 套入螺紋桿內(nèi)限制夾持塊Z 軸移動，即完全限制了6 個自由度。對射式光電管連接板通過上下螺栓緊固于夾持塊上，而想要在某一高度固定，只需對應(yīng)調(diào)節(jié)發(fā)射器和接收器的夾持塊上下位置并鎖緊螺母即可。這樣既可保證光電管工作時的位置確定，也可以在維修的時候方便上下調(diào)節(jié)光電管。將所有零件組合，即形成了螺紋桿雙平面夾持形式，實現(xiàn)了夾持塊的空間完全定位，保證了光電管的位置可靠性及信號檢測準確性。且選用螺紋桿替代圓管型材,強度更高，可更有效地防止后續(xù)設(shè)備運行原因存在的長度方向變形及夾持塊的夾持所造成的變形。

圖7 光電管固定裝置裝配示意圖

3 固定裝置的設(shè)計制作與安裝調(diào)試

3.1 螺紋桿設(shè)計

2 件螺紋桿，采用規(guī)格為M16 的螺紋鋼，長度為900 mm，安裝孔孔距870 mm 由設(shè)備機架測得，如圖8所示。為滿足光電管調(diào)節(jié)需求螺紋桿的夾持平面，銑削長度為400 mm，正常情況下，經(jīng)廠家調(diào)整固定后，微調(diào)即可。在機加工的常用尺寸及不過多影響強度情況下，螺紋桿夾持寬度設(shè)定為12 mm。

圖8 螺紋桿設(shè)計圖紙（單位：mm）

3.2 加持塊設(shè)計

夾持塊的長度及寬度分別為42 mm、49 mm，孔距與原結(jié)構(gòu)保持一致，如下頁圖9 所示。夾持平面距軸心為5.9 mm，圓弧尺寸R8，設(shè)定依據(jù)是螺紋桿直徑為16 mm。

圖9 夾持塊設(shè)計圖（單位：mm）

3.3 相關(guān)設(shè)計尺寸說明及制作

由于提升喂料機的型號規(guī)格各異，光電管工作位置各不相同，因此螺紋桿、被夾持平面長度及螺桿安裝孔孔距應(yīng)根據(jù)實際情況改變，結(jié)構(gòu)原理及其余尺寸均可一致。本文以WPL12 提升喂料機的料空控制光電管作為尺寸依據(jù)。為防止外力作用下材料發(fā)生塑性形變及經(jīng)濟適用性綜合考慮，螺紋桿、夾持塊均采用45 號鋼材，表面淬硬，經(jīng)由外協(xié)單位加工。因光電管固定裝置無傳動及負載需求，配合精度要求不高，且零件的形位公差采用一般機械加工方法均可保證，故未做要求。

3.4 安裝及調(diào)試

在拆卸原支架之前，測量光電管高度。確保更換支架之后，原有的技術(shù)條件不變更。安裝之后，確保光電管的提示信號等，紅燈常亮，表示雙側(cè)的光電管對射成功。黃燈常亮，表示雙側(cè)的光電管對射失敗。

2 件M16 的螺母、4 件M6 螺釘，遠遠大于該工況的緊固要求，擰緊力矩無需過大。

4 改進效果

對比2019 年（改進前）和2020 年（改進后）光電管固定裝置在實際生產(chǎn)中的運用情況，統(tǒng)計了因光電管移位造成斷流停機的頻次，如表1 所示。

表1 光電管固定裝置改造前后故障頻次對比表

統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果驗證了新型光電管固定裝置性能可靠，保證了物料流量穩(wěn)定性，提升了生產(chǎn)連續(xù)性，為產(chǎn)品的工藝質(zhì)量提供了有力保障，達到了預(yù)期的設(shè)計效果。

5 結(jié)語

通過將提升喂料機光電管原固定裝置改進為螺紋桿雙夾平面形式，實現(xiàn)了光電管的完全定位，保證了對射式光電管發(fā)射器和接收器的完全對正，杜絕了虛假物料信號，且拆裝調(diào)節(jié)方便。支架改造安裝至今，未出現(xiàn)因光電管移位造成斷流停機現(xiàn)象，實現(xiàn)了設(shè)定的目標，為企業(yè)“精造工程”的持續(xù)開展起到了良好的推動作用。通過本次設(shè)備的改進和制作，進一步掌握了提升喂料機的相關(guān)知識，為以后改造及維修積累了寶貴經(jīng)驗。