吳曉飛

（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河南許昌471000）

0 引言

煙草加工機(jī)器的原動(dòng)部分通常由電動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提供，而在實(shí)際應(yīng)用中，不少特定場(chǎng)合需要平動(dòng)機(jī)構(gòu)，便于攜帶物料并將其平穩(wěn)地傳送。當(dāng)剛體中所有點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡都保持完全相同，或者說(shuō)剛體內(nèi)任意兩點(diǎn)間的連線總是平行于它們的初始連線時(shí)，剛體的運(yùn)動(dòng)叫作平動(dòng)[1]。為滿足煙草機(jī)械的實(shí)際工況需求，研究開(kāi)發(fā)可將轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)槠絼?dòng)的機(jī)構(gòu)具有重要的意義。

1 平行四邊形機(jī)構(gòu)在ZL41復(fù)合濾棒成型機(jī)和ZL28濾棒成型機(jī)上的應(yīng)用

1.1 平行四邊形機(jī)構(gòu)在ZL41復(fù)合濾棒成型機(jī)交接鼓輪上的應(yīng)用

1.1.1 交接鼓輪的使用工況要求

ZL41復(fù)合濾棒成型是我公司研制的高速?gòu)?fù)合濾棒成型設(shè)備，按照功能模塊劃分為YL31復(fù)合機(jī)和YL44成型機(jī)，前者將不同種類的基棒經(jīng)過(guò)切段后，按照一定的規(guī)律排列在一起；后者將排列好的各段濾棒裹上紙成為新的濾棒。為了合理利用空間，便于操作人員操作，這兩部分呈直角排布，交接處需要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)，沿?zé)煑l運(yùn)動(dòng)方向?qū)L31復(fù)合機(jī)加速鼓輪傳遞過(guò)來(lái)的料棒段組精確地放置在YL44成型機(jī)的煙槍內(nèi)，并且消除料棒段組之間的間隙，這個(gè)機(jī)構(gòu)被稱為“交接鼓輪”，其布局如圖1所示。

1.1.2 交接鼓輪的結(jié)構(gòu)

交接鼓輪結(jié)構(gòu)如圖2所示。內(nèi)轉(zhuǎn)盤1與外轉(zhuǎn)盤2一后一前地互相平行且呈偏心分布，兩盤面上繞各自的回轉(zhuǎn)中心對(duì)應(yīng)分布著相同數(shù)量的孔，并且這些孔的中心到其所在圓盤中心的距離相等?；剞D(zhuǎn)臂5的一端插在內(nèi)轉(zhuǎn)盤1的孔里，另一端插在外轉(zhuǎn)盤2的孔里，吸爪3用螺釘固定在回轉(zhuǎn)臂5上，回轉(zhuǎn)臂5在前后兩個(gè)孔中有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，通常有軸承支承。內(nèi)轉(zhuǎn)盤1通過(guò)軸承固定于偏心機(jī)座上，隨軸承外圈轉(zhuǎn)動(dòng)。傳動(dòng)軸4通過(guò)軸承裝在偏心機(jī)座中，一端由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（圖中略去），另一端則與外轉(zhuǎn)盤2剛性連接。這樣，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸4，傳動(dòng)軸4帶著外轉(zhuǎn)盤2，外轉(zhuǎn)盤2則通過(guò)回轉(zhuǎn)臂5帶動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)盤1一同旋轉(zhuǎn)。為了使濾棒附著在吸爪上，回轉(zhuǎn)臂做成中空狀，一端連接著配氣盤，另一端連著吸爪，便于通過(guò)空氣負(fù)壓形成吸附力。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶著這套機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)臂5及與之固定為一體的吸爪3始終做平動(dòng)，這樣，濾棒便能被吸爪吸附并始終保持水平方向，最終平穩(wěn)地被送至煙槍當(dāng)中，較好地滿足了工作要求。

1.1.3 交接鼓輪的機(jī)械原理分析

為方便說(shuō)明吸爪與回轉(zhuǎn)臂實(shí)現(xiàn)平動(dòng)的原理，不妨化繁為簡(jiǎn)，以其中一個(gè)轉(zhuǎn)臂為研究對(duì)象作機(jī)構(gòu)示意圖，如圖3所示。其中，內(nèi)、外轉(zhuǎn)盤分別簡(jiǎn)化為雙曲柄1和2，回轉(zhuǎn)臂則簡(jiǎn)化為連桿3[2]。

由圖3易知，該機(jī)構(gòu)可視作原處于同一平面上的平行四邊形機(jī)構(gòu)的單個(gè)曲柄，沿垂直于該平面的Z向平移后的空間機(jī)構(gòu)，但該機(jī)構(gòu)在Z方向不能移動(dòng)，不能繞X和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因而仍具有平面機(jī)構(gòu)的特征，仍然遵循平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，連桿3始終做平動(dòng)，固定于其上的吸爪攜帶著復(fù)合濾棒始終做平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

1.2 平行四邊形機(jī)構(gòu)在ZL28濾棒成型機(jī)刀頭喇叭嘴上的應(yīng)用

在濾棒成型和煙支成型設(shè)備上需要用刀頭對(duì)成型后的濾棒和煙支進(jìn)行切割，在切割時(shí)需要用喇叭嘴機(jī)構(gòu)對(duì)這些被切條狀物料進(jìn)行支承，普通喇叭嘴機(jī)構(gòu)主要由圖4所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組成，為保持喇叭嘴1的水平和姿態(tài)穩(wěn)定，這里通常用兩片互相平行的振動(dòng)簧板2固定于機(jī)座上充當(dāng)搖桿。喇叭嘴1分為左右兩個(gè)零件，它們之間留有間隙，工作時(shí)刀盤上的刀片從此間隙處通過(guò)并將條狀物料切斷，切刀水平方向的分速度與喇叭嘴的速度一致，保證切割質(zhì)量而且不損壞刀片與喇叭嘴機(jī)構(gòu)。振動(dòng)簧板被要求有極高的抗疲勞性能，通常由碳素纖維材料制成。

ZL28型纖維濾棒成型機(jī)是我單位目前速度最快的一款濾棒成型設(shè)備，生產(chǎn)速度為1000 m/min，它不僅安裝著雙煙槍，而且在其它方面也有不少改進(jìn)，尤其是旋轉(zhuǎn)喇叭嘴機(jī)構(gòu)。如圖5所示，該喇叭嘴結(jié)構(gòu)由平行且有一定偏心分布的前后轉(zhuǎn)盤充當(dāng)曲柄，前后轉(zhuǎn)盤上對(duì)應(yīng)分布著若干孔，前后對(duì)應(yīng)孔中安裝轉(zhuǎn)臂充當(dāng)連桿，它們共同組成平形四邊形機(jī)構(gòu)，其原理同1.1.3節(jié)所述，所以，在轉(zhuǎn)盤做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，位于連桿上的兩組喇叭嘴做平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。另外，由于該機(jī)具有雙煙槍（如圖4），后轉(zhuǎn)盤是前后重疊的一對(duì)。

2 基于周轉(zhuǎn)輪系的平動(dòng)機(jī)構(gòu)在YJ35D裝盤機(jī)提升臺(tái)上的應(yīng)用

2.1 YJ35D裝盤機(jī)上提升臺(tái)的工作要求

YJ35D型裝盤機(jī)是卷包生產(chǎn)線中煙支存儲(chǔ)輸送系統(tǒng)的一部分，它將上游傳送來(lái)的多余的煙支裝入煙盤當(dāng)中，也可單獨(dú)作為濾棒裝盤設(shè)備使用。它主要由空盤臺(tái)、煙庫(kù)下部、滿盤臺(tái)、提升臺(tái)等部分組成?？諢煴P在空盤臺(tái)上被推入煙庫(kù)下部，邊裝煙邊下降，裝滿后被送往機(jī)器下部的滿盤臺(tái)，并隨皮帶輸送裝置被送至滿盤臺(tái)的邊緣。為了減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)將充滿煙的煙盤從位于機(jī)器下部的滿盤臺(tái)提升到人手可方便搬取的地方，這個(gè)機(jī)構(gòu)便是提升臺(tái)。由于煙盤不是四周全封閉的，它有一側(cè)是開(kāi)口的，為防止煙支在重力作用下散落到外面，在提升輸送過(guò)程中，煙盤的開(kāi)口方向需要始終保持向上不變，這樣就需要能夠?qū)崿F(xiàn)平動(dòng)的機(jī)構(gòu)。

2.2 提升臺(tái)的機(jī)構(gòu)原理及周轉(zhuǎn)輪系實(shí)現(xiàn)平動(dòng)的數(shù)學(xué)分析

與YJ35D配套的提升臺(tái)如圖6所示，它主要由機(jī)座6、轉(zhuǎn)盤5、行星輪1、太陽(yáng)輪3、同步帶2和托板4等部件組成，行星輪1與太陽(yáng)輪3之間由同步帶2連接，托板4與行星輪1固定在一起，行星輪1插在轉(zhuǎn)盤5的讓位孔中，與該孔無(wú)固定連接。為滿足生產(chǎn)實(shí)際需要，托板及其行星輪做成對(duì)稱分布的兩套，分別通過(guò)同步帶2連在太陽(yáng)輪3上。行星輪1的中心與轉(zhuǎn)盤5固定在一起，轉(zhuǎn)盤5因而可視為行星架。電動(dòng)機(jī)帶著轉(zhuǎn)盤5旋轉(zhuǎn)時(shí)，托盤4及行星輪3一邊隨轉(zhuǎn)盤5公轉(zhuǎn)，一邊自轉(zhuǎn)，它能始終保持水平方向，保證放置在它上面的煙盤開(kāi)口向上。

為研究方便起見(jiàn)，也可將提升臺(tái)主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等效于圖7所示的機(jī)構(gòu)，亦即將圖6中轉(zhuǎn)盤5視同為行星架H，同步帶2視同為圖7中的齒輪2，行星輪1視同為圖5中的齒輪1，太陽(yáng)輪5視同為圖5中的齒輪3，按照周轉(zhuǎn)輪系的速度計(jì)算方法，其運(yùn)動(dòng)關(guān)系為：

上式中，由于行星輪1要求做平動(dòng)，所以ω1必須為0，即

當(dāng)滿足下列條件之一時(shí)，上式成立：1）Z1=Z3且ω3=0。這時(shí)需要保證圖4中的行星輪1和太陽(yáng)輪3的齒數(shù)相同，并且將圖4中的太陽(yáng)輪3（圖5中的齒輪3）固定于機(jī)座上；2）Z1≠Z3且ωH/ω3=Z3/（Z3－Z1）。這時(shí)該機(jī)構(gòu)有2個(gè)自由度，需要由2個(gè)原動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)并保證輪架與太陽(yáng)輪之間的恒定傳動(dòng)比，或者在兩者之間再增加一套帶輪或齒輪傳動(dòng)裝置保證傳動(dòng)比。提升臺(tái)采用了條件1）所述的方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。

3 結(jié) 論

1）用前后平行且呈偏心分布的盤做成的平行四邊形機(jī)構(gòu)，可以很好地滿足煙草棒狀物料平動(dòng)傳送的要求。

2）合理設(shè)置周轉(zhuǎn)輪系的參數(shù)，可以由轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)平動(dòng)，并在煙草機(jī)械中得以應(yīng)用。