劉翱

摘? 要：該文簡要介紹了條煙分揀的技術(shù)背景和面對異型條煙分揀時現(xiàn)存的問題，通過理論計算，利用速度差和負壓抽吸原理，設計了一種條煙計數(shù)輸出裝置。通過科學計算，確定了輸送帶上吸附孔的排布和孔徑，在輸送帶運動和停止時，確保條煙相對輸送帶基本無相對滑動，實現(xiàn)計數(shù)輸出的目的。經(jīng)過實踐驗證，該設備可為異型條煙實現(xiàn)自動化分揀提供重要的技術(shù)支持。

關鍵詞：異型條煙;速度差;負壓抽吸;計數(shù)輸出

中圖分類號： TS43? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

由于我國卷煙行業(yè)的特點，卷煙生產(chǎn)、銷售實行國家專賣體制下的統(tǒng)一集中管理，各省、市卷煙公司負責卷煙的運輸、儲存，轉(zhuǎn)運，分揀，配送等環(huán)節(jié)，其中卷煙的分揀簡言之就是按照轄區(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分揀線上進行?；诰頍煿芾砩系目陀^需求，必須對每一訂單內(nèi)的條煙進行激光打碼，即一物一碼。輸送線上的條煙經(jīng)過激光打碼機時，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，為了適應激光打碼機的需要，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，這樣就導致分揀線上條煙的承載率很低，不能實現(xiàn)高速分揀，特別是針對異型條煙，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，在國內(nèi)的條煙配送中心的標準煙分揀線中，用于實現(xiàn)輸出預定數(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，但上述設備只適用于在高度方向基本無差異的標準條煙，標準煙尺寸為（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、運行穩(wěn)定、工作效率高、計數(shù)準確，適用于異型條煙自動分揀線的條煙計數(shù)輸出裝置，可以滿足按次輸出預定數(shù)量條煙的目的，解決異型條煙分揀線上無法快速自動化分揀的問題。

1 裝置主要組成和工作原理

該條煙計數(shù)輸送裝置，包括低速輸送帶1、高速輸送帶2、負壓抽吸裝置3、4和計數(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有多列氣孔，在負壓抽吸裝置吸附作用，條煙相對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，計數(shù)器精確計數(shù)，以此達到單位時間內(nèi)輸出預定數(shù)量條煙的目的[1]。

2 裝置關鍵設計

2.1 輸送帶的設計

輸送帶是該裝置的重要組成部分，條煙計數(shù)輸出裝置設計的關鍵之處在于，如何實現(xiàn)輸送帶在運動或者停止時，將條煙與輸送帶之間滑移距離控制在5 mm左右，即條煙基本相對輸送帶無滑動。

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

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），在輸送帶的帶動下，條煙在一定速度運行時，對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動，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到對條煙增大正壓力的目的。在皮帶下面設計一負壓腔，為吸附條煙提供抽吸力，并在負壓腔上平面開設有對應于皮帶上小孔的長孔，保證皮帶在運動過程中，皮帶上的孔時刻與負壓腔連通[3]，保證其時刻對條煙施加吸附力。

2.2 計算皮帶上孔位大小和排布

2.2.1 計算異型條煙允許最大滑行距離

計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：輸送帶設計運行速度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滑動過程中為勻減速運動，因此，

a減=v帶2/2S滑=0.82/2×0.005=64 m/s2。

2.2.2 計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

設滑行距離小于5 mm時，條煙所受到的摩擦力為Ff。

設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 計算吸附面積

風機的額定真空度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，雖然風機流量很大370 L/min，可以在一定程度上彌補泄漏量，但是我們?nèi)匀恍枰紤]工作系數(shù)K=0.7。因此，工作時的真空度為P真=0.2 bar。

理論上吸附力大小可由以下計算公式算得：

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：單位?。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)驗證在這樣的組合帶子上打孔，當孔徑≤附層厚度3.5 mm時，打孔后孔徑會產(chǎn)生塑吸，流量通過孔時衰竭20%以上，經(jīng)試驗驗證孔5 mm時，流量衰竭約10%，所以孔越大越好，然而孔徑大于8 mm時，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

孔數(shù)圓整后取N孔=32個。

2.2.5 計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個孔?？紤]到帶寬，在每根同步齒形帶上設計兩列孔，即在80 mm長度上布置8個孔，孔距為10 mm。同時，為了減少打孔對同步齒形帶強度的破壞，同一根同步齒形帶上的孔位要在橫向方向上錯位排布。

2.3 應用效果

隨機抽取許昌卷煙配送中心某天分揀訂單，如表1所示，對條煙計數(shù)輸出裝置進行驗證，每次驗證20 min，分兩組進行驗證，對驗證結(jié)果進行了記錄，見表2。

結(jié)論：經(jīng)驗證，條煙計數(shù)輸出裝置品規(guī)適用率達到95%以上，分揀效率可達到7 560條/h，7 500條/h的設計目標實現(xiàn)。

3 結(jié)語

經(jīng)驗證，條煙計數(shù)輸出裝置品規(guī)適用率達到95%以上，分揀效率可達到7 500條/h，使用條煙計數(shù)輸出裝置之后，異型條煙分揀效率大大提高，工人的勞動強度大大降低，降低了人工成本，取得了較好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]濮良貴，紀名剛.機械設計 （8版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2]鄭文緯，吳克堅.機械原理[M] .北京：高等教育出版社，1997.

[3]吳宗澤.機械設計手冊[M] .北京：機械工業(yè)出版社，2008.