基于PROTOS 70卷烟机刀头角度快速调整工具的设计

基于PROTOS 70卷烟机刀头角度快速调整工具的设计

方畅温华国林仲敏

广东中烟工业有限责任公司广州卷烟厂  广东广州  510385 

摘要：PROTOS 70卷烟机是我国烟草企业上个世纪从德国HAUNI公司引进的卷烟设备，是卷烟厂烟支生产的主流设备。由于新规格烟支开发和调试，需要对烟支长度进行更改，但烟支长度改造过程中，长期出现改造时间长，改造效率低等问题。经过调查和分析，发现烟支切割系统中刀头角度调整耗时最长。因此，我们设计出一款快速调整刀头角度的工具，减少刀头角度调整的时间，提高烟支长度改造的效率。

关键词：PROTOS 70；烟支长度；烟支切割系统；刀头角度

前言

PROTOS 70卷烟机是我国烟草企业上个世纪从德国HAUNI公司引进的卷烟设备，至今仍然是我国绝大多数卷烟生产企业的主流生产设备。它主要由三大部分组成：VE供丝机、SE烟条成型机以及MAX滤嘴接装机。由于“中、细、短、爆”等部分新规格卷烟产品还处于发展初期阶段，需要不断试制各种不同规格的烟支产品,要求我们频繁改造设备以适应烟支的规格变化。但改造设备的调试时间很长，生产效率低，不能满足产品经常性变更的需求。因此，我们需及时找出卷烟机变更烟支长度耗用调整时间过长的主要原因，以提高设备的技改效率，减少工时损失。

1. PROTOS 70 卷烟机烟支长度调整过程分析及烟支切割系统分析

1.1 PROTOS 70 卷烟机烟支长度调整过程分析

卷烟机将卷制成型的烟条切割成规定长度的双倍长烟支，达到烟支长度相等、切口平齐、切口与烟支轴线垂直的工艺要求。其改造可分为劈刀盘装置调整、烟支切割装置调整、滤棒切割装置调整、水松纸供给装置调整、供烟传动部分调整。根据实际调整工时汇总以及历史数据对比，其中烟支切割装置所占用时间最长。因此，尽可能缩短烟支切割系统调整时间成为提高烟支长度调整效率的关键。

1.2 PROTOS 70 卷烟机烟支切割系统分析

    PROTOS 70烟支切割系统主要负责将成型后的烟支切割成符合标准的双长烟支并进行传递的装置，它主要刀盘带着刀片旋转，将直线运动的烟支其沿运动方向成一定角度切割完成，而喇叭嘴在切割过程中作支撑。

为了保证工艺要求，不同的牌号会有不同的烟支长度，我们需要对切割系统进行相应的调整，调整内容包括：调整喇叭嘴行程；调整刀头角度；调整蜘蛛手传递装置；调整砂轮；调整喇叭嘴平衡块。

根据实地调整工时统计得知，调整刀头角度所占用的时间最长，占整个烟支切割系统调整过程的60%以上。究其原因，是调整刀头角度时是根据烟支长度来转动刀头连接的传动箱及轴承座，但是在整个调整过程中，刀头的角度并没有相关的参照值，仅仅依靠手动改变，调整过程随机性较大，导致调整很难达到预定效果。因此，我们提出设计一款刀头角度快速调整工具，实现调整的快速和准确。

2. PROTOS 70 卷烟机刀头角度快速调整的分析及工具设计

2.1 PROTOS 70 卷烟机刀头角度快速调整的分析

PROTOS 70 卷烟机刀头角度快速调整工具设计的的目的是提供将刀头角度快速调整到符合烟支工艺需求的尺寸，其设计要求主要有两个，快速和准确。因此，我们在进行工具设计的时候需要解决两大的难点。

一是工具设置位置的选择，该装置既需要承受刀头传动的箱的重量，同时能够推动传动箱转动，又需要保证有足够的作业空间可以供我们进行调节。二是调整工具必须保证刀头传动箱调整角度的准确度，同时应该保证调整后传动箱角度的稳定性。

经过实地考察及实验，最终选择刀头传动箱下部，磨刀砂轮后端的位置作为工具设置位置，将工具的一端固定在传动箱底部，另一端固定机架上。同时，在工具调整方式的确定上，综合对比了液压调整、丝杆调整、螺纹调整三种调整方式，最终选择了螺纹调整，既保证了对传动箱的支撑，有保证了调整的精确性。

2.2 PROTOS 70 卷烟机刀头角度快速调整工具的设计

    根据工具的设计加工进程和调整效果要求，我们将设计分为三部分，分别是工具材料的选择、工具零件的设计和工具连接方式的确定。

2.2.1 PROTOS 70 卷烟机刀头角度快速调整工具材料的选择

刀头角度快速调整工具材料的选择，我们主要从企业现常用的材料中进行选择，分别是45号钢、黄铜、铝三种。考虑到传动箱重量的支撑、螺纹加工以及成本等问题，45号钢无论在硬度还是螺纹抗扭力强度方面均明显优于其他两种材料，非常适用。因此，我们最终选择45号钢作为制作材料。

2.2.2 PROTOS 70 卷烟机刀头角度快速调整工具零件设计

刀头角度快速调整工具零件主要包括调整杆、支座还有支撑头。因此，我们应根据调整需求对这三个零件分别设计。

（1）调整杆的设计

调整杆是实现调整的主要零件，为保证螺纹传动的精度和强度，同时实现传动的双向受力，我们优先选用三角形螺纹。另外，根据实地考察，当传动箱处于水平位置时，此传动箱与底部支架距离最短，测得L1=170mm；当烟支长度为67mm（企业目前生产的最长烟支），距离最长，测得L2=183mm。因调节螺杆需与螺纹套有配合，所以长度应小于L1。经小组技术人员设计，最终决定预留10mm的调节余量，将杆长设计为l=160mm。

根据螺杆所需满足强度条件设计计算螺杆直径，然后再针对具体的失效形式进行相应的强度校核。因此我们需要确定的是螺纹小径,其设计公式为：

式中—螺纹小径，mm；F —螺杆需承受的轴向工作荷载，N；—许用应力，MPa

由统计数据得知，顶升刀头传动箱所需的最大支撑力应大于1000N，查阅设计图册可得，可得螺纹小径≥8.41mm。查阅《机械设计手册》可知，M10以上螺杆可满足强度要求。最终选择M14螺纹杆。

由于螺距越小，调节精度越高，但调节效率变低。而M14的螺距多为：2/1.5/1.25/1mm。刀头角度调整精度要求为7.7±0.1°（64烟长），精度要求为0.2°，转化为螺杆顶升精度：

q=Rsin0.2°*6=1.88mm

其中R为刀头旋转中心至支撑点的距离，实测约为90mm。

故螺纹螺距P≤1.88mm，最终选定螺距p=1.5mm,螺杆规格为M14*1.5。并将调整杆零件设计图制出，如图2-1。

（2）底座的设计

根据工具设计的分析，刀头角度快速调整工具的底座是固定在刀头传动箱下部的支架上。由于空间狭窄，为了不与其他零部件干涉，且能承托刀盘等相关部件的重量，选取底部三角斜面作为基座安装位，并将设计基座与安装面采用螺栓连接。如图2-2所示。

图2-1 调整杆零件图图2-2 底座零件图

（3）支撑头的设计

支撑头作用是托住刀头传动箱，由于刀头传动箱的径向外径约为φ182mm，为使受力更加均匀，根据刀头传动箱圆柱形状设计支撑头表面弧度，使支撑头与刀头传动箱紧密贴合，如图2-3所示。

2.2.3 PROTOS 70 卷烟机刀头角度快速调整工具连接方式的确定

工具的连接方式，主要包括了底座与调节杆连接以及调整杆与连接头的连接。

（1）底座与调节杆连接方式

根据使用要求，调节杆和支座需承托刀盘及相关部件的重量。结合螺纹连接具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点，底座与调节杆之间采用螺纹副连接。如图2-4所示。

（2）调节杆与支撑头连接方式

调节杆作为螺纹副需作旋转运动，而支撑头需紧贴刀头传动箱，不能作周向旋转，故调节杆与支撑头不可紧固连接。因此我们设计调节杆与支撑头作回转副连接，再用卡簧固定，如图2-4所示。

图2-3 调整杆零件图图2-4 刀头角度快速调整工具总装图

3. 总结

基于PROTOS 70卷烟机刀头角度快速调整工具的设计是烟支牌号更改过程优化改造的一部分，为刀头角度调整提供一种简单、快速且精确性好的调整方式，大大减少了刀头角度调整的时间，有效提高了烟支牌号更换的改造效率。接下来我们不断对该设计进行完善，并在行业中推广开来

参考文献

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[2]董祥云．主编《YJ17-YJ27卷接机组》[M]．中国科学出版社， 2001.

[3]贾会志． ZJ17 卷接机组培训教材[M]． 河南: 河南人民出版社，2010．

[4]谭贝, YJ17卷烟机刀头角度调整工具的设计[J]. 科技风, 2018.