技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于棒形物品加工传送过程中改变棒料传送方向，并实现上游机与下游机之间棒料变节距交接的一种机构，包含一种棒料高速柔和传送及变节距交接的方法和实现该方法的装置。
背景技术
[0002] 典型的棒料轴向-径向传送和交接装置中，棒料传送过程的轴向
制动和径向
加速是先后发生的，在高速传送过程中，棒料运动的速度和方向急剧变化，其端部的材料易甩出或发生表面擦伤，影响产品的
质量，限制了易损棒料加工效率的提高。
[0003] 现有的棒料高速柔性交接装置主要有两类。第一类以英国Molins公司设计的双凸拨轮机构为代表，主要用于Passim、ZJ15等
卷烟设备。双凸拨轮机构结构简单，容易安装和维护。但是，由于需要通过捕料鼓轮
负压吸附棒料，利用
摩擦力降低棒料轴向速度，达到制动的目的，减速摩擦过程可能对棒料外表产生较大的磨损，影响产品质量，传送的速度越高，机构的轴向尺寸越长，结构不紧凑，也限制了此类机构的使用。第二类以德国Hauni公司研制的蜘蛛手机构为代表，主要用于Protos90E、Protos70等卷接机组。蜘蛛手机构运行可靠度高，传送
位置准确，结构紧凑，应用广泛。然而，蜘蛛手机构在传送过程中，使棒料由高速轴向运动转换为高速径向圆周运动的时间很短，而且轴向制动均发生在一条直线内，棒料端部的填充物因惯性作用而掉出的几率大，产生空头等产品质量问题，限制了此类技术的发展。
发明内容
[0004] 针对目前棒料传送装置极易造成端部空头和外部损坏的关键技术问题，本发明旨在提供一种新型棒料高速柔性传送、变节距交接方法和装置，该方法和装置可以准确地完成高速工况下棒料的平稳柔和传送和变节距交接，结构紧凑、工作可靠性高，大幅降低易损棒料的空头率和外部破损率，可以更好地适应下游工艺变节距传送的要求。
[0005] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0006] 一种棒料高速柔和传送及变节距交接装置，其结构特点是，包括可绕第四
转轴旋转的第一轮体，可绕第一转轴旋转的第二轮体，一个装在第二轮体上的轴向传送机构和一个装在第一轮体上的径向变节距接受机构；所述轴向传送机构可将一组棒料传送到径向变节距接受机构上，该轴向传送机构包含若干个装在第二轮体上的传送臂，该传送臂上安装有可将一组棒料绕第二转轴旋转至预定
角度的吸槽
块，所述第二转轴固连在传送臂上，所述传送臂可绕固连在第二轮体上的第三转轴旋转至预定角度；所述径向变节距接受机构包含若干组活动吸槽摆臂，每组活动吸槽摆臂包含若干个的活动吸槽，每个活动吸槽摆臂可以绕第五转轴旋转至预定角度，以便于活动吸槽接收从吸槽块传送来的棒料；所述第二轮体内部装有固定径向盘形
凸轮和固定轴向圆柱凸轮，该固定径向盘形凸轮和固定轴向圆柱凸轮的轴心与位于第二轮体的中心的第一转轴的轴心重合；所述第一轮体内部装有固定盘形凸轮，该固定盘形凸轮的轴线与第一轮体的轴线共线。
[0007] 以下是本发明的进一步优选的技术方案。
[0008] 所述轴向传送机构的吸槽块内设有两组
齿轮齿条机构和一个万向
铰链机构；两组齿
轮齿条机构中，第一组齿轮齿条机构用于驱动传送臂绕第三转轴旋转，第二组齿轮齿条机构用于驱动吸槽块绕第二转轴旋转。
[0009] 第一组齿轮齿条机构包括齿轮和驱动齿轮绕第三转轴旋转的第一齿条，该第一齿条的端部装有第一滚轮，当第二轮体绕第一转轴旋转时，第一滚轮随着固定径向盘形凸轮的外轮廓曲线上下移动，所述齿轮与传送臂固连并带动该传送臂绕第三转轴旋转。
[0010] 第二组齿轮齿条机构包括第二齿轮和驱动第二齿轮绕固连在第二轮体上的第六转轴旋转的第二齿条，该第二齿条的端部设有第二滚轮，当第二轮体绕第一转轴旋转时，第二滚轮随着固定轴向圆柱凸轮的外轮廓曲线前后移动，所述齿轮带动旋转万向铰链机构旋转，并带动吸槽块绕固连在传送臂上的第二转轴旋转。
[0011] 所述径向变节距接受机构包括可绕第五转轴旋转的活动吸爪，该活动吸爪主要由活动吸槽、活动吸槽摆臂、凸轮从动摆杆和第三滚轮组成，所述活动吸槽位于活动吸槽摆臂的端部且与之垂直，同一组的若干个活动吸槽摆臂长度依次递减，所述第五转轴随着第一轮体绕着第四转轴旋转，所述凸轮从动摆杆的一端设有第三滚轮，当第一轮体转动时，第三滚轮随着所述固定盘形凸轮的外轮廓曲线上下移动，并带动活动吸爪绕第五转轴旋转而使所述活动吸槽摆臂伸出或收回。
[0012] 所述轴向传送机构第二轮体的第一转轴与径向变节距接受机构第一轮体的第四转轴平行，且径向交接机构第四转轴位于轴向传送机构第一转轴的正上方。
[0013] 优选地，所述固定径向盘形凸轮的理论轮廓为：
[0014]
[0015] 式中，s01为第一齿条的初始位移， 为固定径向盘形凸轮基圆半径； 为第一齿轮的
基圆半径；s1为第一齿条(3)径向位移；Rz为第三转轴17的轴线与固定径向盘形凸轮(8)的轴线之间的距离；a指代固定径向盘形凸轮(8)，与固定轴向圆柱凸轮(7)等区别开，(xa ya za)为固定径向盘形凸轮(8)理论轮廓曲线坐标，具体参见图
2、5、9。
[0016] 优选地，所述固定轴向圆柱凸轮的理论轮廓为：
[0017]
[0018] 式中， 为固定轴向圆柱凸轮基圆半径(mm)；α0为第二齿轮和第二齿条(4)
啮合点到旋转中心连线与x轴的夹角， C2为常数，表示固定轴向圆柱凸轮(7)z向最低点位置到xy平面的距离；d指代固定轴向圆柱凸轮(7)，(xd,yd,zd)表示固定轴向圆柱凸轮(7)理论轮廓曲线坐标；s2指代第二齿条(4)的z向位移，具体参见图2、5、10。
[0019] 优选地，所述固定盘形凸轮的理论轮廓为：
[0020]
[0021] 式中，l3为凸轮从动摆杆长度；η0为凸轮从动摆杆初始
角位移； 为吸槽块在远休止交接位置时凸轮从动摆杆与x轴的夹角；Rx为第五转轴18的轴心与固定盘形凸轮(25)轴心之间的距离；e指代径向交接部分固定盘形凸轮(25)，(Xe,Ye)表示固定盘形凸轮(25)理论轮廓曲线坐标；指代活动吸爪(23)相对于x轴绕转轴(19)的角位移；η为凸轮从动摆杆(21)绕转轴(18)摆动的角位移，具体参见图3与图8。
[0022] 进一步地，本发明还提供了一种利用上述棒料高速柔和传送及变节距交接装置对棒料进行柔性交接的方法，其特点是，包括如下步骤：
[0023] 1)所述轴向传送机构的吸槽块吸取棒料，在传送过程中吸槽块保持平动，其平动速度与棒料被吸取前的速度相等；
[0024] 2)所述吸槽块吸取棒料后跟随第二轮体旋转，同时绕第二转轴、第三转轴旋转至交接位置与径向变节距交接机构进行交接；
[0025] 3)所述径向变节距交接机构的一组活动吸槽吸取交接位置的棒料，活动吸槽吸取棒料后收回，完成交接。
[0026] 藉由上述结构，本发明的棒料高速柔和传送及变节距交接装置，采用轴向传送机构与径向交接机构分别完成各自的任务，其
中轴向传送采用双凸轮联动机构，其中固定轴向圆柱凸轮和固定径向盘形凸轮为控制件，吸槽块为执行件，其余为传动件。该机构主要完成棒料传送中的吸取棒料、传送棒料及交出棒料三个过程，吸槽块(吸槽块上布有数个吸槽，节距为L2，个数与棒料输送轨道数目相同)在最低运动位置吸取多轨棒料，随后一起进行空间旋转传送。棒料的空间传送运动由3个旋转运动复合而成：主转动ω1为棒料随轮体的匀速圆周运动，将棒料从吸取位置传送至交接位置；90°转动ω3由固定轴向圆柱凸轮控制，通过齿条、齿轮、转轴15、万向铰链及转轴16传动，将吸槽块旋转90°，棒料轴线从与
导轨相平行
姿态转为相垂直姿态，便于径向变节距接受机构接受棒料，交接结束后则重新转为相平行姿态；补偿转动ω4由固定径向盘形凸轮控制，通过第一齿条、第一齿轮及转轴17(转轴17轴线过十字轴中心点)传动至传送臂，吸槽块(固连在传送臂上)随传送臂做往复转动(xy平面内)，从而实现棒料在接取棒料期间的平动，避免棒料与输送导轨、相邻吸槽块上棒料间的运动干涉。当吸槽块运动至最高交接位置时，吸槽将棒料交给径向变节距接受机构上的活动吸槽。
[0027] 径向变节距接受机构采用固定凸轮-摆动从动件机构，主要完成接取棒料和棒料变节距两个过程。活动摆臂上设有活动吸槽，摆臂与凸轮从动摆杆均固连在转轴18上。工作时轮体主转动ω6带动转轴18绕转轴19逆
时针转动，摆杆被转轴18带动的同时受固定凸轮的控制作用而绕转轴18作相对摆动ω5，从而实现活动吸槽摆臂的张开和缩回动作。现设轴向传送机构吸槽块上的吸槽节距为L2，则活动吸槽转到交接位置时张开，节距变为L2，便于接受棒料；设下一鼓轮的吸槽节距为L3，则当棒料被传送至与下一鼓轮的交接位置时，活动吸槽缩回，节距变为L3。
[0028] 棒料交接运动主要有棒料轴向传送和棒料径向接受两大过程，具体则可分为吸取棒料、传送、交接(交出棒料及接取棒料)及变节距4个工作阶段。其中棒料轴向传送机构的工作区间为[0,π]，非工作区间为[π,2π]；棒料径向变节距接受机构的工作区间为[0,-π]，非工作区间为[-π,-2π]。棒料交接工作过程主要由5个旋转运动来实现，各转动的具体工作情况如下：
[0029] ω1：轴向传送机构主转动ω1在[0,π]区间始终做顺时针匀速转动。
[0030] ω3：90°转动ω3在[0,α4]区间静止不动，吸槽块上的吸槽与导轨相平行，便于吸取棒料；在[α4,α5]区间顺时针转动90°；在 区间内，转动90°后保持静止，吸槽块上的吸槽与活动吸槽相平行，便于将棒料交给径向变节距接受机构。
[0031] ω4：补偿转动ω4在[0,α1]区间逆时针匀速转动，转速大小与主转动相同，吸槽块保持平动状态，便于吸取棒料，在α1位置处ω4的转角为σ1；在[α1,α2]区间ω4逆时针减速转动，在α2位置处ω4的转角为σ2；在[α2,α3]区间ω4顺时针转动，在α3位置处ω4的转角为0；在[α3,π]区间ω4保持静止，便于交接棒料。
[0032] ω5：变节距转动ω5在 区间保持静止，活动吸槽不动，吸槽节距为L2；在区间顺时针转动，活动吸槽缩回，吸槽节距逐渐变化为L3；在 区间静止，活动吸槽节距保持L3不动，便于与下一鼓轮交接棒料。
[0033] ω6：径向变节距接受机构主转动ω6在[0,-π]区间始终做逆时针匀速转动。
[0034] 棒料在导轨上的轴向速度v0＝Nlc/60i，rad/s。轴向传送机构旋转
角速度ω1＝πN/60K1，rad/s。径向变节距接受机构旋转角速度ω6＝πN/60K2rad/s。其中N为棒料生产能力，支/min；lc为单倍棒料长度，mm；l为双倍棒料长度，mm，l＝2lc；i为棒料轨道数目；K1、K2分别为轴向、径向传送机构吸槽个数，其中K1＝i×K；K为轴向传送机构吸槽块个数。
[0035] 对于轴向传送机构和径向变节距接受机构在非工作区间[π,2π]及[-π,-2π]的工作情况，除ω1和ω6转动保持不变外，其余运动则与工作区间的运动情况相对称。
[0036] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的装置在传送时可有效减少棒料端部因动力学因素导致的损坏，在交接时改变径向传送节距，更好地适应下游机工艺需求，尤其适用于颗粒状填充物包裹而成的柔性易损棒料的高速柔和传送和交接。
附图说明
[0037] 图1为本发明一种
实施例的外观实体图；
[0038] 图2为本发明所述轴向传送部分的结构示意图；
[0039] 图3为本发明所述径向交接部分的结构示意图；
[0040] 图4为本发明所述轴向传送部分棒料运动过程示意图；
[0041] 图5为本发明所述轴向传送部分双凸轮联动机构示意图；
[0042] 图6为本发明所述轴向传送部分双凸轮联动机构内部结构示意图；
[0043] 图7为本发明所述轴向传送部分
万向节机构示意图；
[0044] 图8为本发明所述径向交接部分内部结构示意图；
[0045] 图9为本发明所述轴向传送部分的固定轴向圆柱凸轮示意图；
[0046] 图10为本发明所述轴向传送部分的固定径向盘形凸轮示意图。
[0047] 图11为本发明所述径向交接部分的固定盘形凸轮示意图。
具体实施方式
[0048] 从
说明书中可以清楚本传送和变节距装置的特征，为了进一步介绍本发明，以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
[0049] 一种棒料高速柔和传送及变节距交接装置，如图1、4所示，包括一个轴向传送机构和一个径向接受机构，轴向传送机构可将一组(每组优选为1根或多根，如4根)棒料11传送到径向变节距接受机构上，轴向传送机构包含若干个(优选为多个，如8个)装在第二轮体27上的传送臂9，其中第二轮体27可绕第一转轴14匀速旋转，传送臂27安装有吸槽块12，吸槽块12可以将一组棒料11绕第二转轴16旋转预定角度，第二转轴16固连在传送臂9上，传送臂9设计成可绕第三转轴17按一定规律旋转预定角度，转轴13随着第二轮体27绕着第一转轴14匀速旋转。径向变节距接受机构可以平稳接收从轴向传送机构传送来的一组棒料11，径向接受机构包含若干组(优选为多组，如8组)的活动吸槽摆臂22，每组活动吸槽摆臂22包含若干个(优选为多个，如4个)的活动吸槽摆臂22，活动吸槽摆臂22可以绕转轴18按一定规律旋转预定角度，活动吸槽24用于接收从吸槽块12传送来的棒料
11。图1，3和8中标号23是径向变节距交接部分与活动吸槽摆臂(22)连接的活动吸槽。
[0050] 所述轴向传送机构的吸槽块12内部包含两组齿轮齿条机构1，2和一个万向铰链机构10，其中齿轮齿条机构1主要负责驱动传送臂9绕转轴17旋转，齿轮齿条机构2主要负责驱动吸槽块12绕转轴16旋转。
[0051] 所述齿轮齿条机构1包含的从动齿条杆3端部有一个滚轮5，在第二轮体27绕转轴14旋转时，滚轮5随着固定径向盘形凸轮8的曲线上下移动，齿条3驱动第一齿轮绕转轴17旋转，第一齿轮与传动臂9固连带动传动臂9绕转轴17按一定规律旋转，转轴17固连在第二轮体27上，且转轴17与万向铰链机构10连接齿轮2十字轴13的那段圆柱面的中心线共线。
[0052] 所述齿轮齿条机构2包含的从动齿条杆4端部有一个滚轮6，在第二轮体27绕转轴14旋转期间，滚轮6随着固定轴向圆柱凸轮7的曲线前后移动，齿条4驱动齿轮2绕转轴15旋转，其中转轴15固连在第二轮体27上，齿轮2带动旋转万向铰链机构旋转最终带动吸槽块12绕转轴16以一定规律旋转，其中转轴16固连在传送臂上。
[0053] 所述固定径向盘形凸轮8和固定轴向圆柱凸轮7的轴心共同位于轮体的中心14，固定径向盘形凸轮8和固定轴向圆柱凸轮7位于第二轮体27内部，共同决定了棒料11在轴向传送机构上的空间运动规律。
[0054] 所述径向接受机构的活动吸爪由活动吸槽24、活动吸槽摆臂22、凸轮从动摆杆21和滚轮20组成，活动吸槽24位于活动吸槽摆臂22的端部且与之垂直，同一组的若干个活动吸槽摆臂22长度递减，避免相互间的干涉，活动吸爪可绕转轴18旋转，转轴18随着第一轮体26绕着转轴19旋转，凸轮从动摆杆21的一端连接滚轮20，当第一轮体26转动时，滚轮20随着固定盘形凸轮25的曲线上下移动，带动活动吸爪绕转轴18旋转，带动活动吸槽摆臂22伸出和收回。在交接过程开始之前，活动吸槽摆臂22向外摆准备接受棒料11，当交接动作完成后，活动吸槽摆臂22收回，达到降低棒料11间节距的目的。
[0055] 所述固定盘形凸轮25的轴线与第一轮体26的轴线共线，固定盘形凸轮25的凸轮曲线决定了棒料11在径向接受机构上的运动规律。
[0056] 所述轴向传送机构第二轮体27的第一转轴14与径向接受机构第一轮体26的第四转轴19平行，且径向交接机构的第四转轴19位于轴向传送机构的第一转轴14的正上方。
[0057] 具体工作时，轴向传送机构吸槽块12从导轨上吸取棒料11，在传送过程中吸槽块12保持平动，平动速度与输送导轨上棒料11速度相等，吸取棒料后继续跟随第二轮体27旋转，同时绕转轴16、17旋转，最终到达交接位置与径向变节距交接机构完成交接。径向变节距交接机构的一组活动吸槽24吸取棒料11，随后吸槽24收回，减少棒料11间的节距。图
2、5、6为轴向传送部分的结构示意图，轴向传送机构包含吸槽块12、万向节10、齿轮齿条机构2安装在传送臂9内，其中吸槽块12旋转
支撑为传送臂9，而齿轮2的旋转支撑为第二轮体27，吸槽块12与齿轮2通过万向铰链机构10连接。固定径向盘形凸轮8、固定轴向圆柱凸轮7安装在第二轮体27内部，分别推动滚轮5和滚轮6，从而驱动齿轮第一齿条和齿轮齿条2，其中转轴17与十字轴13轴心对齐，两个齿轮齿条机构1、2互不干涉，通过万向节机构
10和吸槽块12共同
控制棒料11空间旋转。
[0058] 图3、8为径向变节距交接部分的结构示意图，固定盘形凸轮25安装在第一轮体26内部，凸轮从动摆杆21与活动吸槽摆臂22固连通过转轴18铰接在第一轮体26上，滚轮20安装在凸轮从动摆杆21的端部，转轴18随着第一轮体26转动，滚轮20随着固定盘形凸轮25曲线移动，从而驱动活动吸槽24完成摆出与收回动作。活动吸槽24到达交接位置时速度与轴向交接机构的吸槽块12上的棒料11速度相同，完成交接后活动吸槽24收回。
[0059] 图6、7包含轴向传送部分万向节机构10，分为上下两个部分，通过十字轴13连接，上部分连接在第二轮体27上，可以绕第二轮体27凸台转动，与齿轮2固连，通过齿条4驱动；下部分连接在传送臂9上，随着传送臂9摆动而摆动，带动吸槽块12转动。
[0060] 轴向传送部分的固定径向盘形凸轮8如图9所示，通过结合齿条3的位移运动方程，可得固定径向盘形凸轮8的理论轮廓为：
[0061]
[0062] 式中，s01为第一齿条的初始位移， 为固定径向盘形凸轮基圆半径； 为第一齿轮的基圆半径；s1为第一齿条(3)径向位移；Rz为第三转轴17的轴线与固定径向盘形凸轮(8)的轴线之间的距离；a指代固定径向盘形凸轮(8)，与固定轴向圆柱凸轮(7)等区别开，(xa ya za)为固定径向盘形凸轮(8)理论轮廓曲线坐标。
[0063] 轴向传送部分的固定轴向圆柱凸轮7如图10所示，结合齿条4的位移运动方程，固定轴向圆柱凸轮7的理论轮廓为：
[0064]
[0065] 式中， 为固定轴向圆柱凸轮基圆半径(mm)；α0为第二齿轮和第二齿条(4)啮合点到旋转中心连线与x轴的夹角， C2为常数，表示固定轴向圆柱凸轮(7)z向最低点位置到xy平面的距离；d指代固定轴向圆柱凸轮(7)，(xd,yd,zd)表示固定轴向圆柱凸轮(7)理论轮廓曲线坐标；s2指代第二齿条(4)的z向位移。
[0066] 径向变节距交接部分的固定盘形凸轮25如图11所示，结合凸轮从动摆杆21的角位移运动方程，可得固定盘形凸轮25的理论轮廓为：
[0067]
[0068] 式中，l3为凸轮从动摆杆长度；η0为凸轮从动摆杆初始角位移； 为吸槽块在远休止交接位置时凸轮从动摆杆与x轴的夹角；Rx为第五转轴18的轴心与固定盘形凸轮(25)轴心之间的距离；e指代径向交接部分固定盘形凸轮(25)，(Xe,Ye)表示固定盘形凸轮(25)理论轮廓曲线坐标；指代活动吸爪(23)相对于x轴绕转轴(19)的角位移；η为凸轮从动摆杆(21)绕转轴(18)摆动的角位移。
[0069] 由此，在高速大批量生产的条件下，实现柔性棒料在高速轴向运动向高速径向运动的转换，且不损坏柔性棒料，即实现高速柔和交接技术。高速柔性棒料在传送过程中的轴向制动和径向加速均在棒料轴线中发生，极易造成棒料端部的损坏。本发明设计的交接装置能使柔性棒料在高速传送过程中，通过棒料空间旋转实现轴向加速度的径向分解，从而达到平缓制动、柔和交接的目的。该装置可适用于单轨和多轨棒料生产工况。所述交接装置包括轴向传送部分和径向变节距交接部分。轴向传送部分主要完成吸槽块与输送导轨上的棒料同步平动以吸取棒料，其后做空间旋转运动的同时使棒料转动90°，进入交接区后使棒料作匀速圆周运动，便于棒料交接。棒料径向接受部分用活动吸槽接受棒料，在将棒料送往至下一鼓轮的同时完成变节距动作。
[0070] 上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
