双倍长烟支高速旋转切割机理与间隙控制技术

摘要

随着香烟的品种和需求的不断增加，烟草机械设备也随之在设备柔性化、生产自动化、机电一体化方向不断优化。本文基于超高速卷接机组烟支切割系统，通过工作原理与运动分析，研究双倍长烟支高速旋转切割机理。为保证烟支端面的切割质量，基于遗传算法建立烟支切割等速模型，获得生产不同长度烟支的结构参数以及切割误差分析。提出喇叭嘴与切刀的干涉规避方法和喇叭嘴间隙值优化，进一步提高烟支的切割质量和系统运行的稳定性。基于含间隙烟支切割系统动力学模型，研究喇叭嘴机构和刀盘机构含间隙时对系统的影响。主要研究内容包括：　　(1)烟支切割系统的切割机理分析。基于烟支切割系统喇叭嘴机构与刀盘机构的工作原理和运动分析，确定结构参数间的数学关系。通过烟支切割系统动力学模型，研究喇叭嘴与切刀的干涉现象。　　(2)烟支切割系统的等速建模与误差分析。以刀盘偏角、喇叭嘴旋转直径为设计变量，烟条、喇叭嘴、切刀三者沿烟条轴线方向水平分速度相等为优化目标，采用遗传算法建立烟支切割等速模型。基于烟支切割等速模型，获取最优结构参数以及不同烟速下的烟支切割误差分析。　　(3)喇叭嘴间隙值优化。以生产118mm长度烟支为目标，基于MATLAB建立烟支切割装置数值计算模型，对整个切割过程进行动态干涉分析。通过三种不同的喇叭嘴调节方案和修改切刀形状，优化喇叭嘴间隙值，提高烟支切割质量。　　(4)含间隙烟支切割系统动力学特性分析。基于二状态模型，采用连续接触力法，建立含间隙烟支切割系统动力学模型。通过仿真计算，研究不同运动副间隙值和间隙数量对烟支切割系统的影响，提出解决由转动副间隙引起切割运动不稳定的方法。　　通过优化结构参数和工作参数理论上解决喇叭嘴与切刀干涉的技术难题，使切割性能稳定，为提高烟支切割质量提供了理论指导。因此，该研究对于智能卷接机组自主研发具有一定的参考价值。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 烟支切割系统研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 本章小结

第 2 章 烟支切割系统切割机理

2.1 旋转式烟支切割系统工作原理

2.2 刀盘与喇叭嘴几何模型

2.3 烟支切割系统运动分析

2.3.1 旋摆式刀盘机构运动分析

2.3.2 旋转式喇叭嘴机构运动分析

2.4 烟支切割系统动力学模型

2.5 本章小结

第 3 章 烟支切割装置结构参数

3.1.1 刀盘机构坐标变换

3.1.2 喇叭嘴机构坐标变换

3.2 烟支切割等速模型

3.2.1 基于遗传算法的切割等速建模

3.2.2 速度优化结果

3.3 双倍长烟支的切割误差分析

3.4 本章小结

第 4 章 喇叭嘴间隙值优化

4.1 喇叭嘴与切刀等效运动学模型

4.2 不同喇叭嘴调节方法的切割运动仿真

4.2.1 喇叭嘴双侧间隙调节

4.2.2 喇叭嘴单侧间隙调节

4.2.3 喇叭嘴前后排间隙调节

4.3 不同切刀形状的切割运动仿真

4.3.1 刀宽 50mm 的切割运动仿真

4.3.2 刀宽 44mm 的切割运动仿真

4.3.3 刀宽 40mm 的切割运动仿真

4.4 本章小结

第 5 章 含转动副间隙烟支切割系统的动力学特性分析

5.1 含间隙烟支切割系统等效建模

5.1.1 间隙转动副模型

5.1.2 接触力模型

5.2 含间隙烟支切割系统动力学特性分析

5.2.1 含间隙喇叭嘴机构的动力学特性

5.2.2 含间隙刀盘机构的动力学特性

5.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A（切刀坐标变换矩阵各元素）

附录B（攻读学位期间学术论文发表及项目研究情况）