范愛軍 趙文龍

摘 要：河南中煙黃金葉生產(chǎn)制造中心制絲部使用氣動煙箱翻轉(zhuǎn)平臺作為煙箱收集的第一步，氣缸在運行過程中隨著旋轉(zhuǎn)軸不停地旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致氣缸桿的密封組件在很短時間內(nèi)因摩擦而損壞。經(jīng)過加裝直線導(dǎo)軌和滑塊機構(gòu)，使氣缸桿始終做直線運動，氣缸處于最佳的運行狀態(tài)，減少了活塞桿密封組件的非正常磨損，延長了氣缸的使用周期，機構(gòu)運行更加平穩(wěn)，定位更加準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：煙箱自動堆垛;煙箱翻轉(zhuǎn)平臺;驅(qū)動裝置設(shè)計

中圖分類號：TS43文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2018）32-0048-02

Design Of Pneumatic Drive Device For Cigarette Box Turnover Platform

FAN Aijun ZHAO Wenlong

（Henan Tobacco Gold Leaf Production and Manufacturing Center ，Zhengzhou Henan 450016）

Abstract： In Silk Processing Department of Henan Tobacco Gold Leaf Production and Manufacturing Center， a pneumatic smoke box turning platform was used as the first step of smoke box collection. During the operation， the cylinder rotated continuously with the rotating axis， resulting in the damage of the sealing components of the cylinder rod due to friction in a very short time. By installing linear guide rail and slider mechanism， the cylinder rod always moved in a straight line， the cylinder was in the best running state， the abnormal wear of the piston rod seal assembly was reduced， the service cycle of the cylinder was prolonged， the mechanism runs more smoothly and the positioning was more accurate.

Keywords： automatic stacking of cigarette case;cigarette case turnover platform;design of driving device

煙包的解包是制絲生產(chǎn)的第一道工序，其自動化水平的高低影響著制絲線的整體自動化水平。河南中煙黃金葉生產(chǎn)制造中心制絲部使用了3臺德國產(chǎn)的KUKA機器人用于煙包的自動解包。首先，利用CCD視覺攝像頭對煙包外的打包帶進行自動識別和定位，并引導(dǎo)機器人對煙包外打包帶進行自動剪除，對上下煙箱、上下紙板、上下牛皮紙、煙箱內(nèi)塑料袋進行自動抓取，再利用機器人自身的柔性，同時配合眾多的傳感器，實現(xiàn)對不同尺寸煙包的處理，最后對煙包的外包裝物進行自動收集處理，如煙箱的自動堆垛，打包帶的自動碎料等。

當(dāng)機器人把煙包的外包裝物煙箱抓起來以后，放到一個煙箱翻轉(zhuǎn)平臺上，對煙包的外包裝物煙箱進行自動收集處理。

1 存在的問題

圖1為煙箱翻轉(zhuǎn)平臺及其附屬機構(gòu)。

當(dāng)拆箱機器人把煙箱放到煙箱翻轉(zhuǎn)平臺的翻轉(zhuǎn)架上以后，上面的光電管被遮擋，PLC控制電磁閥給氣缸的無桿腔通入壓縮空氣，活塞桿推動翻轉(zhuǎn)臂，翻轉(zhuǎn)臂通過支撐軸、軸承和支撐座把翻轉(zhuǎn)架翻倒，把煙箱放置到輸送鏈條上，便于后續(xù)工序進行[1]。

由于翻轉(zhuǎn)臂做的是旋轉(zhuǎn)運動，氣缸的活塞桿做的是直線運動，為了實現(xiàn)運動的轉(zhuǎn)換，在氣缸的端部使用一個旋轉(zhuǎn)軸，雖然能實現(xiàn)基本功能，但經(jīng)常造成氣缸桿處的密封損壞，一個價值8 000多元的氣缸用不了多長時間（一年3個）就要報廢[2]。

2 問題分析

首先對生產(chǎn)過程中不停擺動的氣缸進行受力分析，圖2為氣缸和旋轉(zhuǎn)臂的受力分析圖。

以翻轉(zhuǎn)臂處于垂直位置為例，翻轉(zhuǎn)臂受的有效力推動翻轉(zhuǎn)臂實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，其受的有效力的反作用力是氣缸的水平旋轉(zhuǎn)力，翻轉(zhuǎn)臂垂直于軸線的力是翻轉(zhuǎn)臂受的無效力，雖然這個力對翻轉(zhuǎn)臂沒有做功，但其反作用力卻對氣缸桿做功，這樣，在氣缸桿的外端受到的力有氣缸的水平旋轉(zhuǎn)力和氣缸的垂直旋轉(zhuǎn)力。在氣缸內(nèi)部的活塞上也受到同樣的氣缸的水平旋轉(zhuǎn)力和氣缸的垂直旋轉(zhuǎn)力。這兩對力以圖2中的旋轉(zhuǎn)軸為支點運動，旋轉(zhuǎn)軸是氣缸體外部的一個部件，最終的作用力完全通過和氣缸桿接觸的密封組件實現(xiàn)氣缸的旋轉(zhuǎn)。

圖2中氣缸由水平位置推動旋轉(zhuǎn)臂到旋轉(zhuǎn)臂處于垂直狀態(tài)，氣缸角度也發(fā)生了變化，這是正負載階段。一旦旋轉(zhuǎn)臂由垂直位置再向右推，就變成了負載階段，氣缸在運行過程中受的力始終是變化的[3]。

所以，氣缸桿密封處漏氣的主要原因是密封組件受到了大小和方向都不停變化的旋轉(zhuǎn)力。

3 解決問題

氣缸的密封組件只起密封的作用，當(dāng)然也可以承受少量的徑向力，氣缸桿沿著氣缸缸體做直線運動是保證氣缸壽命最好的方法。煙箱翻轉(zhuǎn)平臺氣動驅(qū)動裝置如圖3所示。

先加工一個圖3中的支撐板，按要求銑出1個長槽和4個M12螺紋孔，螺紋孔用于固定圖2和圖3中的氣缸固定支架，也就是氣缸的固定方式不變，用這4個螺紋孔把氣缸固定在支撐板上;在支撐板上安裝2根TRH25FL導(dǎo)軌和與之配套的4個滑塊，這4個滑塊用1塊10mm厚的鋼板連接起來，在鋼板上安裝上2個UCP204帶座軸承，中間有一根Φ20的機構(gòu)傳動軸;再加工一個翻轉(zhuǎn)臂，翻轉(zhuǎn)臂的一端和原來的支撐軸用鍵連接在一起，另一端穿在機構(gòu)傳動軸上;氣缸桿端部M20的螺紋旋入圖中氣缸和工作機構(gòu)連接頭中，這個工作機構(gòu)連接頭被固定在10mm厚的鋼板上[4]。

當(dāng)氣缸桿伸出時，氣缸桿推動工作機構(gòu)連接頭、Φ20的機構(gòu)傳動軸、2個UCP204帶座軸承、10mm厚的鋼板和4個滑塊組成的部件，這個部件做直線運動，帶動氣缸桿也做直線運動。Φ20的機構(gòu)傳動軸推動銑有導(dǎo)槽的翻轉(zhuǎn)臂，使旋轉(zhuǎn)臂沿著原來的支撐軸做旋轉(zhuǎn)運動，帶動煙箱翻轉(zhuǎn)平臺做旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)對煙箱的輸送。

4 實際效果

經(jīng)過增加直線導(dǎo)軌，氣缸桿在伸出和縮回的過程中，不再出現(xiàn)缸體的上下頻繁擺動，減少了活塞桿密封圈的非正常磨損，延長了氣缸的使用周期。使用中發(fā)現(xiàn)機構(gòu)運行更加平穩(wěn)，氣缸的行程可以控制，定位更加準(zhǔn)確。

參考文獻：

[1]《卷煙工藝與設(shè)備》編寫組.卷煙工藝與設(shè)備[M].北京：輕工業(yè)出版社，1987.

[2]《卷煙機械》編寫組.卷煙機械[M].北京：北京出版社，1989.

[3]李彥偉，范愛軍.煙草制絲設(shè)備與工藝[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2014.

[4]成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.