李勇，張文平，金彩洪，李吉安，張楨，劉松，劉云松

（紅塔煙草（集團）有限責(zé)任公司楚雄卷煙廠，云南 楚雄 675000）

1 現(xiàn)狀及存在的問題

卷包設(shè)備使用的乳膠由原來的人工單桶運送到各機臺加膠，升級改進后為供膠房集中自動供膠，供膠房內(nèi)采用膠罐存儲輸送乳膠，需要將膠桶內(nèi)的乳膠加入到膠罐內(nèi)。存在以下問題：（1）供膠房內(nèi)單只膠桶重量達到20kg，每次提升膠桶倒膠到膠罐中，都需人工將膠桶提升到平齊膠罐口，高度為1.3m，較為費勁，每天需對卷包設(shè)備提供150桶膠，供膠房設(shè)備操作以及加膠工作都由1人完成，工作量巨大。（2）當(dāng)膠桶提升至平齊膠罐口后，需要翻轉(zhuǎn)膠桶傾倒乳膠，由于乳膠粘度較大，流動性較差，傾倒時間長，期間需要人工一直托著膠桶直至傾倒完全部乳膠，整個流程耗時耗力，經(jīng)常出現(xiàn)膠桶底部有殘留乳膠的問題，造成浪費，增加了生產(chǎn)成本。（3）由于供膠房空間較小，傳統(tǒng)的提升裝置占地較大，無法在供膠房內(nèi)使用。因此，亟需設(shè)計1個專用裝置來解決上述問題。

2 實施內(nèi)容

2.1 供膠房現(xiàn)場測量及分析

對供膠房、房內(nèi)膠桶、膠罐的空間尺寸以及膠桶存放位置與膠罐放置位置間的距離進行測量。根據(jù)供膠房的內(nèi)部構(gòu)造制定方案。據(jù)測量考察可知，供膠房膠桶存放位置和膠罐位置間的空間較窄，觀察加膠人員加膠的操作過程，得出加膠需要提升膠桶，托住并逐漸翻轉(zhuǎn)膠桶向膠罐內(nèi)傾倒乳膠的2個主要動作，這2個動作大大增加了加膠人員的工作量，通過機械自動化解決這2個動作即可減輕加膠人員的工作量，提升工作效率。

2.2 設(shè)計解決方案

2.2.1建模

利用在供膠房測量得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，在三維軟件SOILDWORKS建立膠桶和膠罐的模型，結(jié)合加膠時的特點及人工加膠時存在的問題，使用三維軟件建模設(shè)計了一種半自動輔助倒膠裝置來解決問題，本裝置包括推車、提升機構(gòu)、輔助翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。在設(shè)計時，要根據(jù)不同機構(gòu)的動作方向、速度和安全等因素設(shè)計不同的操控機構(gòu)。為保證操控的準(zhǔn)確性，設(shè)計時考慮存在的摩擦、粘性和慣性等阻力，讓加膠人員能夠有一種“親身操縱感覺”，使輔助加膠動作變得連貫，減少重量和膠粘度對加膠人員的干擾。機構(gòu)裝置、加膠人員對空間的需求，除了合適的操控空間，同時能保證合理的自由空間；對于加膠人員來說，提升機構(gòu)、輔助翻轉(zhuǎn)機構(gòu)等操作機構(gòu)的排列布置應(yīng)選用最方便、最舒適的設(shè)計布局；為了延緩加膠人員長時間操作機器時疲勞，設(shè)計了各種輔助裝置來保證加膠人員加膠的力度在正常范圍之內(nèi)；加膠人員有足夠的活動空間，站立作業(yè)時符合生理學(xué)和人體解剖學(xué)特點。裝置設(shè)計了保證操控者的視野不會被大體積的物體所阻擋，讓加膠人員有良好的視野，保證加膠人員和裝置的安全，同時保證了使用裝置的舒適性。整個車身長100~120cm，寬15~20cm，可讓本裝置適配供膠房供膠通道（如圖1所示）。

圖1 半自動輔助倒膠裝置平面圖

2.2.2提升動作的設(shè)計

推車包括車身、推手、萬向輪，車身上安裝有提升機構(gòu)，提升機構(gòu)由正反轉(zhuǎn)電機、絲桿、立柱、加強筋組成。推車上安裝有固定板，固定板上安裝有正反轉(zhuǎn)電機，正反轉(zhuǎn)電機通過限位開關(guān)控制，限位開關(guān)設(shè)置在立柱外側(cè)表面靠近頂部位置處。正反轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)軸連接皮帶輪，皮帶輪連接在絲桿的皮帶輪上，絲桿的上下兩端通過軸承、軸承座安裝在車身和立柱頂端（如圖2所示）。

圖2 提升機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.3傾倒乳膠動作的設(shè)計

輔助翻轉(zhuǎn)機構(gòu)由連接板、轉(zhuǎn)動座、立板、檔條、轉(zhuǎn)動板、伸縮爪勾組成，連接板連接在絲桿上，立板連接在連接板上，連接板上設(shè)置有軸，轉(zhuǎn)動板內(nèi)部設(shè)有軸承，軸承連接在軸上，轉(zhuǎn)動板分為上下兩部分，上半部分與下半部分呈45°，上半部分外側(cè)設(shè)有與轉(zhuǎn)動板垂直并向外延伸的把手。轉(zhuǎn)動板下半部分底部內(nèi)側(cè)連接有轉(zhuǎn)動座，所述轉(zhuǎn)動座呈半圓狀，所述轉(zhuǎn)動座半圓直徑與連接板橫向一側(cè)平齊，讓轉(zhuǎn)動座有足夠的空間可以向一側(cè)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動座配重能夠在正常情況下讓支撐部貼合連接板。連接板上開有連接口，所述連接口內(nèi)放置有螺母，所述連接口、螺母通過豎直的螺釘打孔配合連接在一起，所述連接口與絲桿配合連接。轉(zhuǎn)動板下半部分側(cè)邊連接有若干檔條，檔條呈弧形，膠桶放置后能夠?qū)δz桶側(cè)面進行限位。檔條兩側(cè)連接有伸縮爪勾，伸縮勾爪包括套筒、內(nèi)柱。套筒上端開口，內(nèi)部空心，側(cè)面開有呈L字型的滑槽，內(nèi)柱主體部分呈圓柱狀，上端為勾子，底部連接有彈簧，側(cè)邊連接有旋鈕，內(nèi)柱主體和彈簧放置在套筒內(nèi)，旋鈕放置在滑槽內(nèi)。內(nèi)柱的勾子能夠勾住膠桶的開口，讓膠桶穩(wěn)定的被限位在轉(zhuǎn)動座上，轉(zhuǎn)動座底部弧形一端設(shè)有凸起的2個支撐板，2個支撐部間形成凹口。轉(zhuǎn)動板外側(cè)設(shè)置有2個對稱放置的固定座，固定座上連接有弧形彈片，立板內(nèi)側(cè)設(shè)有限位軸，轉(zhuǎn)動板轉(zhuǎn)動135°后，限位軸從2個弧形彈片穿過，并在弧形彈片平面處被限位。膠桶此時能夠傾斜135°，讓底部的乳膠能夠自動流盡。連接板底部連接有支撐座，支撐座上設(shè)有滾動軸承，滾動軸承放置在立柱表面上，立柱連接有加強筋，加強筋底部放置在車身上，并與車身呈45°。立柱、加強筋均為角鋼。上述固定板、軸承座、支撐板、檔條上均設(shè)有腰子孔，方便裝配好各機構(gòu)后還能進行位置調(diào)節(jié)（如圖3、圖4所示）。

圖3 輔助翻轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 限位機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 工作原理闡述

正反轉(zhuǎn)電機通過傳動裝置帶動絲桿運動，絲桿帶動提升板作上升下降運動，即膠桶放置在轉(zhuǎn)動底板上，能夠向上提升，轉(zhuǎn)動板能夠繞固定板轉(zhuǎn)動，限位條、伸縮勾爪對膠桶進行限位，握住手柄轉(zhuǎn)動輔助翻轉(zhuǎn)裝置即可帶動膠桶作倒膠的動作，同時，弧形彈片、限位軸能夠在膠桶到達135°進行位置限位。

2.4 具體實施方案說明

將開蓋后的膠桶提放在轉(zhuǎn)動座上，按動伸縮爪勾的旋鈕向滑槽底部移動，并將旋鈕放置在橫向的滑槽內(nèi)，膠桶被勾子固定住，按動限位開關(guān)的上升開關(guān)提升膠桶，當(dāng)提升高度至膠桶底部與膠罐罐口平齊時，觸發(fā)限位開關(guān)，正反轉(zhuǎn)電機停止，絲桿自鎖，膠桶停留在該位置。加膠人員1只手握住把手，另1只手放入凹口并扣住，向膠罐方向緩慢作倒膠動作，當(dāng)轉(zhuǎn)動板順時針轉(zhuǎn)動135°時，弧形彈片轉(zhuǎn)動與限位軸接觸，且限位軸從弧形彈片的左側(cè)平面擠壓過弧形彈片的弧度面，到達弧形彈片的右側(cè)平面。即在轉(zhuǎn)動板轉(zhuǎn)動至135°時，對膠桶完成限位作用，不用人工提扶膠桶即可將剩余乳膠傾倒完畢，使用完成后，逆時針施力即可將限位軸從弧形彈片間取出，讓輔助翻轉(zhuǎn)機構(gòu)歸位，按動下降開關(guān)將連接板回歸原位。

3 結(jié)語

本文以供膠房設(shè)備技術(shù)為研究對象，以加膠人員的動作為模仿對象，采用三維建模設(shè)計了一款能夠幫助加膠人員提升膠桶，并輔助供膠人員將膠桶內(nèi)乳膠加入膠罐的裝置，降低了加膠人員的勞動強度，同時，原本膠桶剩余的乳膠能夠被傾倒完畢，減少了資源的浪費。