王曉

（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司技術(shù)中心, 河南 許昌 461000）

0 引言

隨著國內(nèi)煙草機(jī)械的快速發(fā)展，棒狀物料成型設(shè)備的自動(dòng)化程度越來越高[1-2]。棒狀物料生產(chǎn)過程需要輸送盤盒，然而，目前市場(chǎng)上的盤盒輸送裝置由于結(jié)構(gòu)原理限制，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣、生產(chǎn)效率低等問題[3-5]，不能與自動(dòng)化程度較高的棒狀物料成型設(shè)備匹配[6-7]。因此，本文設(shè)計(jì)一種新型盤盒輸送裝置。

1 裝置結(jié)構(gòu)

該棒狀物料裝盒機(jī)盤盒輸送裝置如圖1、圖2所示[8]，包括底架機(jī)構(gòu)、左右夾持機(jī)構(gòu)、位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)[9-10]。底架機(jī)構(gòu)通過位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌18固定在主機(jī)架上。底架機(jī)構(gòu)的電缸9與驅(qū)動(dòng)該電缸9的伺服電動(dòng)機(jī)14通過支架1固定在底板16中心。電缸9的兩側(cè)分別對(duì)稱設(shè)置有平行于該電缸的左右夾持機(jī)構(gòu)，位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的橫撐26固定在主機(jī)架上，底座22固定在底板上。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖1

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖2

底架機(jī)構(gòu)包括底板、電缸、伺服電動(dòng)機(jī)、滑臺(tái)、擋桿、盤盒輸送板、支撐塊。電缸9通過支架1固定在底板16上，且位于底板16中心，與驅(qū)動(dòng)該電缸9的伺服電動(dòng)機(jī)14通過連接法蘭連接。電缸9的兩側(cè)分別對(duì)稱設(shè)置有平行于該電缸9的左右夾持機(jī)構(gòu)，左右夾持機(jī)構(gòu)通過支撐塊5固定在底架16上方。電缸9上設(shè)置有平行于底板16的滑臺(tái)13，滑臺(tái)13采用分體式對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于安裝和調(diào)節(jié)，分別與盤盒推送裝置的支撐架10連接。工作過程中，動(dòng)力從伺服電動(dòng)機(jī)14傳導(dǎo)到電缸9，伺服電動(dòng)機(jī)14驅(qū)動(dòng)電缸9的滑臺(tái)13作前后的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，滑臺(tái)13兩側(cè)連接盤盒推送裝置的支撐架10，帶動(dòng)推動(dòng)桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成盤盒的輸送。擋桿21通過連接塊25安裝在底板16上，工作過程中，可通過調(diào)整連接塊25位置，靈活調(diào)節(jié)擋桿21位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)盤盒的位置，從而適應(yīng)不同深度的盤盒。電缸9上方對(duì)稱設(shè)置有平行于該電缸9的盤盒輸送板，滑臺(tái)13設(shè)置在盤盒輸送板下方，盤盒輸送板通過螺栓固定在底板16上，盤盒輸送板用于放置盤盒并提供盤盒移動(dòng)通道。

左右夾持機(jī)構(gòu)為鏡像對(duì)稱設(shè)計(jì)，包括盤盒推送裝置、機(jī)架、紙盒防倒裝置。左右夾持機(jī)構(gòu)通過支撐塊5對(duì)稱固定在底架機(jī)構(gòu)上方。

機(jī)架6通過支撐塊5固定在底板16上，機(jī)架6與支撐塊5之間的連接方式為螺栓組成的可調(diào)連接。在工作過程中，根據(jù)盤盒的寬度，相應(yīng)調(diào)整機(jī)架6的位置，進(jìn)而調(diào)整左、右夾持機(jī)構(gòu)之間的距離。同時(shí)，與機(jī)架6連接的支撐架10的位置也相應(yīng)改變，由于與支撐架10連接的滑臺(tái)13是分體式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)支撐架10位置，靈活調(diào)整滑臺(tái)13結(jié)構(gòu)，從而保證動(dòng)力傳輸，適應(yīng)不同寬度的盤盒的輸送。

盤盒推送裝置包括導(dǎo)軌、氣缸、軸滑動(dòng)型固定座、導(dǎo)向軸、推動(dòng)桿、固定推動(dòng)塊、支撐架等。盤盒推送裝置的導(dǎo)軌12與機(jī)架6通過螺栓固定連接。盤盒推送裝置可沿著導(dǎo)軌12方向定向移動(dòng)。導(dǎo)軌12與支撐架10通過螺栓固定連接，氣缸8、軸滑動(dòng)型固定座11、移動(dòng)塊2垂直于導(dǎo)軌設(shè)置，通過螺栓固定在支撐架10上。導(dǎo)向軸4安裝在推動(dòng)桿7上，推動(dòng)桿7與導(dǎo)軌12方向平行且位于盤盒輸送板的上方，安裝在氣缸8上，推動(dòng)桿7內(nèi)側(cè)等間距設(shè)置有7個(gè)固定推動(dòng)塊3，左右夾持機(jī)構(gòu)的推動(dòng)桿7上的固定推動(dòng)塊3呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè)置。在導(dǎo)向軸4的作用下，氣缸8能夠驅(qū)動(dòng)推動(dòng)桿7平行于導(dǎo)軌12方向自由伸縮，滿足盤盒的裝盒和輸送需求。每對(duì)固定推動(dòng)塊3用來夾持1個(gè)盤盒，能夠同時(shí)輸送多個(gè)盤盒，滿足自動(dòng)化生產(chǎn)需求。

紙盒防倒裝置包括移動(dòng)塊、罩殼、毛刷等。移動(dòng)塊2垂直于導(dǎo)軌12設(shè)置，通過螺栓固定在支撐架10上，罩殼17固定在移動(dòng)塊2上。毛刷15分兩組，兩組同時(shí)固定在機(jī)架6上。能夠?qū)ΡP盒的位置進(jìn)行限制，保證盤盒的裝盒和移動(dòng)，運(yùn)行流暢不傾倒，盤盒進(jìn)入該裝置后位于兩個(gè)罩殼17之間，罩殼17上的相應(yīng)位置開有槽，不影響推動(dòng)桿7的伸縮，從而完成盤盒的輸送。

位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)軌、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)塊、連接塊等。導(dǎo)軌17對(duì)稱布置在電缸9兩側(cè)，通過螺栓固定在底板16下方。調(diào)節(jié)塊是由底座19、橫撐26、鎖緊塊20組成。橫撐26固定在主機(jī)架上，底座19與橫撐26同軸連接，通過螺栓固定，調(diào)節(jié)塊與調(diào)節(jié)桿24末端連接，鎖緊塊20通過螺栓固定在橫撐26另一側(cè)，控制調(diào)節(jié)桿24的鎖緊與放松。連接塊是由底座22和連接法蘭23組成，底座22固定在底板16上，連接法蘭23與底座22同軸連接，連接法蘭23與調(diào)節(jié)桿24通過螺紋連接。正常工作時(shí)，盤盒輸送裝置位置固定，當(dāng)要改變出口處與下游設(shè)備的距離時(shí)，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)桿24，改變盤盒輸送裝置位置，實(shí)現(xiàn)距離調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同深度的盤盒，增加裝置實(shí)用性。

2 伺服電動(dòng)機(jī)及電缸的設(shè)計(jì)選型

負(fù)載質(zhì)量M=26 kg，移動(dòng)距離L=170 mm，全程移動(dòng)時(shí)間t=1.2 s，加減速時(shí)間t1=t2=0.2 s。根據(jù)需求，初選ELGATB-RF-F1-80型伺服電缸,其機(jī)構(gòu)參數(shù)如表1所示[11-12]。

表1 機(jī)構(gòu)參數(shù)表

2.1 計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

計(jì)算重物作用在電動(dòng)機(jī)輸出軸上的負(fù)載慣量：

式中：JM為重物作用在電動(dòng)機(jī)輸出軸上的負(fù)載慣量，kg·m2；M為負(fù)載質(zhì)量，kg；P為進(jìn)給常數(shù)，m/r。

計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出軸上的總慣量：J=Jm+J0+Jc=1.03×10－2+1.062×10－3+2×10－5=1.13×10－2kg·m2。

式中：J為折算到電動(dòng)機(jī)輸出軸上的總負(fù)載慣量，kg·m2；Jm為重物作用在電動(dòng)機(jī)輸出軸上的負(fù)載慣量，kg·m2；J0為ELGA型電缸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2；Jc為聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2。

2.2 計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

式中：N為轉(zhuǎn)速，r/s；V為工件速度，m/s；P為進(jìn)給常數(shù)，m/r。

2.3 驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需轉(zhuǎn)矩

克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩：

式中：TF為轉(zhuǎn)矩，N·m；P為進(jìn)給常數(shù)，m/r；η為效率；μ為摩擦因數(shù)；g為重力加速度；M為工件質(zhì)量，kg。

重物加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩：

2.4 伺服電動(dòng)機(jī)選型

根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)的選型原則：1）連續(xù)工作轉(zhuǎn)矩＜伺服電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩；2）瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩＜伺服電最大轉(zhuǎn)矩（加速時(shí)）；3）負(fù)載慣量＜3倍電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量；4）連續(xù)工作速度＜電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速[11-12]。

據(jù)此選擇ELGA-TB-RF-F1-80（FESTO）伺服電缸、1FK7040-2AK71-1RA0（SIEMENS）伺服電動(dòng)機(jī)。

3 結(jié)論

該盤盒輸送裝置具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，具體如下：

1）分體式對(duì)稱設(shè)計(jì)滑臺(tái)，左、右夾持機(jī)構(gòu)分別與底板通過螺栓固定連接，不需要更換零部件，便于調(diào)節(jié)夾持機(jī)構(gòu)距離，可以滿足不同種類盤盒的輸送需求；便于調(diào)節(jié)盤盒輸送裝置位置，增加裝置適應(yīng)能力；毛刷和罩殼組成防傾倒裝置，結(jié)構(gòu)簡單。

2）根據(jù)裝置運(yùn)動(dòng)模式和伺服電動(dòng)機(jī)選型原則，選擇ELGA-TB-RF-F1-80伺服電缸，1FK7040-2AK71-1RA0伺服電動(dòng)機(jī)。能夠?qū)崿F(xiàn)多種規(guī)格盤盒的連續(xù)輸送，同時(shí)保證盤盒輸送流暢，避免損壞盤盒和卡盒問題。