煙箱翻轉平臺氣動驅動裝置設計

范愛軍 趙文龍

摘 要：河南中煙黃金葉生產制造中心制絲部使用氣動煙箱翻轉平臺作為煙箱收集的第一步，氣缸在運行過程中隨著旋轉軸不停地旋轉，導致氣缸桿的密封組件在很短時間內因摩擦而損壞。經過加裝直線導軌和滑塊機構，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，機構運行更加平穩(wěn)，定位更加準確。

關鍵詞：煙箱自動堆垛;煙箱翻轉平臺;驅動裝置設計

中圖分類號：TS43文獻標識碼：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制造中心制絲部使用了3臺德國產的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為煙箱翻轉平臺及其附屬機構。

當拆箱機器人把煙箱放到煙箱翻轉平臺的翻轉架上以后，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，活塞桿推動翻轉臂，翻轉臂通過支撐軸、軸承和支撐座把翻轉架翻倒，把煙箱放置到輸送鏈條上，便于后續(xù)工序進行[1]。

由于翻轉臂做的是旋轉運動，氣缸的活塞桿做的是直線運動，為了實現運動的轉換，在氣缸的端部使用一個旋轉軸，雖然能實現基本功能，但經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

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

以翻轉臂處于垂直位置為例，翻轉臂受的有效力推動翻轉臂實現翻轉，其受的有效力的反作用力是氣缸的水平旋轉力，翻轉臂垂直于軸線的力是翻轉臂受的無效力，雖然這個力對翻轉臂沒有做功，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力和氣缸的垂直旋轉力。在氣缸內部的活塞上也受到同樣的氣缸的水平旋轉力和氣缸的垂直旋轉力。這兩對力以圖2中的旋轉軸為支點運動，旋轉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氣缸的旋轉。

圖2中氣缸由水平位置推動旋轉臂到旋轉臂處于垂直狀態(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力。

3 解決問題

氣缸的密封組件只起密封的作用，當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。煙箱翻轉平臺氣動驅動裝置如圖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的機構傳動軸;再加工一個翻轉臂，翻轉臂的一端和原來的支撐軸用鍵連接在一起，另一端穿在機構傳動軸上;氣缸桿端部M20的螺紋旋入圖中氣缸和工作機構連接頭中，這個工作機構連接頭被固定在10mm厚的鋼板上[4]。

當氣缸桿伸出時，氣缸桿推動工作機構連接頭、Φ20的機構傳動軸、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的機構傳動軸推動銑有導槽的翻轉臂，使旋轉臂沿著原來的支撐軸做旋轉運動，帶動煙箱翻轉平臺做旋轉運動，實現對煙箱的輸送。

4 實際效果

經過增加直線導軌，氣缸桿在伸出和縮回的過程中，不再出現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)現機構運行更加平穩(wěn)，氣缸的行程可以控制，定位更加準確。

參考文獻：

[1]《卷煙工藝與設備》編寫組.卷煙工藝與設備[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.煙草制絲設備與工藝[M].武漢：華中科技大學出版社，2014.

[4]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.