安浩 徐榮華 王琳 胡吉良 高雪峰 徐敏 楊浩

摘 要：卷煙生產(chǎn)使用的煙梗原料多采用麻袋進(jìn)行包裝，使用時(shí)由人工開袋倒料，工人勞動強(qiáng)度較大，現(xiàn)場環(huán)境較差。煙梗開包機(jī)可代替人工完成開袋倒料的過程，改善現(xiàn)場環(huán)境并降低工人勞動力的輸出，但是該設(shè)備在對倒料后的麻袋處理方面存在了一些不足。該文針對煙梗開包機(jī)退包過程中采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的問題，設(shè)計(jì)了一種可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前機(jī)械結(jié)構(gòu)動作并可以將包裝麻袋疊放整齊的甩包疊袋機(jī)構(gòu)，并可提高設(shè)備的穩(wěn)定性，同時(shí)進(jìn)一步減少工人工作量。

關(guān)鍵詞：煙梗投料 ?煙梗開包機(jī) ?殘余料清理 ?疊袋 ?氣缸中停

中圖分類號：TS4 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（c）-0110-04

卷煙生產(chǎn)使用的煙梗原料多采用麻袋進(jìn)行包裝，使用時(shí)由人工開袋倒料，粉塵較大，污染環(huán)境，影響身體健康;另外，由于工人勞動強(qiáng)度較大，倒料的干凈與否與工人的責(zé)任心有關(guān)。為解決上述問題而采用的煙梗開包機(jī)，工人只需要簡單的上料操作，即可自動化完成煙梗原料包裝麻袋的開袋、倒料工作，減少了工人勞動力的輸出而且倒料后殘余量很低，很大程度上改善了現(xiàn)場環(huán)境，自動化程度也得以提高;同時(shí)也保證了包裝麻袋的完整性，使其可以進(jìn)行回收再利用，從而節(jié)約了一定的生產(chǎn)成本。由于麻袋需要收集回收，而該設(shè)備將倒料后的空麻袋送出設(shè)備后的狀態(tài)很是雜亂，在生產(chǎn)結(jié)束后仍需要人工進(jìn)行整理;同時(shí)，設(shè)備在生產(chǎn)過程，有時(shí)會因?yàn)榘b麻袋較長而不能將包裝麻袋送出設(shè)備而造成空袋掉落情況;另外，設(shè)備在退包過程中會產(chǎn)生振動，存在影響設(shè)備工作穩(wěn)定性的隱患。

1 問題分析

退包機(jī)構(gòu)的主要作用是將倒料后的空麻袋送出設(shè)備外并將倒料后的包裝麻袋內(nèi)殘余的物料清理干凈。其工作原理為：初始狀態(tài)時(shí)，2-夾持臂驅(qū)動氣缸的活塞桿為伸出狀態(tài)，1-夾持臂為張開狀態(tài)等待倒料后的空麻袋進(jìn)入，當(dāng)空麻袋進(jìn)入后，2-夾持臂在氣缸的驅(qū)動下閉合夾住空麻袋，然后5-擺動氣缸活塞桿進(jìn)行快速地小距離伸出和縮回，從而驅(qū)動3-擺動臂圍繞4-主軸擺動。在往復(fù)擺動3次后，5-擺動氣缸的活塞桿完全伸出，將空麻袋頭部拉起至設(shè)備出包口位置上方，在7-輔助輸送帶的輸送下離開設(shè)備。

由于其結(jié)構(gòu)采用了氣缸驅(qū)動的前后擺動結(jié)構(gòu)，在對麻袋甩動后直接在后位使麻袋自由下落，麻袋形態(tài)因此很是雜亂。也由于此種結(jié)構(gòu)，長麻袋在機(jī)構(gòu)到達(dá)后位時(shí)仍有一部分處于輔助輸送帶下方，輔助輸送帶不能將麻袋拉起，從而導(dǎo)致較長的麻袋在倒料完成后出現(xiàn)空包裝麻袋的掉落情況。同時(shí)，為保證對倒料后空麻袋內(nèi)殘余物料的清理程度，采用以氣缸桿快速伸出和縮回提供擺動臂甩動的力度，導(dǎo)致了擺動臂在到達(dá)前后位終點(diǎn)位置時(shí)，6-氣缸底座產(chǎn)生振動。考慮如果長期振動，可能會造成固定氣缸底座的螺栓松動、氣缸下滑，從而導(dǎo)致擺動臂運(yùn)動到終點(diǎn)時(shí)的位置發(fā)生變化，有可能不能對倒料機(jī)構(gòu)的包裝麻袋進(jìn)行可靠夾持，也有可能造成機(jī)械干涉損傷機(jī)構(gòu);同樣也存在著擺動臂不能完全到達(dá)后位，造成空包裝麻袋不能順利送出設(shè)備外的隱患。

2 新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 整體結(jié)構(gòu)

考慮以上所述問題，新結(jié)構(gòu)需在同樣具備原有結(jié)構(gòu)的甩包功能和甩包力度的基礎(chǔ)上，還應(yīng)可以更平穩(wěn)地完成清理殘余物料的過程。設(shè)計(jì)的具有甩包疊袋功能的新式退包裝置整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于原有機(jī)構(gòu)的甩包動作采用的是擺動動作，而其軌跡可以使用水平方向的勻速運(yùn)動和垂直方向的加速運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)的退包裝置主要由水平運(yùn)動和上下運(yùn)動兩部分組成。1-驅(qū)動減速機(jī)驅(qū)動，2-水平傳動機(jī)構(gòu)，3-水平移動機(jī)構(gòu)固定在2-水平傳動機(jī)構(gòu)上，4-上下移動機(jī)構(gòu)固定在3-水平移動機(jī)構(gòu)下方，4-上下移動機(jī)構(gòu)上安裝有兩組5-夾手，整套機(jī)構(gòu)配有光電開關(guān)，由PLC程序控制行走位置等整個(gè)動作過程。工作過程開始時(shí)，5-夾手為張開狀態(tài)，4-上下移動機(jī)構(gòu)停止在最上位置，3-水平移動機(jī)構(gòu)處于圖內(nèi)左側(cè)設(shè)定位置。當(dāng)?shù)沽峡章榇坏沽媳厶崞鸬沽虾螅?-上下移動機(jī)構(gòu)下行至5-夾手進(jìn)入空包裝麻袋兩側(cè)一定距離，然后5-夾手閉合夾持包裝麻袋。接著4-上下移動機(jī)構(gòu)上行至最上位置，3-水平移動機(jī)構(gòu)和4-上下移動機(jī)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行水平和垂直方向的小距離往返運(yùn)動，對包裝麻袋內(nèi)殘余的物料進(jìn)行清理。清理完畢后，4-上下移動機(jī)構(gòu)再次移動到最上位置時(shí)，3-水平移動機(jī)構(gòu)開始向圖內(nèi)右側(cè)設(shè)定位置移動，將空麻袋完全拉進(jìn)原有輔助輸送帶上方，此時(shí)輔助輸送帶為停止?fàn)顟B(tài)。接著，4-上下移動機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動使空包裝麻袋約1/3的長度與輔助輸送帶帶面接觸，3-水平移動機(jī)構(gòu)再向圖內(nèi)左側(cè)設(shè)定位置返回移動到麻袋尾部上方，4-上下移動機(jī)構(gòu)繼續(xù)向下運(yùn)動一定距離使麻袋折疊，3-水平移動機(jī)構(gòu)再向圖內(nèi)右側(cè)位置移動，移動到位后，5-夾手松開，剩余長度包裝麻袋自由下落，從而完成對麻袋的折疊，最終完成全部的甩包疊袋過程。

2.2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

水平傳動機(jī)構(gòu)如圖3所示，該機(jī)構(gòu)的主要?jiǎng)幼魇峭ㄟ^減速機(jī)的驅(qū)動來完成。機(jī)構(gòu)整體通過2-軸承座固定在設(shè)備箱體上，1-主動軸接收減速機(jī)的動力，通過3-齒形帶將動力傳遞給4-被動軸。

水平移動機(jī)構(gòu)如圖4所示，該機(jī)構(gòu)主要作用為固定上下移動機(jī)構(gòu)并支撐其行走，該機(jī)構(gòu)的主要?jiǎng)幼饔伤絺鲃訖C(jī)構(gòu)中齒形帶的移動來完成。機(jī)構(gòu)主體為由方管和圓鋼焊接制作的4-水平移動主梁，兩側(cè)安裝有支撐并可滾動的1-承載輪，主梁上焊接有齒形的2-連接板，與齒形帶連接嚙合后通過3-壓板固定，主梁下方焊接有用于固定上下移動機(jī)構(gòu)的5-固定座。

上下移動機(jī)構(gòu)如圖5所示，該機(jī)構(gòu)的動作和位置控制由電磁閥控制的壓縮空氣氣路完成，其結(jié)構(gòu)主要包括1-上下移動氣缸和2-夾手固定板。

由于氣源容易獲得且無污染，選用了氣缸來實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動。由于夾持空麻袋時(shí)和疊袋過程中上下移動機(jī)構(gòu)停止的位置均不一樣，故需要保持氣缸在某一段時(shí)間內(nèi)停止在一個(gè)設(shè)定位置，此時(shí)氣缸進(jìn)排氣均需要被控制，從而獲得氣缸活塞桿在行程范圍內(nèi)的中停。方案采用三位五通電磁閥作為控制器件，在中位時(shí)實(shí)現(xiàn)氣缸活塞桿的停止。三位五通電磁閥包括中封、中壓、中泄三種型式：中封式在中位時(shí)將電磁閥的出氣路封閉，氣缸內(nèi)的壓縮空氣不能進(jìn)入和排出;中壓式在中位時(shí)對兩路出氣路同時(shí)供氣，氣缸內(nèi)活塞兩側(cè)的氣室內(nèi)的壓力相同;中泄式會將電磁閥的出氣路連接大氣，氣缸活塞兩側(cè)的氣室內(nèi)的壓縮空氣與大氣連通。由于空麻袋重量較輕，應(yīng)不足以克服活塞與氣缸筒壁的摩擦力，最初考慮采用中壓式保持位置。但由于采用的為有桿氣缸，無桿一側(cè)的壓力始終會大于有桿一側(cè)，最終采用中封原理。后考慮運(yùn)動保持過程中壓縮空氣可能存在泄露，又采用了氣控單向閥來對氣缸前后腔氣體進(jìn)行封閉，氣控單向閥在不通氣時(shí)只允許向氣缸進(jìn)氣而不能排氣。為保證在停止時(shí)沒有壓縮空氣通入氣控單向閥，使用中泄式電磁閥將控制氣路內(nèi)空氣排出，兩者結(jié)合代替中封式電磁閥使用。最終確定的控制氣路如圖6所示，氣缸桿伸出時(shí)，1-電磁閥B口打開對2-氣缸供應(yīng)壓縮空氣，同時(shí)打開圖內(nèi)右側(cè)氣控單向閥排氣回C口;當(dāng)需要停止時(shí)，氣路內(nèi)壓縮空氣經(jīng)B、C兩口連通大氣，電磁閥進(jìn)氣口A封閉，3-氣控單向閥關(guān)閉保持活塞桿位置?；钊麠U停止位置的控制由PLC程序和固定在氣缸上的接近傳感器控制。

夾手的結(jié)構(gòu)如圖7所示，該機(jī)構(gòu)的動作由固定在2-上下移動機(jī)構(gòu)固定板上的1-氣缸提供，夾手閉合狀態(tài)判斷依靠固定在1-氣缸上的接近傳感器判斷。其工作過程為：氣缸桿

縮回時(shí)，5-拉桿固定板帶動4-拉桿向上運(yùn)動，同時(shí)帶動3-夾持臂向中間靠攏，完成夾緊過程。

3 結(jié)語

所設(shè)計(jì)的甩包疊帶機(jī)構(gòu)已經(jīng)代替原有機(jī)構(gòu)在設(shè)備上安裝應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果表明：

（1）由于采用水平和垂直方向結(jié)合的運(yùn)動，更類似于人力抖動的方式，在實(shí)現(xiàn)原有動作的基礎(chǔ)上，比原有結(jié)構(gòu)的甩包效果更好。

（2）由于對麻袋進(jìn)行了疊放，在收集回收時(shí)減少了工人整理的工作量。

（3）由于采用了垂直方向運(yùn)動，沒有在包較長的情況下再次發(fā)生空麻袋掉落的情況且夾持空麻袋的成功率為100%。

（4）由于采用了齒形帶驅(qū)動，退包動作更加迅速平穩(wěn)，設(shè)備不再產(chǎn)生振動，消除了影響設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的隱患。

參考文獻(xiàn)

[1] 李少平，安浩，武小松，等.梗線投料方式的改進(jìn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（9）：22-23.

[2] 韓永春.同步齒形帶傳動的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，1990（5）：1-3.

[3] 葛祥毅.介紹多位置氣缸的實(shí)現(xiàn)方法[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2007（3）：45.