一種盤盒輸送裝置的設計改進

王曉

（許昌煙草機械有限責任公司技術中心, 河南 許昌 461000）

0 引言

隨著國內煙草機械的快速發展，棒狀物料成型設備的自動化程度越來越高[1-2]。棒狀物料生產過程需要輸送盤盒，然而，目前市場上的盤盒輸送裝置由于結構原理限制，存在結構復雜、操作繁瑣、生產效率低等問題[3-5]，不能與自動化程度較高的棒狀物料成型設備匹配[6-7]。因此，本文設計一種新型盤盒輸送裝置。

1 裝置結構

該棒狀物料裝盒機盤盒輸送裝置如圖1、圖2所示[8]，包括底架機構、左右夾持機構、位置調節機構[9-10]。底架機構通過位置調節機構的導軌18固定在主機架上。底架機構的電缸9與驅動該電缸9的伺服電動機14通過支架1固定在底板16中心。電缸9的兩側分別對稱設置有平行于該電缸的左右夾持機構，位置調節機構的橫撐26固定在主機架上，底座22固定在底板上。

圖1 結構示意圖1

圖2 結構示意圖2

底架機構包括底板、電缸、伺服電動機、滑臺、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，與驅動該電缸9的伺服電動機14通過連接法蘭連接。電缸9的兩側分別對稱設置有平行于該電缸9的左右夾持機構，左右夾持機構通過支撐塊5固定在底架16上方。電缸9上設置有平行于底板16的滑臺13，滑臺13采用分體式對稱結構設計，便于安裝和調節，分別與盤盒推送裝置的支撐架10連接。工作過程中，動力從伺服電動機14傳導到電缸9，伺服電動機14驅動電缸9的滑臺13作前后的往復運動。同時，滑臺13兩側連接盤盒推送裝置的支撐架10，帶動推動桿往復運動，進而完成盤盒的輸送。擋桿21通過連接塊25安裝在底板16上，工作過程中，可通過調整連接塊25位置，靈活調節擋桿21位置，進而調節盤盒的位置，從而適應不同深度的盤盒。電缸9上方對稱設置有平行于該電缸9的盤盒輸送板，滑臺13設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通道。

左右夾持機構為鏡像對稱設計，包括盤盒推送裝置、機架、紙盒防倒裝置。左右夾持機構通過支撐塊5對稱固定在底架機構上方。

機架6通過支撐塊5固定在底板16上，機架6與支撐塊5之間的連接方式為螺栓組成的可調連接。在工作過程中，根據盤盒的寬度，相應調整機架6的位置，進而調整左、右夾持機構之間的距離。同時，與機架6連接的支撐架10的位置也相應改變，由于與支撐架10連接的滑臺13是分體式結構，可以根據支撐架10位置，靈活調整滑臺13結構，從而保證動力傳輸，適應不同寬度的盤盒的輸送。

盤盒推送裝置包括導軌、氣缸、軸滑動型固定座、導向軸、推動桿、固定推動塊、支撐架等。盤盒推送裝置的導軌12與機架6通過螺栓固定連接。盤盒推送裝置可沿著導軌12方向定向移動。導軌12與支撐架10通過螺栓固定連接，氣缸8、軸滑動型固定座11、移動塊2垂直于導軌設置，通過螺栓固定在支撐架10上。導向軸4安裝在推動桿7上，推動桿7與導軌12方向平行且位于盤盒輸送板的上方，安裝在氣缸8上，推動桿7內側等間距設置有7個固定推動塊3，左右夾持機構的推動桿7上的固定推動塊3呈一一對應關系設置。在導向軸4的作用下，氣缸8能夠驅動推動桿7平行于導軌12方向自由伸縮，滿足盤盒的裝盒和輸送需求。每對固定推動塊3用來夾持1個盤盒，能夠同時輸送多個盤盒，滿足自動化生產需求。

紙盒防倒裝置包括移動塊、罩殼、毛刷等。移動塊2垂直于導軌12設置，通過螺栓固定在支撐架10上，罩殼17固定在移動塊2上。毛刷15分兩組，兩組同時固定在機架6上。能夠對盤盒的位置進行限制，保證盤盒的裝盒和移動，運行流暢不傾倒，盤盒進入該裝置后位于兩個罩殼17之間，罩殼17上的相應位置開有槽，不影響推動桿7的伸縮，從而完成盤盒的輸送。

位置調節機構包括導軌、調節桿、調節塊、連接塊等。導軌17對稱布置在電缸9兩側，通過螺栓固定在底板16下方。調節塊是由底座19、橫撐26、鎖緊塊20組成。橫撐26固定在主機架上，底座19與橫撐26同軸連接，通過螺栓固定，調節塊與調節桿24末端連接，鎖緊塊20通過螺栓固定在橫撐26另一側，控制調節桿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與調節桿24通過螺紋連接。正常工作時，盤盒輸送裝置位置固定，當要改變出口處與下游設備的距離時，調節調節桿24，改變盤盒輸送裝置位置，實現距離調節，適應不同深度的盤盒，增加裝置實用性。

2 伺服電動機及電缸的設計選型

負載質量M=26 kg，移動距離L=170 mm，全程移動時間t=1.2 s，加減速時間t1=t2=0.2 s。根據需求，初選ELGATB-RF-F1-80型伺服電缸,其機構參數如表1所示[11-12]。

表1 機構參數表

2.1 計算轉動慣量

計算重物作用在電動機輸出軸上的負載慣量：

式中：JM為重物作用在電動機輸出軸上的負載慣量，kg·m2；M為負載質量，kg；P為進給常數，m/r。

計算電動機輸出軸上的總慣量：J=Jm+J0+Jc=1.03×10－2+1.062×10－3+2×10－5=1.13×10－2kg·m2。

式中：J為折算到電動機輸出軸上的總負載慣量，kg·m2；Jm為重物作用在電動機輸出軸上的負載慣量，kg·m2；J0為ELGA型電缸的轉動慣量，kg·m2；Jc為聯軸器的轉動慣量，kg·m2。

2.2 計算電動機的轉速

式中：N為轉速，r/s；V為工件速度，m/s；P為進給常數，m/r。

2.3 驅動負載所需轉矩

克服摩擦力所需轉矩：

式中：TF為轉矩，N·m；P為進給常數，m/r；η為效率；μ為摩擦因數；g為重力加速度；M為工件質量，kg。

重物加速時所需轉矩：

2.4 伺服電動機選型

根據伺服電動機的選型原則：1）連續工作轉矩＜伺服電動機的額定轉矩；2）瞬時最大轉矩＜伺服電最大轉矩（加速時）；3）負載慣量＜3倍電動機轉子慣量；4）連續工作速度＜電動機額定轉速[11-12]。

據此選擇ELGA-TB-RF-F1-80（FESTO）伺服電缸、1FK7040-2AK71-1RA0（SIEMENS）伺服電動機。

3 結論

該盤盒輸送裝置具有實質性特點和進步，具體如下：

1）分體式對稱設計滑臺，左、右夾持機構分別與底板通過螺栓固定連接，不需要更換零部件，便于調節夾持機構距離，可以滿足不同種類盤盒的輸送需求；便于調節盤盒輸送裝置位置，增加裝置適應能力；毛刷和罩殼組成防傾倒裝置，結構簡單。

2）根據裝置運動模式和伺服電動機選型原則，選擇ELGA-TB-RF-F1-80伺服電缸，1FK7040-2AK71-1RA0伺服電動機。能夠實現多種規格盤盒的連續輸送，同時保證盤盒輸送流暢，避免損壞盤盒和卡盒問題。