烟箱翻转平台气动驱动装置设计

范爱军 赵文龙

摘 要：河南中烟黄金叶生产制造中心制丝部使用气动烟箱翻转平台作为烟箱收集的第一步，气缸在运行过程中随着旋转轴不停地旋转，导致气缸杆的密封组件在很短时间内因摩擦而损坏。经过加装直线导轨和滑块机构，使气缸杆始终做直线运动，气缸处于最佳的运行状态，减少了活塞杆密封组件的非正常磨损，延长了气缸的使用周期，机构运行更加平稳，定位更加准确。

关键词：烟箱自动堆垛;烟箱翻转平台;驱动装置设计

中圖分类号：TS43文献标识码：A文章编号：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

烟包的解包是制丝生产的第一道工序，其自动化水平的高低影响着制丝线的整体自动化水平。河南中烟黄金叶生产制造中心制丝部使用了3台德国产的KUKA机器人用于烟包的自动解包。首先，利用CCD视觉摄像头对烟包外的打包带进行自动识别和定位，并引导机器人对烟包外打包带进行自动剪除，对上下烟箱、上下纸板、上下牛皮纸、烟箱内塑料袋进行自动抓取，再利用机器人自身的柔性，同时配合众多的传感器，实现对不同尺寸烟包的处理，最后对烟包的外包装物进行自动收集处理，如烟箱的自动堆垛，打包带的自动碎料等。

当机器人把烟包的外包装物烟箱抓起来以后，放到一个烟箱翻转平台上，对烟包的外包装物烟箱进行自动收集处理。

1 存在的问题

图1为烟箱翻转平台及其附属机构。

当拆箱机器人把烟箱放到烟箱翻转平台的翻转架上以后，上面的光电管被遮挡，PLC控制电磁阀给气缸的无杆腔通入压缩空气，活塞杆推动翻转臂，翻转臂通过支撑轴、轴承和支撑座把翻转架翻倒，把烟箱放置到输送链条上，便于后续工序进行[1]。

由于翻转臂做的是旋转运动，气缸的活塞杆做的是直线运动，为了实现运动的转换，在气缸的端部使用一个旋转轴，虽然能实现基本功能，但经常造成气缸杆处的密封损坏，一个价值8 000多元的气缸用不了多长时间（一年3个）就要报废[2]。

2 问题分析

首先对生产过程中不停摆动的气缸进行受力分析，图2为气缸和旋转臂的受力分析图。

以翻转臂处于垂直位置为例，翻转臂受的有效力推动翻转臂实现翻转，其受的有效力的反作用力是气缸的水平旋转力，翻转臂垂直于轴线的力是翻转臂受的无效力，虽然这个力对翻转臂没有做功，但其反作用力却对气缸杆做功，这样，在气缸杆的外端受到的力有气缸的水平旋转力和气缸的垂直旋转力。在气缸内部的活塞上也受到同样的气缸的水平旋转力和气缸的垂直旋转力。这两对力以图2中的旋转轴为支点运动，旋转轴是气缸体外部的一个部件，最终的作用力完全通过和气缸杆接触的密封组件实现气缸的旋转。

图2中气缸由水平位置推动旋转臂到旋转臂处于垂直状态，气缸角度也发生了变化，这是正负载阶段。一旦旋转臂由垂直位置再向右推，就变成了负载阶段，气缸在运行过程中受的力始终是变化的[3]。

所以，气缸杆密封处漏气的主要原因是密封组件受到了大小和方向都不停变化的旋转力。

3 解决问题

气缸的密封组件只起密封的作用，当然也可以承受少量的径向力，气缸杆沿着气缸缸体做直线运动是保证气缸寿命最好的方法。烟箱翻转平台气动驱动装置如图3所示。

先加工一个图3中的支撑板，按要求铣出1个长槽和4个M12螺纹孔，螺纹孔用于固定图2和图3中的气缸固定支架，也就是气缸的固定方式不变，用这4个螺纹孔把气缸固定在支撑板上;在支撑板上安装2根TRH25FL导轨和与之配套的4个滑块，这4个滑块用1块10mm厚的钢板连接起来，在钢板上安装上2个UCP204带座轴承，中间有一根Φ20的机构传动轴;再加工一个翻转臂，翻转臂的一端和原来的支撑轴用键连接在一起，另一端穿在机构传动轴上;气缸杆端部M20的螺纹旋入图中气缸和工作机构连接头中，这个工作机构连接头被固定在10mm厚的钢板上[4]。

当气缸杆伸出时，气缸杆推动工作机构连接头、Φ20的机构传动轴、2个UCP204带座轴承、10mm厚的钢板和4个滑块组成的部件，这个部件做直线运动，带动气缸杆也做直线运动。Φ20的机构传动轴推动铣有导槽的翻转臂，使旋转臂沿着原来的支撑轴做旋转运动，带动烟箱翻转平台做旋转运动，实现对烟箱的输送。

4 实际效果

经过增加直线导轨，气缸杆在伸出和缩回的过程中，不再出现缸体的上下频繁摆动，减少了活塞杆密封圈的非正常磨损，延长了气缸的使用周期。使用中发现机构运行更加平稳，气缸的行程可以控制，定位更加准确。

参考文献：

[1]《卷烟工艺与设备》编写组.卷烟工艺与设备[M].北京：轻工业出版社，1987.

[2]《卷烟机械》编写组.卷烟机械[M].北京：北京出版社，1989.

[3]李彦伟，范爱军.烟草制丝设备与工艺[M].武汉：华中科技大学出版社，2014.

[4]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2013.