一种盘盒输送装置的设计改进

王晓

（许昌烟草机械有限责任公司技术中心, 河南 许昌 461000）

0 引言

随着国内烟草机械的快速发展，棒状物料成型设备的自动化程度越来越高[1-2]。棒状物料生产过程需要输送盘盒，然而，目前市场上的盘盒输送装置由于结构原理限制，存在结构复杂、操作繁琐、生产效率低等问题[3-5]，不能与自动化程度较高的棒状物料成型设备匹配[6-7]。因此，本文设计一种新型盘盒输送装置。

1 装置结构

该棒状物料装盒机盘盒输送装置如图1、图2所示[8]，包括底架机构、左右夹持机构、位置调节机构[9-10]。底架机构通过位置调节机构的导轨18固定在主机架上。底架机构的电缸9与驱动该电缸9的伺服电动机14通过支架1固定在底板16中心。电缸9的两侧分别对称设置有平行于该电缸的左右夹持机构，位置调节机构的横撑26固定在主机架上，底座22固定在底板上。

图1 结构示意图1

图2 结构示意图2

底架机构包括底板、电缸、伺服电动机、滑台、挡杆、盘盒输送板、支撑块。电缸9通过支架1固定在底板16上，且位于底板16中心，与驱动该电缸9的伺服电动机14通过连接法兰连接。电缸9的两侧分别对称设置有平行于该电缸9的左右夹持机构，左右夹持机构通过支撑块5固定在底架16上方。电缸9上设置有平行于底板16的滑台13，滑台13采用分体式对称结构设计，便于安装和调节，分别与盘盒推送装置的支撑架10连接。工作过程中，动力从伺服电动机14传导到电缸9，伺服电动机14驱动电缸9的滑台13作前后的往复运动。同时，滑台13两侧连接盘盒推送装置的支撑架10，带动推动杆往复运动，进而完成盘盒的输送。挡杆21通过连接块25安装在底板16上，工作过程中，可通过调整连接块25位置，灵活调节挡杆21位置，进而调节盘盒的位置，从而适应不同深度的盘盒。电缸9上方对称设置有平行于该电缸9的盘盒输送板，滑台13设置在盘盒输送板下方，盘盒输送板通过螺栓固定在底板16上，盘盒输送板用于放置盘盒并提供盘盒移动通道。

左右夹持机构为镜像对称设计，包括盘盒推送装置、机架、纸盒防倒装置。左右夹持机构通过支撑块5对称固定在底架机构上方。

机架6通过支撑块5固定在底板16上，机架6与支撑块5之间的连接方式为螺栓组成的可调连接。在工作过程中，根据盘盒的宽度，相应调整机架6的位置，进而调整左、右夹持机构之间的距离。同时，与机架6连接的支撑架10的位置也相应改变，由于与支撑架10连接的滑台13是分体式结构，可以根据支撑架10位置，灵活调整滑台13结构，从而保证动力传输，适应不同宽度的盘盒的输送。

盘盒推送装置包括导轨、气缸、轴滑动型固定座、导向轴、推动杆、固定推动块、支撑架等。盘盒推送装置的导轨12与机架6通过螺栓固定连接。盘盒推送装置可沿着导轨12方向定向移动。导轨12与支撑架10通过螺栓固定连接，气缸8、轴滑动型固定座11、移动块2垂直于导轨设置，通过螺栓固定在支撑架10上。导向轴4安装在推动杆7上，推动杆7与导轨12方向平行且位于盘盒输送板的上方，安装在气缸8上，推动杆7内侧等间距设置有7个固定推动块3，左右夹持机构的推动杆7上的固定推动块3呈一一对应关系设置。在导向轴4的作用下，气缸8能够驱动推动杆7平行于导轨12方向自由伸缩，满足盘盒的装盒和输送需求。每对固定推动块3用来夹持1个盘盒，能够同时输送多个盘盒，满足自动化生产需求。

纸盒防倒装置包括移动块、罩壳、毛刷等。移动块2垂直于导轨12设置，通过螺栓固定在支撑架10上，罩壳17固定在移动块2上。毛刷15分两组，两组同时固定在机架6上。能够对盘盒的位置进行限制，保证盘盒的装盒和移动，运行流畅不倾倒，盘盒进入该装置后位于两个罩壳17之间，罩壳17上的相应位置开有槽，不影响推动杆7的伸缩，从而完成盘盒的输送。

位置调节机构包括导轨、调节杆、调节块、连接块等。导轨17对称布置在电缸9两侧，通过螺栓固定在底板16下方。调节块是由底座19、横撑26、锁紧块20组成。横撑26固定在主机架上，底座19与横撑26同轴连接，通过螺栓固定，调节块与调节杆24末端连接，锁紧块20通过螺栓固定在横撑26另一侧，控制调节杆24的锁紧与放松。连接块是由底座22和连接法兰23组成，底座22固定在底板16上，连接法兰23与底座22同轴连接，连接法兰23与调节杆24通过螺纹连接。正常工作时，盘盒输送装置位置固定，当要改变出口处与下游设备的距离时，调节调节杆24，改变盘盒输送装置位置，实现距离调节，适应不同深度的盘盒，增加装置实用性。

2 伺服电动机及电缸的设计选型

负载质量M=26 kg，移动距离L=170 mm，全程移动时间t=1.2 s，加减速时间t1=t2=0.2 s。根据需求，初选ELGATB-RF-F1-80型伺服电缸,其机构参数如表1所示[11-12]。

表1 机构参数表

2.1 计算转动惯量

计算重物作用在电动机输出轴上的负载惯量：

式中：JM为重物作用在电动机输出轴上的负载惯量，kg·m2；M为负载质量，kg；P为进给常数，m/r。

计算电动机输出轴上的总惯量：J=Jm+J0+Jc=1.03×10－2+1.062×10－3+2×10－5=1.13×10－2kg·m2。

式中：J为折算到电动机输出轴上的总负载惯量，kg·m2；Jm为重物作用在电动机输出轴上的负载惯量，kg·m2；J0为ELGA型电缸的转动惯量，kg·m2；Jc为联轴器的转动惯量，kg·m2。

2.2 计算电动机的转速

式中：N为转速，r/s；V为工件速度，m/s；P为进给常数，m/r。

2.3 驱动负载所需转矩

克服摩擦力所需转矩：

式中：TF为转矩，N·m；P为进给常数，m/r；η为效率；μ为摩擦因数；g为重力加速度；M为工件质量，kg。

重物加速时所需转矩：

2.4 伺服电动机选型

根据伺服电动机的选型原则：1）连续工作转矩＜伺服电动机的额定转矩；2）瞬时最大转矩＜伺服电最大转矩（加速时）；3）负载惯量＜3倍电动机转子惯量；4）连续工作速度＜电动机额定转速[11-12]。

据此选择ELGA-TB-RF-F1-80（FESTO）伺服电缸、1FK7040-2AK71-1RA0（SIEMENS）伺服电动机。

3 结论

该盘盒输送装置具有实质性特点和进步，具体如下：

1）分体式对称设计滑台，左、右夹持机构分别与底板通过螺栓固定连接，不需要更换零部件，便于调节夹持机构距离，可以满足不同种类盘盒的输送需求；便于调节盘盒输送装置位置，增加装置适应能力；毛刷和罩壳组成防倾倒装置，结构简单。

2）根据装置运动模式和伺服电动机选型原则，选择ELGA-TB-RF-F1-80伺服电缸，1FK7040-2AK71-1RA0伺服电动机。能够实现多种规格盘盒的连续输送，同时保证盘盒输送流畅，避免损坏盘盒和卡盒问题。