供膠房內(nèi)半自動輔助倒膠裝置設(shè)計探析

李勇，張文平，金彩洪，李吉安，張楨，劉松，劉云松

（紅塔煙草（集團）有限責(zé)任公司楚雄卷煙廠，云南 楚雄 675000）

1 現(xiàn)狀及存在的問題

卷包設(shè)備使用的乳膠由原來的人工單桶運送到各機臺加膠，升級改進(jìn)后為供膠房集中自動供膠，供膠房內(nèi)采用膠罐存儲輸送乳膠，需要將膠桶內(nèi)的乳膠加入到膠罐內(nèi)。存在以下問題：（1）供膠房內(nèi)單只膠桶重量達(dá)到20kg，每次提升膠桶倒膠到膠罐中，都需人工將膠桶提升到平齊膠罐口，高度為1.3m，較為費勁，每天需對卷包設(shè)備提供150桶膠，供膠房設(shè)備操作以及加膠工作都由1人完成，工作量巨大。（2）當(dāng)膠桶提升至平齊膠罐口后，需要翻轉(zhuǎn)膠桶傾倒乳膠，由于乳膠粘度較大，流動性較差，傾倒時間長，期間需要人工一直托著膠桶直至傾倒完全部乳膠，整個流程耗時耗力，經(jīng)常出現(xiàn)膠桶底部有殘留乳膠的問題，造成浪費，增加了生產(chǎn)成本。（3）由于供膠房空間較小，傳統(tǒng)的提升裝置占地較大，無法在供膠房內(nèi)使用。因此，亟需設(shè)計1個專用裝置來解決上述問題。

2 實施內(nèi)容

2.1 供膠房現(xiàn)場測量及分析

對供膠房、房內(nèi)膠桶、膠罐的空間尺寸以及膠桶存放位置與膠罐放置位置間的距離進(jìn)行測量。根據(jù)供膠房的內(nèi)部構(gòu)造制定方案。據(jù)測量考察可知，供膠房膠桶存放位置和膠罐位置間的空間較窄，觀察加膠人員加膠的操作過程，得出加膠需要提升膠桶，托住并逐漸翻轉(zhuǎn)膠桶向膠罐內(nèi)傾倒乳膠的2個主要動作，這2個動作大大增加了加膠人員的工作量，通過機械自動化解決這2個動作即可減輕加膠人員的工作量，提升工作效率。

2.2 設(shè)計解決方案

2.2.1建模

利用在供膠房測量得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，在三維軟件SOILDWORKS建立膠桶和膠罐的模型，結(jié)合加膠時的特點及人工加膠時存在的問題，使用三維軟件建模設(shè)計了一種半自動輔助倒膠裝置來解決問題，本裝置包括推車、提升機構(gòu)、輔助翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。在設(shè)計時，要根據(jù)不同機構(gòu)的動作方向、速度和安全等因素設(shè)計不同的操控機構(gòu)。為保證操控的準(zhǔn)確性，設(shè)計時考慮存在的摩擦、粘性和慣性等阻力，讓加膠人員能夠有一種“親身操縱感覺”，使輔助加膠動作變得連貫，減少重量和膠粘度對加膠人員的干擾。機構(gòu)裝置、加膠人員對空間的需求，除了合適的操控空間，同時能保證合理的自由空間；對于加膠人員來說，提升機構(gòu)、輔助翻轉(zhuǎn)機構(gòu)等操作機構(gòu)的排列布置應(yīng)選用最方便、最舒適的設(shè)計布局；為了延緩加膠人員長時間操作機器時疲勞，設(shè)計了各種輔助裝置來保證加膠人員加膠的力度在正常范圍之內(nèi)；加膠人員有足夠的活動空間，站立作業(yè)時符合生理學(xué)和人體解剖學(xué)特點。裝置設(shè)計了保證操控者的視野不會被大體積的物體所阻擋，讓加膠人員有良好的視野，保證加膠人員和裝置的安全，同時保證了使用裝置的舒適性。整個車身長100~120cm，寬15~20cm，可讓本裝置適配供膠房供膠通道（如圖1所示）。

圖1 半自動輔助倒膠裝置平面圖

2.2.2提升動作的設(shè)計

推車包括車身、推手、萬向輪，車身上安裝有提升機構(gòu)，提升機構(gòu)由正反轉(zhuǎn)電機、絲桿、立柱、加強筋組成。推車上安裝有固定板，固定板上安裝有正反轉(zhuǎn)電機，正反轉(zhuǎn)電機通過限位開關(guān)控制，限位開關(guān)設(shè)置在立柱外側(cè)表面靠近頂部位置處。正反轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)軸連接皮帶輪，皮帶輪連接在絲桿的皮帶輪上，絲桿的上下兩端通過軸承、軸承座安裝在車身和立柱頂端（如圖2所示）。

圖2 提升機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.3傾倒乳膠動作的設(shè)計

輔助翻轉(zhuǎn)機構(gòu)由連接板、轉(zhuǎn)動座、立板、檔條、轉(zhuǎn)動板、伸縮爪勾組成，連接板連接在絲桿上，立板連接在連接板上，連接板上設(shè)置有軸，轉(zhuǎn)動板內(nèi)部設(shè)有軸承，軸承連接在軸上，轉(zhuǎn)動板分為上下兩部分，上半部分與下半部分呈45°，上半部分外側(cè)設(shè)有與轉(zhuǎn)動板垂直并向外延伸的把手。轉(zhuǎn)動板下半部分底部內(nèi)側(cè)連接有轉(zhuǎn)動座，所述轉(zhuǎn)動座呈半圓狀，所述轉(zhuǎn)動座半圓直徑與連接板橫向一側(cè)平齊，讓轉(zhuǎn)動座有足夠的空間可以向一側(cè)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動座配重能夠在正常情況下讓支撐部貼合連接板。連接板上開有連接口，所述連接口內(nèi)放置有螺母，所述連接口、螺母通過豎直的螺釘打孔配合連接在一起，所述連接口與絲桿配合連接。轉(zhuǎn)動板下半部分側(cè)邊連接有若干檔條，檔條呈弧形，膠桶放置后能夠?qū)δz桶側(cè)面進(jìn)行限位。檔條兩側(cè)連接有伸縮爪勾，伸縮勾爪包括套筒、內(nèi)柱。套筒上端開口，內(nèi)部空心，側(cè)面開有呈L字型的滑槽，內(nèi)柱主體部分呈圓柱狀，上端為勾子，底部連接有彈簧，側(cè)邊連接有旋鈕，內(nèi)柱主體和彈簧放置在套筒內(nèi)，旋鈕放置在滑槽內(nèi)。內(nèi)柱的勾子能夠勾住膠桶的開口，讓膠桶穩(wěn)定的被限位在轉(zhuǎn)動座上，轉(zhuǎn)動座底部弧形一端設(shè)有凸起的2個支撐板，2個支撐部間形成凹口。轉(zhuǎn)動板外側(cè)設(shè)置有2個對稱放置的固定座，固定座上連接有弧形彈片，立板內(nèi)側(cè)設(shè)有限位軸，轉(zhuǎn)動板轉(zhuǎn)動135°后，限位軸從2個弧形彈片穿過，并在弧形彈片平面處被限位。膠桶此時能夠傾斜135°，讓底部的乳膠能夠自動流盡。連接板底部連接有支撐座，支撐座上設(shè)有滾動軸承，滾動軸承放置在立柱表面上，立柱連接有加強筋，加強筋底部放置在車身上，并與車身呈45°。立柱、加強筋均為角鋼。上述固定板、軸承座、支撐板、檔條上均設(shè)有腰子孔，方便裝配好各機構(gòu)后還能進(jìn)行位置調(diào)節(jié)（如圖3、圖4所示）。

圖3 輔助翻轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 限位機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 工作原理闡述

正反轉(zhuǎn)電機通過傳動裝置帶動絲桿運動，絲桿帶動提升板作上升下降運動，即膠桶放置在轉(zhuǎn)動底板上，能夠向上提升，轉(zhuǎn)動板能夠繞固定板轉(zhuǎn)動，限位條、伸縮勾爪對膠桶進(jìn)行限位，握住手柄轉(zhuǎn)動輔助翻轉(zhuǎn)裝置即可帶動膠桶作倒膠的動作，同時，弧形彈片、限位軸能夠在膠桶到達(dá)135°進(jìn)行位置限位。

2.4 具體實施方案說明

將開蓋后的膠桶提放在轉(zhuǎn)動座上，按動伸縮爪勾的旋鈕向滑槽底部移動，并將旋鈕放置在橫向的滑槽內(nèi)，膠桶被勾子固定住，按動限位開關(guān)的上升開關(guān)提升膠桶，當(dāng)提升高度至膠桶底部與膠罐罐口平齊時，觸發(fā)限位開關(guān)，正反轉(zhuǎn)電機停止，絲桿自鎖，膠桶停留在該位置。加膠人員1只手握住把手，另1只手放入凹口并扣住，向膠罐方向緩慢作倒膠動作，當(dāng)轉(zhuǎn)動板順時針轉(zhuǎn)動135°時，弧形彈片轉(zhuǎn)動與限位軸接觸，且限位軸從弧形彈片的左側(cè)平面擠壓過弧形彈片的弧度面，到達(dá)弧形彈片的右側(cè)平面。即在轉(zhuǎn)動板轉(zhuǎn)動至135°時，對膠桶完成限位作用，不用人工提扶膠桶即可將剩余乳膠傾倒完畢，使用完成后，逆時針施力即可將限位軸從弧形彈片間取出，讓輔助翻轉(zhuǎn)機構(gòu)歸位，按動下降開關(guān)將連接板回歸原位。

3 結(jié)語

本文以供膠房設(shè)備技術(shù)為研究對象，以加膠人員的動作為模仿對象，采用三維建模設(shè)計了一款能夠幫助加膠人員提升膠桶，并輔助供膠人員將膠桶內(nèi)乳膠加入膠罐的裝置，降低了加膠人員的勞動強度，同時，原本膠桶剩余的乳膠能夠被傾倒完畢，減少了資源的浪費。