河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心 河南郑州 450000
摘要：为解决烟草薄片成品打包段的自动化需求，有效地改善作业环境，减少工人的劳动强度，提高劳动生产效率，实现了生产线成品出箱处烟箱堆码的自动化。该文分析了设备工作原理并进行结构设计及计算，进而完成设备的整体结果设计，在此基础上，对设备的运功逻辑及电控系统进行设计，进而完成烟箱自动夹抱堆垛设备的研发。此设计能将烟箱按要求堆码成一垛4～6箱，与后续的成品库自动运输系统实现无缝对接，经应用验证，有效运行率达到99%，烟箱堆码能力达100%，每班节约人工2～3人，效果较好，达到了预期提质、降耗、减轻劳动力的效果。此装置目前已完成试制调试，该技术可直接推广到所有烟草或薄片加工企业的预压打箱装箱工艺段，提高自动化水平。
关键词：烟箱;码垛;自动化;设计
引言
在烟片(薄片)预压打箱段，目前捆扎后的烟箱码垛大都采用人工抱车来完成，每班配1～2台抱车及2个抱车工来完成将烟箱堆码，将成品烟箱堆码成3箱一垛，或4箱一垛的烟箱垛，需要的作业场地大，抱车工需专业工种且劳动强度大，工作效率低下[1]。随着薄片加工生产线的升级改造，对薄片加工生产线的自动化要求也越来越高，目前人工烟箱堆垛的生产组织方式严重制约了整条生产线自动化效能的提升。基于此，为解决烟箱堆垛的自动化，提高生产效率，本文以某厂预压打箱生产线成品出箱处对烟箱的堆垛转运生产工艺与设备为研究对象，研发了能满足烟箱堆码一次4～6箱的纸箱烟箱自动夹抱堆垛设备，代替现有的人工夹抱车，实现了生产线成品出箱处烟箱堆码的自动化，改进后的生产线情况。
一、结构设计
1.1设计思路
以目前应用的液压式抱车的液压抱夹参数作为主要参考，模拟夹抱、堆垛、上托盘的各种动作，设计以200kg烟箱为标准，即箱装纸箱规格应符合外形(1136×720×725mm)或符合国际通用C48(1115×690×735mm)纸箱尺寸，最大外形尺寸为:1160×720×740mm。一次夹抱1～2箱，设计生产能力按50箱/h考虑，兼顾打叶复烤线及薄片生产线。
1.2设备工作原理
当组垛时，由双向辊道输送机将纸箱烟包输送至纸箱烟包夹抱堆垛设备夹持工位。双向辊道机将第一个烟箱横向输送，第二个纸箱烟到位后遮挡光电开关;光电开关发出检测信号给PLC;PLC发出控制信号给电磁阀;夹抱机构的驱动气缸驱动安装有连杆机构的两个夹具同步相向移动，实现对纸箱烟包左、右方向的对中及将纸箱烟包夹紧，以便确保纸箱烟包放置在设备的物流中心线位置;采用矢量变频技术控制的提升装置将夹抱装置连同纸箱烟包一起向上提升到高位。移位机构在移位电机带动下水平运动，到达组垛位置。升降机构下降，检测到最低位时夹臂打开，将第一组烟箱组摆放到托盘上，夹臂上升到高位，移位回到烟箱夹持位，夹臂下降[2]。重复夹持和移位过程，到达组垛位置时升降机构下降，检测到组垛中间位时夹臂打开，将第二组烟箱组摆放到托盘上，将第二组烟箱组合到烟箱托盘组上。夹臂上升到高位，移位回到烟箱夹持位，夹臂下降。
1.3结构设计
计算夹抱动力采用气动系统替代原液压系统，去除液压系统的维护复杂、难度较大等缺点，另外也避免了液压泄漏污染烟箱的风险，同时降低了运营成本。烟箱采用气缸夹紧，夹臂上、下运动、横向移动均采用变频电机驱动链条拖动，系统工作可靠，安全。在设计时考虑了气缸锁紧功能，在夹持烟箱时，突然断气和断电，烟箱也不会往下掉，保证了运行的安全可靠性。夹紧力参照液压的考虑，液压系统压力一般使用压力为16MPa，夹持缸径为50mm，杆径为25mm，最大夹紧力为约为:计算式:F=2S×p×U(1)式中S———受力面积cm2;p———压强kg/cm2;U———橡胶与纸箱板摩擦系数:取0．62～0．8。
由式(1)得:Fmax=2×2．5×2．5－1．25×1．25×3．14×160×0．62=2920．2kgf但在实际使用中使用的夹紧压力一般为12MPa，大了会将纸箱夹坏。由式(1)得:F使用=2×2．5×2．5－1．25×1．25×3．14×120×0．62=2190．15kgf根据堆垛工艺需求，要求夹抱的烟箱最多为三箱一垛，因此提升力按3个烟箱重量600kg加上夹具重量计算，初步核算夹具重量为400kg，整个重量为1000kg，安全系数取1．5，整个提升重量按1500kg设计。由计算得:F使用=2190．15kgf＞1500kgf，设计参数选择正确、可靠[3]。
1.4结构设计
1)整体设计根据力学框架力学的稳定性比较，外支架设计成长方形立柱框架结构，主要由纵横输送并箱辊道1、机械夹臂2、提升(和移动)机构3、机架4气动系统5、托盘6进箱装置7等组成，其中提升机构由减速机电机8带动两侧的链条9，链条9与夹臂2连接座相连，电机8旋转带动夹臂2升降。2)纵横输送并箱辊道设计由辊道机及嵌于辊道机中具有升降功能的链机组成，实现烟箱的纵向送入及横向并箱。3)机械夹臂设计主要由连接座、导轨副、夹臂、气缸等组成。夹臂通过导轨副连接到连接座上，气缸将俩夹臂连接，中间用轴杆相连，实现同步运动[4]。
二、设备电控系统设计
2.1设计要求及思路
电控系统实现对整个夹抱堆垛系统的自动控制和手动控制。其中接近开关的逻辑控制是本设备研发的关键:接近开关的逻辑控制图体现了抱夹在夹抱、张开、堆码、回位的位置控制位置图。1、2、3、4、5均为接近开关，其位置示意图见图7，当组垛时，由双向辊道输送机将纸箱烟箱输送至龙门夹抱码分机夹持工位。双向辊道机将第一个烟箱横向输送，第二个纸箱烟到位后遮挡光电开关;光电开关发出检测信号给PLC;PLC发出控制信号给电磁阀;夹抱机构的驱动气缸驱动安装有连杆机构的两个夹具同步相向移动，实现对纸箱烟箱左、右方向的对中及将纸箱烟箱夹紧，以便确保纸箱烟箱放置在设备的物流中心线位置(此时夹臂处于2#接近开关位置，由下至上);采用矢量变频技术控制的提升装置将夹抱装置连同纸箱烟箱一起向上提升到高位(此时夹臂处于5#接近开关位置，由下至上)。移位机构在移位电机带动下水平运动，到达组垛位置(顶部有接近开关和限位开关检测)。
2.2电控系统设计
控系统实现对整个系统的自动控制和手动控制。其中接近开关的逻辑控制是本设备研发的关键:接近开关的逻辑控制图体现了抱夹在夹抱、张开、堆码、回为的位置控制位置图[5]。
结语：
本文介绍了一种纸箱烟箱自动夹抱堆垛设备，为再造烟叶薄片的打箱后自动堆码提供了一种先进高效的自动设备，提出了对烟草薄片预压打箱线出箱处增加自动堆码烟箱的设备，代替现有的人工夹抱车，实现了生产线烟箱堆码的自动化、智能化。
参考文献：
[1]杨斌,孙达荣,潘增林,杨粟,刘文.成品烟片包装旋转式下料装置的研究[J].现代农机,2020(06):29-30.
[2]李国章,李佶洋,张云,杨松,刘卫.一种成品烟箱无损下线设备研发[J].山东工业技术,2020(05):96-100.
[3]刘洪武,李长存,赵生豪,田涛.硫酸装置第Ⅱ蒸发器腐蚀分析及改进措施[J].广东化工,2020,47(16):145-146.
[4]李阳.物流自动封箱装置封装胶接层耐久性研究[J].粘接,2020,42(06):26-29.
[5]肖二凯.烟箱一号工程码粘贴不牢问题的改进[J].设备管理与维修,2020(03):75-76.