1、设计机械手实现GD包装机美容器内的条烟自动取出一陈 瑜 设计机械手实现GD包装机 美容器内的条烟自动取出 陈 瑜 (重庆烟草工业有限责任公司涪陵卷烟厂，重庆408000) 摘 要：GD机组CV条透明纸包装机增设的条烟美容器无自动取出装置停机后若不 及时取出美容器内的条烟，条烟易被烫坏，为此设计了一套机械手自动取出条烟装置。通过 分析机械手方式实现条烟取出的可行性和可靠性。设计了机械手的“手指”、 “手臂”和电、 气自动控制系统，实现了机械手自动取出条烟美容器内的条烟。经长期运行表明该装置能 准确无误地将条烟自动取出，取出的条烟的烟支质量也是完好的。实现美容器内条烟自动取 出，避免了条烟被长时间
2、过度加热，使产品质量得到了保证同时也减少了因条烟透明纸被 烫坏而造成的原辅材料消耗，降低了生产成本 关键词：条烟；条透明纸；条烟美容器；质量；停机；机械手；自动取烟 中图分类号：TB4861 文献标识码：A 文章编号：10051295(2009)05008704 The Mechanical Arm Designed to Realize Automatic Fetching of the Packed Cigarettes from the Package Beauty Device of GD Packing Machine CHEN YU (Fuling Branch Factory o
3、f Chongqing Tobacco Industry CoLtd，Chongqing 408000，China) Abstract：The added package beauty device on the GD machine，CV transparent paper，packing machine has no automatictching device，after machine stopped，the cigarettes package will be scalded if can not be fetch out in time，in order to solve this
4、 problem，a mechanical ai1l is designed to take out the cigarettes package automatically By analyzing the feasibility and reliability of automatic fetching，we designed”finge”，”arln”for the mechanical arm and electricity gas with automatic control system，and realized to take out the cigarettes from th
5、e package beauty de vice automaticallyThe long time practical operation proves that the mechanical arm can automatically and accurate ly take out the cigarettes package while the quality of the cigarettes package is verified perfectAutomatically fetch ing out the cigarettes package from the beauty d
6、evice can avoid the overheating to the cigarettes for a long time，and ensure the product quality at the same time，it reduced the wasting of auxiliary material such as transparent paper， the cost iS reduced Key words：packed cigarettes；transparent paper packing；package beauty device；quality；machine st
7、opped； mechanical arm；take out the cigarette package automatically GDX1、GDX2包装机组为二十世纪九十年 代引进使用的包装设备，以其稳定、可靠、易 维修等优点在我国卷烟企业得到广泛应用，是 我厂的主要包装设备。为提高条透明纸包装质 量，国内不少厂家在条透明纸包装机出1：3处增 设了条透明纸美容整形装置，我厂也在GDX2、 ：l=收稿日期：20090724 作者简介：陈瑜(1968-)，男，重庆烟草工业有限责任公司涪陵卷烟厂工程师，主要从事设备管理、改造与 维护工作。 包装与食品机械20o9年第27卷第5期 GDX1机组条外
8、透明纸包装机上自己设计安装了 条烟美容整形装置(以下简称美容器)，以解决条 透明纸包装后的条烟存在着松散、皱纹等质量 缺陷。但美容器在使用过程中，当机组停机后， 条烟在美容器内不及时取出就会被烫坏。影响 了条烟外观包装质量，而国内无适合我厂美容 器的条烟自动取出装置，为此，我厂利用机械 手原理设计了一套全新的条烟自动取出装置。 1 条烟美容器简介和存在的问题 条烟美容器主要由安装支架、双支撑耐热 气缸和上下烙铁体(见图1)组成，气缸5带动上 烙铁体3对条烟进行烫烙，下烙铁体2是静止 不动的上烙铁体同机器同步运行；上下烙铁 体的宽度为两条条烟的宽度，条烟美容器的烙 铁体每次能烫烙两条烟，因此每条
9、烟都要经过 两次烫烙经过烫烙后的条透明纸平整光洁， 外观质量显著提高。 4 3 2 1 6 7 图1条烟菱番整形装置 1一左底板支架2一下烙铁体 3一上烙铁体4一气缸支架 5一上烙铁体驱动气缸6一条烟7一右底板支架 当条外透明纸包装机停机后，美容器内的 条烟停留在底部烙铁体的表面烙铁体继续对 条烟透明纸加热，若人工不及时取出，会造成 条烟及小包透明纸烫伤影响烟支和小盒包装 质量。往往停机是因为设备产生故障，操作工 常常因排除故障又忘记取烟。为解决这一问题， 需增设一套代替人工的装置，在设备停机后该 装置能将条烟从美容器内及时自动取出。国内 目前厂家开发的自动取出装置有输送带取出方 式、弹簧锲块
10、方式来实现条烟取出，但存在着 结构复杂和夹紧力较小等缺点特别是我厂的 美容器是自行设计开发，一次烫烙两条烟经 咨询国内目前还无可满足我厂需要的条烟自动 88 取出装置。因此要解决条烟烫伤的问题，须自 主创新设计。面对国内外机械手广泛使用的情 况，决定设计一套机械手装置来实现条烟的自 动取出，该装置模拟人的手势动作，先用“手 指”将条烟夹紧，然后通过“手臂”推出条烟， 从而完成条烟的自动取出。 2物理模型的建立 21机械手实现条烟取出的过程分析。 机械手取出条烟功能的实现方式：如图2 所示，机械手模拟人的手势动作先用“手指” 将条烟夹紧，然后通过“手臂”推出条烟。具 体分为四步： C C D 图
11、2条烟取出过程分析 l一机械手手指(左)2-条烟3一机械手手指(右) A：手指(左、右)合拢夹紧条烟； B：手臂动作，驱动手指将条烟推出： C：手臂推到位后，手指向外张开放开条 烟： D：手臂带动的手指带回到原位。 22条烟美容器出口阻力的确定 如图3所示，将条烟从美容器内取出需克 服条烟与底部导板和两侧导轨的摩擦力，以及 出口翻烟器阻力，这三个力之和为fn，根据对8 组GD出口阻力的统计，8组GD机组出口的最 大阻力为fo=636N。 条烟推出方向 2 图3美容器出口阻力示意图 1、3一导轨2一美容器烙铁板4一条烟 设计机械手实现GD包装机美容器内的条烟自动取出一陈瑜 23机械手推力的计算
12、机械手取出条烟的物理模型如图4所示，手 指1、3夹紧条烟，产生夹紧力F，手指沿条烟 移动方向移动时，条透明纸与手指之间产生的静 摩擦力f。通过f作用使条烟沿A方向移动。 3 图4条烟受力分析 1一手指(左)2-条烟3一手指(右) 静摩擦力f的计算： f=2x( P )= ( 为条透明纸与手指之 间的静摩擦系数) 由上式可知。夹紧力F越大，则静摩擦力f 就越大，那么条烟推出过程中就越不易打滑。 但是F过大对条烟内的小盒和烟支会造成损伤。 因此应尽可能减少夹紧力，在相同的摩擦力下 摩擦系数 与夹紧力F成反比，选用摩擦系数 较大的材料可减少夹紧力，选用了我厂现有的 摩擦系数较大并耐高温的材料牛筋皮，
13、并将其 表面打磨粗糙，以增大其摩擦系数，经实测其 与不同条透明纸之间的静摩擦系数 在048 056左右，为便于其能满足各种条透明纸需要， 我们取静摩擦系数的最小值 =048。 为使条烟被取出过程中不打滑，则ffn，因 f=FxI因此夹紧力F： D告 器 13 25N 在F1325时，其产生的静摩擦搂力可克服 条烟推出的阻力fn，可实现将条烟推出。 24机械手夹紧条烟后对条烟质量的影响。 夹紧力F作用在条炯上可能会造成小盒和 烟支产生皱纹等不良影响，为确保产品质量， 必须对其进行验证。在试验中夹紧力大小按2 倍的安全系数S进行取值即S=2，即F安全=Sx F=2x1325=2650N在此夹紧力之
14、下，对我厂生 产的各种条盒材料和各种牌号进行了实验，在 此夹紧力作用下并保持一段时间后，硬盒条包 最大压缩了093ram。软盒条包最大压缩了 269mm然后对这些条烟的小盒包装和烟支进 行了质量检验，结果表明，未对条烟内的产品 质量造成不良影响。 3机械手的设计 31机械手手指的机构模型的建立 如图5所示，摆杆3顺时针摆动时，带动 连杆4使手指5向左移动，带动连杆2使手指1 向右移动从而实现手指合拢夹紧条烟的功能。 当摆杆3逆时针摆动时，通过连杆4和2，使手 指5向右移动，手指1向左移动，从而打开手 指放开条烟。 图5手指机构模型 1一手指(左)2一连杆3一 杆4一连杆5一手指(右) 32机械
15、手手指的设计及实现 321 实现手指的夹紧功能(见图6)。利用 一个圆盘5来实现图5中摆杆3的功能，通过 圆盘5的摆动，使连杆机构4带动轴2与夹紧 块1相连，实现左右手指的联动夹紧。同时， 为了便于调整夹紧力，连杆机构采用了带有内 螺纹和外螺杆的关节轴承，这样当“手指”夹 紧力过大或过小时，通过调节螺杆就可实现夹 紧力的调整。 图6手指结构示意图 1一左夹紧块(左手指)2一轴3一导向套4一关节轴承 5一圆盘6一底座7一导向轴承8一右夹紧块(右手指) 322实现圆盘摆动功能(见图7)。选用摆 动气缸4作为圆盘摆动的动力，当摆动气缸接 通气源后，在电磁阀控制下摆动气缸正向摆动， 89 包装与食品机
16、械2009年第27卷第5期 可让圆盘相应的摆动，从而带动“手指”张开 或夹紧。 图7摆动功能实现示意图 1一平键2一圆盘3一底座4一摆动气缸5一关节轴承 33实现机械手的“手臂”功能一条烟推 出机构(见图8)。 l 2 3 4 图8机械手装配示慝图 1一手指总成2一无杆气缸 3一固定烙铁板4一条烟通道 “手臂”的功能将手指及其夹紧的条烟推出 去其运动为直线往复运动，在机构实现方式 上选用了气动方式来实现直线运动，并选用结 构紧凑、便于安装的无杆气缸2来作为机械手 的“手臂”通过气路控制系统能控制气缸的推 出和返回，从而实现“手臂”的伸出与缩回。 34实现机械手的自动控制 机械手是由一个摆动气缸
17、来完成“手指” 动作，由一个无杆气缸来完成“手臂”动作， 气路控制如图9所示。手指电磁阀控制摆动气 缸完成手指动作，实现条烟的抓取主释放功能， 手臂电磁阀控制无杆气缸实现手臂的伸出和返 回功能 机械手的电气控制采用外加一小型PLC控 制，当辅机停机超过一定时间(12O秒可调)， PLC发出信号让手指电磁阀动作，05秒后发出 信号让手臂电磁阀动作，待美容器内条烟被机 械手推出美容器后，PLC停止手指电磁阀动作， 手指电磁阀释放条烟。延时05秒后停止手臂电 磁阀动作，让手臂退回，PLC控制程序流程图 如l0所示 90 图9气路图 l cV停机信号输入l l延时1-2os 手指电磁阀动作条烟夹紧 I
18、延时o5s 手臂电磁阀动作，条烟推出 I 查 l是 卜一 手指电磁阀释放放开条烟 I延时05S 手臂电磁阀释放，手臂退回 l 结束 l 图10 PLC控制流程图 4应用效果 机械手设计成功后，被迅速安装到我厂8 组GD机组上。在条透明纸包装机停机后。该装 置能准确无误地将条烟自动取出，同时所夹取 的条烟的烟支质量也是完好的实现美容器内 条烟自动取出，避免了条烟被长时间过度加热， 使产品质量得到了保证同时也减少了因条烟 透明纸被烫坏而造成的原辅材料消耗，降低了 生产成本，减少了操作工的工作强度。 经长时间的运行表明，该装置结构简单、 运行稳定、可靠性高、自动化程度高，具有较 高地推广价值。 参考文献： 1黄德良，杨文雷，等ZB25型包装机组M北京： 中国科学出版社2001 2FESTO公司FESTO气动产品样本(第28版)z 2o02 3SMC公司SMC气动元件产品样本(第3版)z 2()()4
