李勇，张文平，金彩洪，李吉安，张桢，刘松，刘云松

（红塔烟草（集团）有限责任公司楚雄卷烟厂，云南 楚雄 675000）

1 现状及存在的问题

卷包设备使用的乳胶由原来的人工单桶运送到各机台加胶，升级改进后为供胶房集中自动供胶，供胶房内采用胶罐存储输送乳胶，需要将胶桶内的乳胶加入到胶罐内。存在以下问题：（1）供胶房内单只胶桶重量达到20kg，每次提升胶桶倒胶到胶罐中，都需人工将胶桶提升到平齐胶罐口，高度为1.3m，较为费劲，每天需对卷包设备提供150桶胶，供胶房设备操作以及加胶工作都由1人完成，工作量巨大。（2）当胶桶提升至平齐胶罐口后，需要翻转胶桶倾倒乳胶，由于乳胶粘度较大，流动性较差，倾倒时间长，期间需要人工一直托着胶桶直至倾倒完全部乳胶，整个流程耗时耗力，经常出现胶桶底部有残留乳胶的问题，造成浪费，增加了生产成本。（3）由于供胶房空间较小，传统的提升装置占地较大，无法在供胶房内使用。因此，亟需设计1个专用装置来解决上述问题。

2 实施内容

2.1 供胶房现场测量及分析

对供胶房、房内胶桶、胶罐的空间尺寸以及胶桶存放位置与胶罐放置位置间的距离进行测量。根据供胶房的内部构造制定方案。据测量考察可知，供胶房胶桶存放位置和胶罐位置间的空间较窄，观察加胶人员加胶的操作过程，得出加胶需要提升胶桶，托住并逐渐翻转胶桶向胶罐内倾倒乳胶的2个主要动作，这2个动作大大增加了加胶人员的工作量，通过机械自动化解决这2个动作即可减轻加胶人员的工作量，提升工作效率。

2.2 设计解决方案

2.2.1建模

利用在供胶房测量得到的相关数据，在三维软件SOILDWORKS建立胶桶和胶罐的模型，结合加胶时的特点及人工加胶时存在的问题，使用三维软件建模设计了一种半自动辅助倒胶装置来解决问题，本装置包括推车、提升机构、辅助翻转机构。在设计时，要根据不同机构的动作方向、速度和安全等因素设计不同的操控机构。为保证操控的准确性，设计时考虑存在的摩擦、粘性和惯性等阻力，让加胶人员能够有一种“亲身操纵感觉”，使辅助加胶动作变得连贯，减少重量和胶粘度对加胶人员的干扰。机构装置、加胶人员对空间的需求，除了合适的操控空间，同时能保证合理的自由空间；对于加胶人员来说，提升机构、辅助翻转机构等操作机构的排列布置应选用最方便、最舒适的设计布局；为了延缓加胶人员长时间操作机器时疲劳，设计了各种辅助装置来保证加胶人员加胶的力度在正常范围之内；加胶人员有足够的活动空间，站立作业时符合生理学和人体解剖学特点。装置设计了保证操控者的视野不会被大体积的物体所阻挡，让加胶人员有良好的视野，保证加胶人员和装置的安全，同时保证了使用装置的舒适性。整个车身长100~120cm，宽15~20cm，可让本装置适配供胶房供胶通道（如图1所示）。

图1 半自动辅助倒胶装置平面图

2.2.2提升动作的设计

推车包括车身、推手、万向轮，车身上安装有提升机构，提升机构由正反转电机、丝杆、立柱、加强筋组成。推车上安装有固定板，固定板上安装有正反转电机，正反转电机通过限位开关控制，限位开关设置在立柱外侧表面靠近顶部位置处。正反转电机转轴连接皮带轮，皮带轮连接在丝杆的皮带轮上，丝杆的上下两端通过轴承、轴承座安装在车身和立柱顶端（如图2所示）。

图2 提升机构结构示意图

2.2.3倾倒乳胶动作的设计

辅助翻转机构由连接板、转动座、立板、档条、转动板、伸缩爪勾组成，连接板连接在丝杆上，立板连接在连接板上，连接板上设置有轴，转动板内部设有轴承，轴承连接在轴上，转动板分为上下两部分，上半部分与下半部分呈45°，上半部分外侧设有与转动板垂直并向外延伸的把手。转动板下半部分底部内侧连接有转动座，所述转动座呈半圆状，所述转动座半圆直径与连接板横向一侧平齐，让转动座有足够的空间可以向一侧转动，转动座配重能够在正常情况下让支撑部贴合连接板。连接板上开有连接口，所述连接口内放置有螺母，所述连接口、螺母通过竖直的螺钉打孔配合连接在一起，所述连接口与丝杆配合连接。转动板下半部分侧边连接有若干档条，档条呈弧形，胶桶放置后能够对胶桶侧面进行限位。档条两侧连接有伸缩爪勾，伸缩勾爪包括套筒、内柱。套筒上端开口，内部空心，侧面开有呈L字型的滑槽，内柱主体部分呈圆柱状，上端为勾子，底部连接有弹簧，侧边连接有旋钮，内柱主体和弹簧放置在套筒内，旋钮放置在滑槽内。内柱的勾子能够勾住胶桶的开口，让胶桶稳定的被限位在转动座上，转动座底部弧形一端设有凸起的2个支撑板，2个支撑部间形成凹口。转动板外侧设置有2个对称放置的固定座，固定座上连接有弧形弹片，立板内侧设有限位轴，转动板转动135°后，限位轴从2个弧形弹片穿过，并在弧形弹片平面处被限位。胶桶此时能够倾斜135°，让底部的乳胶能够自动流尽。连接板底部连接有支撑座，支撑座上设有滚动轴承，滚动轴承放置在立柱表面上，立柱连接有加强筋，加强筋底部放置在车身上，并与车身呈45°。立柱、加强筋均为角钢。上述固定板、轴承座、支撑板、档条上均设有腰子孔，方便装配好各机构后还能进行位置调节（如图3、图4所示）。

图3 辅助翻转机构结构示意图

图4 限位机构结构示意图

2.3 工作原理阐述

正反转电机通过传动装置带动丝杆运动，丝杆带动提升板作上升下降运动，即胶桶放置在转动底板上，能够向上提升，转动板能够绕固定板转动，限位条、伸缩勾爪对胶桶进行限位，握住手柄转动辅助翻转装置即可带动胶桶作倒胶的动作，同时，弧形弹片、限位轴能够在胶桶到达135°进行位置限位。

2.4 具体实施方案说明

将开盖后的胶桶提放在转动座上，按动伸缩爪勾的旋钮向滑槽底部移动，并将旋钮放置在横向的滑槽内，胶桶被勾子固定住，按动限位开关的上升开关提升胶桶，当提升高度至胶桶底部与胶罐罐口平齐时，触发限位开关，正反转电机停止，丝杆自锁，胶桶停留在该位置。加胶人员1只手握住把手，另1只手放入凹口并扣住，向胶罐方向缓慢作倒胶动作，当转动板顺时针转动135°时，弧形弹片转动与限位轴接触，且限位轴从弧形弹片的左侧平面挤压过弧形弹片的弧度面，到达弧形弹片的右侧平面。即在转动板转动至135°时，对胶桶完成限位作用，不用人工提扶胶桶即可将剩余乳胶倾倒完毕，使用完成后，逆时针施力即可将限位轴从弧形弹片间取出，让辅助翻转机构归位，按动下降开关将连接板回归原位。

3 结语

本文以供胶房设备技术为研究对象，以加胶人员的动作为模仿对象，采用三维建模设计了一款能够帮助加胶人员提升胶桶，并辅助供胶人员将胶桶内乳胶加入胶罐的装置，降低了加胶人员的劳动强度，同时，原本胶桶剩余的乳胶能够被倾倒完毕，减少了资源的浪费。