全自动软管注肩机上管装置的设计

徐惠朝，肖红升

(1.南通市通州区三槐机械制造有限公司，江苏 南通 226300)

(2.南通职业大学机械工程学院，江苏 南通 226007)

(3.上海三槐科技有限公司，上海 201809)

铝塑复合软管、全塑软管是当今与人们生活密切相关的一种包装材料，因其具有良好的隔绝性能和不易破裂、色彩鲜艳、外型美观、清洁卫生、使用方便、环保等优点被广泛应用于食品、药品、化工等行业产品的包装[1-2]，因此，用于生产铝塑复合软管、全塑软管的全自动软管注肩机的市场需求量越来越大。

全自动软管注肩机基于“熔融塑料压铸成型”原理，由伺服传动分度机构、自动上管装置、定量吐塑机构、肩部螺纹成型模具、冷却系统、合模成型保压机构、脱模机构、自动卸管机构、出管机构及自动化控制系统等组成，具有生产效率高、能耗低、性能稳定等特点，且具有故障自动报警功能。自动上管是软管注肩生产流程中的第一道工序，自动上管装置是全自动软管注肩机的核心机构之一，该装置设计的优劣直接关系到全自动软管注肩机的自动化程度以及后道工序是否能正常进行。

1 软管注肩机简介

目前,软管注肩较多地使用滑板式液压注塑机，该机由人工手动将软管插入芯棒，生产效率低、劳动强度大，增加了人工污染软管的风险，不符合食品、制药等行业的卫生要求；工作过程中有浇冒口等，材料利用率低；软管肩部有合模缝，影响美观。

全自动软管注肩机是全新一代软管注肩生产设备，该设备可实现自动上管、定量吐塑、成形保压、脱模、出管，正常情况下可由一人照看几台设备，节省了劳动力，生产过程中软管不与操作工接触，符合卫生要求；采用精确定量注射，生产过程中无回料；多工位循环作业，不需要专用冷却时间，生产效率高，能耗低[3]。

全自动软管注肩机与滑板式液压注塑机的性能对比见表1。由表可知，全自动软管注肩机较传统的老式滑板液压注塑机速度更快，注肩外形更美观，更节省原材料，更省工节能。本文对全自动软管注肩机关键部件上管装置进行设计。

表1 两种软管注肩机的工作性能

2 全自动软管注肩机自动上管装置结构及工作原理

目前，市场上的软管有圆形与椭圆形两种，全自动软管注肩机的上管装置也分圆管上管和椭圆管上管两种，其中椭圆管上管装置既可用于椭圆管注肩时的上管，也可用于圆管注肩时的上管，而圆管上管装置只适用于圆管注肩时的上管。

椭圆管注肩时，由于软管截面椭圆存在长轴和短轴之分，而软管在注肩前外表面已经印刷好图案，注肩时必须要求软管的正面与背面的图案位于椭圆的长轴面上，故椭圆管在注肩上管时必须要对正色标，如图1所示，以达到椭圆管注肩与软管外表面印刷图案的位置要求。此时必须使用椭圆管注肩自动上管装置。圆管注肩时，不需要对色标，故可以使用圆管注肩自动上管装置，也可以使用椭圆管注肩自动上管装置。

图1 椭圆软管

2.1 椭圆管自动上管装置结构及工作原理

1)椭圆管自动上管装置结构。

椭圆管自动上管装置由真空分度定位机构、进管机构、对色标机构及成型上管机构组成，如图2所示。

真空分度定位机构负责待注肩软管在进管工位、对色标工位、上管工位的定位；进管机构用于将待注肩的软管送至工作槽内；对色标机构负责将软管先移出工作槽，在对定色标后再将软管移入工作槽内；上管机构负责将对好色标的软管推出真空分度轮、压成椭圆并套在椭圆芯棒上。

真空分度定位机构包括转轴及其轴承座，转轴上依次安装有旋转接头、转轴同步带、原点信号轮、真空分度轮，真空分度轮设有4个工作槽，沿真空分度轮周向设置有进管工位、对色标工位及上管工位。原点信号轮上设置槽型光电开关感应点，转轴由伺服电机驱动做如图2(b)所示的顺时针间歇旋转，每次旋转90°，槽型光电开关感应信号控制伺服电机，使得真空分度轮每次停顿时4个工作槽分别与进管工位、对色标工位及上管工位相对应；工作槽的槽底设有多个真空吸附孔，使真空分度轮旋转时工作槽内的软管被吸附在槽内保持固定，真空吸附孔通过转轴及旋转接头与真空泵连接。

进管机构包括进管气缸和进管输送带。进管输送带将待注肩的软管输送过来，由进管气缸将软管推送入真空分度轮的工作槽内。

1—安装底板；2—旋转接头；3—转轴伺服电机 ；4—转轴同步带；5—转轴轴承座；6—转轴；7—原点信号轮；8—对标同步带；9—前顶锥头；10—前纵移滑块；11—对标伺服电机；12—前纵移气缸；13—横移气缸；14—纵移座；15—后纵移气缸；16—色标传感器；17—横移滑块；18—后纵移滑块；19—后顶锥头；20—成型压辊；21—注肩机芯棒；22—真空吸附孔；23—真空分度轮；24—上管气缸；25—进管汽缸；26—上管爪；27—槽型光电开关；28—进管输送带

对色标机构包括色标传感器及可做横向和纵向移动的滑移装置。对色标机构可实现软管移出、移入真空分度轮工作槽及对正软管色标，保证软管上管方向。滑移装置由横移组件和纵移组件组成，横移组件包括横移滑块和横移气缸，用于带动纵移组件在色标感应装置及真空分度轮之间移动；纵移组件包括前纵移滑块和前纵移气缸、后纵移滑块和后纵移气缸，前纵移滑块和后纵移滑块分别连接有前顶锥头和后顶锥头，工作时前、后顶锥头将软管顶住并使其移动，其中前顶锥头由对标伺服电机驱动，带动软管旋转；色标传感器控制对标伺服电机，软管转动至合适位置时对标伺服电机停止，此时软管即满足上管要求。

成型上管机构由椭圆成型压辊和上管爪、上管气缸组成。椭圆成型压辊设置于与上管爪相对的真空分度轮的另一端，呈腰鼓形上、下对称设置，用于将推出工作槽后的软管压成椭圆并套在椭圆芯棒上。

软管由圆形变为椭圆形后为了适应其尺寸的变化，设计了一种椭圆管注肩自动上管装置的上管爪，如图3所示。上管爪为成型上管机构的核心部件，负责将对好色标的软管推出真空分度轮工作槽，该部件设计的优劣直接关系到上管的成功率及上管质量[4]。

1—上管爪座；2—六角螺栓；3—压簧；4—芯轴；5—上管爪指

自动上管装置的上管爪由上管爪座、两只对称设置的上管爪指、压簧等组成。上管爪座的顶部为圆柱形凸台，对称设置于圆柱凸台两侧的上管爪指可绕芯轴转动。自动上管时，呈圆形的软管在上管爪握持下由上管气缸向前推进，在临近芯棒时，经成型轮滚压圆管呈椭圆状，套入椭圆芯棒，上管爪指的张角随软管自适应调整，整个过程中握住软管不转动。

椭圆管自动上管装置的上管爪结构简单、合理，解决了软管由圆形变成椭圆形后软管尺寸变化带来的上管难的问题，满足了全自动软管注肩机椭圆软管的上管要求[5]。

2)椭圆管自动上管装置工作原理。

在进行椭圆管注肩时，转轴伺服电机驱动转轴带动真空分度轮旋转，设置在转轴上的原点信号轮随转轴同步旋转，当槽型光电开关获得原点信号轮发出的原点信号时，转轴伺服电机停止，此时真空分度轮上其中的一个工作槽停在进管工位，待注肩的软管通过进管输送带输送过来，由进管气缸将软管推送进与进管工位相对的真空分度轮工作槽内，然后真空泵通过旋转接头连接转轴，将真空分度轮内抽真空，真空分度轮工作槽内的真空吸附孔产生吸附力将软管牢牢吸附在工作槽底部；接着转轴伺服电机带动真空分度轮旋转90°后停止，真空分度轮上的另一个工作槽停在进管工位上下一支软管，此时第一支软管转到了对色标工位，前纵移气缸和后纵移气缸同时工作，带动前纵移滑块和后纵移滑块收拢，前纵移滑块上的前顶锥头和后纵移滑块上的后顶锥头分别顶进软管内，然后横移气缸带动横移滑块离开真空分度轮，使得软管离开真空分度轮的工作槽底部；对标伺服电机工作，带动前顶锥头顶着软管旋转，当色标传感器检测到软管上的色标时，对标伺服电机停止；接着横移气缸复位，软管被重新送回真空分度轮的工作槽内，并再次被真空吸附孔吸住；前顶锥头和后顶锥头退出软管，转轴伺服电机再次带动真空分度轮旋转90°，使该工作槽对应上管工位；上管气缸开始工作，上管爪推动软管离开工作槽，并由成型压辊将软管压成椭圆，套到全自动软管注肩机的椭圆芯棒上，至此完成自动上管作业。

2.2 圆管自动上管装置结构及工作原理

如只进行圆管注肩，可使用圆管自动上管装置，如图4所示。

1—进管输送带；2—上管气缸；3—上管轴；4—上管座；5—注肩机圆芯棒；6—进管汽缸

圆管注肩自动上管装置由进管输送带、上管气缸、上管轴、进管气缸组成。其工作原理是：进管输送带将待注肩的软管输送过来，由进管气缸将软管推送至上管座，上管轴安装在上管气缸的活塞杆上，上管气缸带动上管轴动作，上管轴推动软管套在全自动软管注肩机的圆芯棒上，完成上管。

3 全自动软管注肩机自动上管装置使用效果

本文设计的全自动软管注肩机自动上管装置实物如图5所示。自动上管装置的使用，实现了在全自动软管注肩机上椭圆软管和圆软管的自动上管，提升了全自动软管注肩机的自动化水平，避免了人工操作的效率低下和可能产生的软管污染，节省了人力成本，大大提高了软管注肩的生产速度和生产效率。

在进行圆管注肩上管时，只需要拆掉椭圆成型压辊，停止横移气缸、前纵移气缸、后纵移气缸、对标伺服电机的工作，自动上管装置即可实现圆管的自动上管。

图5 椭圆管注肩自动上管装置

4 结束语

本文设计的全自动软管注肩机自动上管装置既适用于椭圆形软管也适用于圆形软管注肩时的自动上管，通用性强，结构简单，使用及维护成本低。在更换椭圆管注肩自动上管装置的真空分度轮后，可以满足不同规格(管径和管体长度)软管注肩时的自动上管要求。全自动软管注肩机自动上管装置已获得国家发明专利授权，专利号为ZL201410222751.8[5]，上管爪也正在申请国家发明专利。