ZJ116卷接機組刀盤驅動部套熱交換器滲油問題分析與解決

摘要：分析了ZJ116卷接機組刀盤驅動中熱交換器滲油及傳動箱體溫升偏高的原因，制定了改變節流嘴孔徑和傳動箱體內部尺寸的解決方案，實驗表明該熱交換器已無滲油問題，傳動箱體平均溫升由32.25℃降低到25.1℃，提升了刀盤驅動的運行質量。

關鍵詞：ZJ116卷接機組刀盤驅動;熱交換器;傳動箱體;滲油;溫升偏高;節流嘴;泵吸作用;試車臺

引言

ZJ116超高速卷接機組（以下簡稱ZJ116）是當今世界上最先進的卷接產品之一，其生產技術的消化吸收為國家煙草專賣局“超高速卷接包機組研制重大專項工作”的重要組成部分。刀盤驅動是該機組一個關鍵部套，它承擔著煙支切割的功能。該部套在生產初期運行質量不穩定，出現熱交換器滲油和傳動箱體溫升偏高的問題，嚴重影響了項目的推進工作，我們經過反復探索和多批次的試驗，探索出較好的解決辦法，提升了本部套的運行質量。

1.刀盤驅動簡介

圖1為刀盤驅動結構示意圖，電機驅動同步帶輪，由帶輪帶動連軸節 、主傳動齒輪和從動齒輪，從而帶動刀盤旋轉以實現煙支切割運動。主傳動齒輪和從動齒輪均為圓弧齒輪，設備運行時，一部分潤滑油（以下簡稱油）流在從動齒輪的頂部，由于齒輪旋轉，在慣性力的作用下，油飛濺到主動齒輪上，從而潤滑齒輪傳動副;一部分油通過油管潤滑軸承，最后所有的油均流到傳動箱體的底部，再由回油管流出。熱交換器高于傳動箱體600mm，用于傳動箱體內油氣的排出，一根排氣管將傳動箱體同熱交換器連接起來，同時熱交換器連接一根冷凝回油管用于熱交換器的冷凝油的回流。

2.存在問題及原因分析

2.1存在的問題

ZJ116在運行4小時以后，熱交換器的熱交換孔有小量油冒出（滲油），冷凝回油管有10 mL/min的油回流，同時傳動箱體的溫升約32℃（國家標準40℃[1]），同等運行情況下的ZJ17接機組為27℃，比ZJ17高了5℃。

2.2原因分析

2.2.1由于傳動箱體的進油量大于回油孔的排油量，使得傳動箱體內的油不斷增多導致油從油氣管進入熱交換器，當油量大于熱交換器冷凝回油管的排油量就會有油從熱交換器的氣孔溢出。

2.2.2傳動箱體內兩個型腔之間的底部加強筋尺寸H過大（見圖2），造成齒頂浸泡在油中，使得從動齒輪型腔底部積累油，在齒輪右側形成封閉油腔，當齒輪旋轉時，在齒輪和箱體壁之間就會形成泵吸作用，產生油壓。

2.2.3逆時針旋轉（從刀盤前面往后看），如果從動齒輪與箱體壁之間間隙過小，在齒輪和箱體壁之間就會形成泵吸作用，產生油壓。

2.2.4潤滑油滯留在油箱內，帶走熱量減小，冷卻效果降低，同時齒輪轉動反復攪拌潤滑油產生大量熱量，兩種因素共同作用造成溫升偏高。

3.解決方法及步驟

3.1確定合理進油量

潤滑油用于潤滑、冷卻[2]，油量過大會形成排油不暢，油量過小，冷卻效果會降低，溫升會增大，因此需要確定合理進油量。

我們對ZJ17和ZJ116刀盤驅動的實際進油量進行了測量（見表1），ZJ17產品長期生產且質量穩定，說明冷卻效果良好，其實際進油量可以當作理想進油量。ZJ17和ZJ116刀盤驅動結構和載荷基本一致，我們根據轉速比，確定ZJ116理想進油量 ：

=（2000/1750） ×29=33（ mL/min）。

表1 ? ZJ17及ZJ116刀盤驅動潤滑油量比較表

3.2確定節流嘴節流孔直徑d

為控制進油量，進油口裝配了一個節流嘴。原有節流嘴孔徑φ1，進油量41mL/min，由于油壓不變，為保證理想進油量（ ）33mL/min，需要采用更小孔徑的節流嘴，因此新節流嘴節流孔直徑d為：

d=（33/41） ×φ1=φ0.805（mm）

因此選用φ0.8mm的節流嘴。

3.3制定傳動箱體內兩個型腔之間的加強筋的高度H

潤滑油由從動齒輪箱底流向主動齒輪型腔屬于孔口出流中的淹沒出流[3]，流量計算公式[3]為：

Q= =μA ? ? ? ? ? （1）

式中μ=0.62[3]，A= ×0.01m（傳動箱體過油截面寬度），g=9.8m/s2， ?為過油截面高度。

由（1）得： =0.73mm

齒輪的齒頂圓直徑為φ121.9mm，油面應低于齒頂圓所以：

H≤120-121.9/2-0.73≤58.32（mm）

3.4制定從動齒輪處傳動箱體型腔直徑D1

原有D1為φ140mm，由于泵吸作用的油量不大，我們可以利用實驗裝置測定。

3.5設計刀盤驅動試車臺

為驗證改進方案，我們設計了刀盤驅動試車臺

（見圖3），主要具備以下功能：

3.5.1完全模擬刀盤驅動在設備中的工作狀態，保證熱交換器與刀盤驅動之間的相對高度600mm。

3.5.2獨立供油系統，油量可調。

3.5.3電機采用伺服驅動，保證無級變速。

3.5.4交換器與刀盤驅動之間用透明油管連接，一旦有油壓形成，便可馬上發現，縮短實驗時間，調高效率。

3.6實驗步驟

3.6.1控制進油量

將入油孔節流嘴由φ1mm改為φ0.8mm，調節供油系統，保證供油量為33mL/min。

3.6.2控制傳動箱體內兩個型腔之間的加強筋的高度H

（1）由4.3計算可知H≤58.32mm， 由于過油截面只能用砂輪修整，留有圓角，不是長方形，再加上從軸承來的油量，經過試驗表明將H定位56mm較好。

（2）為便于檢測，設計專用檢測工裝，見圖4。

（3）我們對3個零件進行實驗，無泵吸現場發生，也無強度不夠、零件變形等質量問題。

3.6.3控制傳動箱體內

我們將D1原有尺寸為φ142mm，我們按φ143mm、φ143.5mm、φ144mm、φ144.5mm和φ145mm分別試驗，經實驗證明D1=φ144時透明油管無上升油產生，即無泵吸現象。為穩妥起見，我們將D1選定為φ145mm。我們對3個零件進行實驗，無泵吸現場發生，也無強度不夠、零件變形等質量問題。

4.改進效果

4.1經過連續8臺機組驗證均無滲油問題發生;

4.2我們對攻關前后的溫升（試車8小時后）進行對比（見表2）

表2 ?刀盤驅動溫升情況對比表

從表中可以看出，ZJ116的溫升由平均32.25℃降低到25.1℃，優于ZJ17的27℃，低于國家標準40℃。

5.結語

滲油問題實際上由于進油量過大、加上傳動箱體與齒輪齒頂之間間隙過小、加強筋過高所引起，溫升過高由于油路不暢，散熱不好所致。通過攻關活動，既解決了刀盤驅動熱交換器滲油問題，又降低了傳動箱體的溫升。本項目成果已經在新設備和大修設備上全面推廣應用，不但提升了刀盤驅動的運行質量，而且對提高ZJ116卷接機組的使用質量具有重要意義，為國家煙草專賣局重大專項工作的順利推進做出了貢獻。

參考文獻：

[1]趙偉志 龔美華 朱成生.煙草機械通用技術條件[M].國家煙草專賣局，2006：4

[2]濮良貴 紀名剛.機械設計[M]. 北京：高等教育出版社，2010：52.

[3]劉鶴年.流體力學 [M].北京：中國建筑工業出版社，2005：174-177.

作者簡介：許兵（1985-），男，工程機械專業學士，助理工程師，現主要從事煙草卷接機械產品裝配調試和裝配檢測技術工作。