YJ17卷煙機刀頭進刀機構的改進

重慶中煙工業有限責任公司黔江卷煙廠，重慶 40900

一、前言

YJ17[1]卷煙機是目前卷煙機主要型號之一，由于YJ17卷煙機自身的刀頭進刀機構零件易變形[2]，故障率較高[3]，故障后維修時間較長，且對產品質量帶來隱患[4]，影響設備的有效作業率。

為此，對YJ17卷煙機的刀頭進刀機構進行改進，重新設計內部構件，減少相應的維護時間和勞動強度，提高設備的運行穩定性和可靠性，從而有效保證設備的有效作業率。

二、存在問題

1、工作流程

YJ17卷煙機進刀機構由棘輪、棘爪與進刀盒組成，分自動和手動兩種方式[5]。當機械達到設定的切割次數時，PLC輸出一個脈沖信號，接通電磁閥Y11，壓縮空氣（2.5×105Pa）推動氣缸活塞，帶動推桿推動棘爪，由棘爪推動棘輪帶動刀盒齒輪軸轉動，齒輪軸再通過齒輪把動力傳給進刀軸，實現一次進刀量為0.06mm的進刀，約3s后，電磁閥失電，切斷壓縮空氣，在彈簧作用下復位，完成一次自動進刀。

如圖1所示，進刀程序啟動后，壓縮空氣進入氣室，推動推桿套8帶動進刀推桿1實現進刀，動力從推桿套8傳給傳遞軸7，再通過軸承6在克服彈簧彈力下推著進刀推桿1一起向右運動。安裝在支座上的氣腔，為自動進刀機構提供了一個氣室，氣室的密封主要依靠防塵密封圈5和O型密封4保證。軸承6安裝在進刀推桿1上，在彈簧作用下與半軸2一起隨設備運行作高速旋轉。推桿套8在軸承6、傳遞軸7和推桿套8上的銷釘作用下，保持靜止，減少對密封件的磨損，降低自動進刀故障。

2、問題分析

（1）密封件磨損情況分析。YJ17刀頭采用的是雙刀雙切式，正常運行時，刀盤轉速一般在1750r/min,進刀頻率為切割4000次時進一次刀，該部位轉速高，動作頻繁，導致軸承6的使用壽命短。軸承損壞后，半軸2會通過推桿套8上的銷釘帶動推桿套旋轉，加速對密封件的磨損，使氣室因密封不良出現漏氣，降低對進刀推桿的推力，無法完成正常進刀[6]。

（2）對軸承所受載荷進行分析。進刀刀頭裝置工作時，刀片每切割4000次進刀一次，每次進刀，電磁閥打開，氣腔充氣，壓強P=0.25MPa，推桿套的 直 徑d=36mm，r=d/2=18mm，S=πr2= 1017mm2，F=PS=254N。推桿套以254N的推力向前推動連接軸，通過607深溝球軸承推動推桿完成進刀；進刀后，電磁閥關閉，氣腔放氣，推桿在彈簧的作用下帶動推桿套一起復位，推桿套沒有軸向限位裝置，由于慣性的作用，在推桿套與傳遞軸之間產生軸向間隙，導致下次進刀時，推桿套對607深溝球軸承產生沖擊[7]。

通過上述分析可知，607深溝球軸承要承受間歇的軸向沖擊載荷，而間歇的沖擊載荷對軸承的作用力遠遠大于氣腔壓力，使軸承內、外滾道與滾動體的接觸處產生過量的塑性變形，形成不均勻凹坑，長期變形而導致607深溝球軸承失效。因此，607深溝球軸承承受較大的軸向沖擊載荷是其頻繁損壞的關鍵原因，在轉速較高的情況下，也會縮短軸承壽命[8]。

（3）YJ17卷煙機自動進刀機構采用的非標準件的設計思路。當軸承損壞時，會帶來推桿套、密封件等的更換，對備件消耗也帶來相應的影響；進刀推桿是靠彈簧復位，卡簧限位，更換很不方便，需拆卸半軸，維修時間長；備件更換后，安裝半軸需仔細校正，對維修技術要求高，若安裝不到位，會帶來其他零件的非正常損壞。

三、改進方法

1、自動進刀裝置的改進

單作用氣缸9通過螺釘固定于氣缸座10上，端蓋7和法蘭6通過螺釘固定于支座3上，氣缸座10通過螺釘固定于端蓋7上， 鋼球壓蓋5把鋼球裝在進刀推桿上。當進刀機構得到進刀信號后，電磁閥動作，高壓脈沖打開，單作用氣缸9的氣缸頭3向前移動3mm后頂住鋼球推動進刀推桿10，推桿推動棘爪，由棘爪推動棘輪轉動，棘輪帶動進刀蝸桿轉動，帶動蝸輪轉動，在蝸輪和滾輪的共同作用下推動切刀進給一次。當電磁閥關閉時，氣路閉合，進刀推桿在彈簧的作用下復位。如此循環動作，實現刀片穩定可靠的自動進給。

2、主要改進要點

（1）采用標準氣缸代替原來的氣動機構。用標準氣缸取代原來的氣動機構。原來的氣動機構安裝在支座里，不利于維護、維修。加工一個氣缸座并把標準氣缸安裝在上面，再把它們一起安裝在端蓋上。不但結構簡單，維修、維護方便，而且延長調心球軸承2206-2RS1的使用壽命。

（2）取消深溝球軸承607及兩種密封等相關部件。取消易壞的深溝球軸承607，取消傳動軸、推桿套、氣腔、防塵密封圈、O型密封圈等。在不改變進刀頂桿的結構和尺寸情況下，去掉深溝球軸承607和傳動軸，加工一個鋼球壓蓋，把直徑為11mm的鋼球安裝在進刀頂桿的軸心線上。鋼球壓蓋與進刀頂桿過盈配合，鋼球與鋼球壓蓋間隙配合。在安裝時加注潤滑脂，使得鋼球在不進刀時與進刀頂桿一起轉動，進刀時鋼球滾動，這樣既減少了摩擦力，又增強了抗沖擊的能力[9]。

（3）重新設計加工氣缸座、端蓋、法蘭、鋼球壓蓋和支座。去掉支座上的O型密封圈（密封氣腔和推桿套），去掉氣腔和氣腔上的防塵密封圈，去掉推桿套，加工一個法蘭安裝在原氣腔安裝位置，并把支座車掉14mm，并加工一個端蓋安裝在支座上，這樣使得與原支座在外形尺寸上一致[10]。

四、改進效果

通過對ZJ17卷煙機進刀機構進行改進和重新設計，使進刀機構的穩定性和可靠性得以提高，降低了進刀機構的故障率，縮短了維護保養的時間，減輕了維修工作量和勞動強度，提高了設備的運行效率。