GDX1、GDX2包裝機(jī)一號(hào)輪夾臂裝置的改造

徐友良, 鄭以龍

（安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 滁州卷煙廠，安徽 滁州239000）

0 引 言

DX2硬盒硬條包裝機(jī)是目前國(guó)內(nèi)煙草包裝設(shè)備中的主力產(chǎn)品，該機(jī)具有運(yùn)行平穩(wěn)、有效作業(yè)率高、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，采用MICRO-Ⅱ計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可高速穩(wěn)定地完成從煙支進(jìn)給到條盒成品包裝的全部生產(chǎn)過(guò)程。在設(shè)備的長(zhǎng)期使用中，時(shí)常發(fā)生一號(hào)輪夾緊爪開(kāi)合失靈，出現(xiàn)夾緊爪撥桿與襯套咬死現(xiàn)象，產(chǎn)生煙支刮破、殘斷、皺褶等現(xiàn)象，并可能伴隨鋁箔紙輸送堵塞、折疊不良等質(zhì)量缺陷，由于很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，往往會(huì)引發(fā)批質(zhì)量事故的發(fā)生。修復(fù)該故障一般要拆卸一號(hào)輪，這就增加了維修工作量，嚴(yán)重影響了設(shè)備效率，也造成了原輔材料的極大浪費(fèi)。

1 GDX1、GDX2一號(hào)輪的功能及工作原理

1.1 一號(hào)輪的功能

一號(hào)輪是煙組傳遞交接輪，其主要完成煙組的定位和傳送。其轉(zhuǎn)動(dòng)軸為水平放置，一號(hào)輪在轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)下做逆時(shí)針間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)檢測(cè)器檢驗(yàn)合格后的20支煙由輸送鏈模盒輸送到一號(hào)輪前面停頓時(shí)，第二推進(jìn)器把這組已排列整齊的煙支組推動(dòng)，經(jīng)煙支套口推向一號(hào)輪的煙模內(nèi)。一號(hào)輪每旋轉(zhuǎn)180°停頓—次。停頓期間一號(hào)輪兩側(cè)對(duì)稱的夾緊爪處于水平位置，并且?jiàn)A緊爪略微張開(kāi)，此時(shí)20支煙被推入一號(hào)輪右邊位置的夾緊爪內(nèi)，夾緊爪關(guān)閉，緊接著一號(hào)輪再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，然后一號(hào)輪推桿將已經(jīng)轉(zhuǎn)到一號(hào)輪左邊位置的20支煙帶著輸送到位的內(nèi)襯紙推向二號(hào)輪，開(kāi)始進(jìn)行內(nèi)襯紙的包裝。

1.2 一號(hào)輪的組成、作用及工作原理

一號(hào)輪主要由輪體、煙支夾緊機(jī)構(gòu)組成。一號(hào)輪的作用：1）在煙支組被第二推進(jìn)器推入到一號(hào)輪的過(guò)程中（經(jīng)煙支套口），一號(hào)輪壓煙器能夠起減速作用，還能夠避免煙支端部的煙絲露出，同時(shí)減少推入過(guò)程中因慣性而造成的對(duì)煙支的撞擊；2）在煙支第二推進(jìn)器將模盒中的20支煙支推入一號(hào)輪后，壓煙器將20支煙支壓緊，以便一號(hào)輪兩對(duì)夾緊爪能將20支煙支夾住而不會(huì)損壞煙支。

一號(hào)輪工作時(shí)是通過(guò)一號(hào)輪旋轉(zhuǎn)、一號(hào)輪夾緊爪的張開(kāi)和閉合，實(shí)現(xiàn)煙支組的傳遞。一號(hào)輪轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖如圖1所示。

圖1 一號(hào)輪傳動(dòng)示意圖

由機(jī)身傳動(dòng)系統(tǒng)軸I2將動(dòng)力通過(guò)齒輪4和齒輪6傳給齒輪7，齒輪7上的撥輪14 通過(guò)兩個(gè)銷釘螺絲與之固聯(lián)，所以軸3轉(zhuǎn)動(dòng)就能夠帶動(dòng)撥輪14轉(zhuǎn)動(dòng)，撥輪14上的輥?zhàn)樱?個(gè)）可撥動(dòng)有6個(gè)槽的槽輪8實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。槽輪8與齒輪13之間有中間套，槽輪8轉(zhuǎn)動(dòng)也帶動(dòng)齒輪13轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪13與齒輪12嚙合，齒輪12與一號(hào)輪座10固聯(lián)，因而槽輪8的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)就帶動(dòng)一號(hào)輪座做間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，一號(hào)輪固聯(lián)在一號(hào)輪座上，因此，通過(guò)一號(hào)輪座做間歇轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)一號(hào)輪做間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就實(shí)現(xiàn)了一號(hào)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一號(hào)輪夾緊爪的張開(kāi)和閉合：如圖1所示，機(jī)身傳遞的動(dòng)力經(jīng)過(guò)軸3到達(dá)凸輪1，凸輪1通過(guò)滾珠2帶動(dòng)擺桿5擺動(dòng)，與擺桿5相連的連桿9使軸11往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)使一號(hào)輪內(nèi)的夾鉗凸輪3（如圖2）隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣一號(hào)輪的夾鉗4做張開(kāi)和閉合動(dòng)作，使煙組能夠順利地進(jìn)入一號(hào)輪，在一號(hào)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)夾持住煙組，并能夠在煙組和鋁箔紙進(jìn)入二號(hào)輪時(shí)能夠順利進(jìn)入。

圖2 一號(hào)輪

2 存在的問(wèn)題

GDX1、GDX2在正常生產(chǎn)過(guò)程中，一號(hào)輪故障大多是由于夾緊爪張合失靈，從而造成煙支破損，煙支偏離正常位置，造成鋁箔紙折疊故障，甚至造成一號(hào)輪損壞，影響產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備有效作業(yè)率。因此要分析設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和點(diǎn)檢是否有不到位的情況，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，在一號(hào)輪各組件都正常的情況下，依然存在一號(hào)輪夾緊爪張合失靈現(xiàn)象。

3 原因分析

3.1 軸套的作用及其應(yīng)用

1）軸套的作用。在運(yùn)轉(zhuǎn)部件中，因長(zhǎng)期的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件之間產(chǎn)生摩擦而造成零件的磨損，如果軸和孔之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，軸和孔的間隙磨損到一定程度的時(shí)候必須要更換軸或孔座，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候采用硬度比較低、較耐磨的材料作為軸套，這樣就能夠減少軸和孔座的磨損，一旦軸套磨損到需要更換時(shí)，只需更換軸套而無(wú)需更換軸或孔座，從而節(jié)約了成本。大多情況下，軸套與孔座為過(guò)盈配合，軸套與軸之間為間隙配合，原因是磨損無(wú)法避免，且軸類零件比較容易加工，座孔的二次加工無(wú)法保證正確的中心位置。

2）軸套的應(yīng)用。軸套一般用于轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)速比較低，轉(zhuǎn)動(dòng)件受到的徑向載荷較高且間隙要求比較高的部位，能夠代替滾動(dòng)軸承，要求其材料硬度較低且耐磨，軸套起滑動(dòng)軸承作用。一般來(lái)講，軸套只能承受較小的軸向載荷。

3.2 軸套在一號(hào)輪中的作用及其不足

1）軸套在一號(hào)輪中的作用。軸套起到避免更換撥軸及一號(hào)輪輪體的作用，因?yàn)檩S套比撥軸易于磨損，軸套與一號(hào)輪輪體是過(guò)盈配合，出現(xiàn)磨損時(shí)通常是軸套的內(nèi)孔磨損量大，只需更換軸套而無(wú)需更換撥軸和一號(hào)輪輪體。軸套應(yīng)用在一號(hào)輪能夠起到滑動(dòng)軸承的作用。

2）軸套在一號(hào)輪中的不足。一號(hào)輪撥桿與襯套工作在轉(zhuǎn)速中等（3.33 r/s），徑向載荷較高的地方，用來(lái)替代滾動(dòng)軸承，材料要求硬度低且耐磨，軸套內(nèi)孔經(jīng)研磨刮削，能達(dá)到較高配合精度，但長(zhǎng)時(shí)間工作容易出現(xiàn)干磨現(xiàn)象，軸和軸套就會(huì)報(bào)廢，從而使撥軸與軸套的配合狀態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行時(shí)撥桿與襯套之間發(fā)熱，加劇磨損，甚至出現(xiàn)咬死現(xiàn)象，一號(hào)輪夾緊爪失效，影響產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備正常運(yùn)行。

3.3 滾針軸承的作用及用于一號(hào)輪的能夠?qū)崿F(xiàn)的功能

1）滾針軸承的作用。滾針軸承是滾動(dòng)軸承的一種，指裝有細(xì)而長(zhǎng)的滾子（滾子長(zhǎng)度為其直徑的3～10倍，直徑一般不大于5 mm），因此徑向結(jié)構(gòu)緊湊，與其他類型軸承相比，其外徑最小，特別適用于徑向安裝尺寸受限制的位置。內(nèi)外圈可以分離，工作時(shí)允許內(nèi)外圈有少量的軸向錯(cuò)動(dòng)。滾針軸承的作用是承擔(dān)徑向載荷。也可以認(rèn)為是用來(lái)給轉(zhuǎn)軸定位，即固定軸使之能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能徑向移動(dòng)。

2）滾針軸承用于一號(hào)輪能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。承載撥桿帶動(dòng)夾緊爪提供張合動(dòng)作時(shí)的徑向力，即撥桿在一號(hào)輪夾緊爪張合凸輪和夾緊爪拉簧共同作用下所受徑向力。由于潤(rùn)滑脂的作用，良好的潤(rùn)滑能夠確保撥桿與軸承之間的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。而且BK0808型滾針軸承具有防塵作用，能夠防止煙末和灰塵進(jìn)入撥桿和軸承之間。

3）滾針軸承與軸套對(duì)比。從能夠?qū)崿F(xiàn)的功能、互換性、防塵功能、摩損情況幾方面進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 滾針軸承與軸套的對(duì)比

從一號(hào)輪工作原理可知，影響一號(hào)輪夾緊爪張合的因素有4點(diǎn)：一是夾緊爪故障，即夾緊爪變形、夾緊爪尺寸不正確；二是控制夾緊爪張合的凸輪故障，即凸輪工作時(shí)序不正確、凸輪加工尺寸不正確；三是撥桿故障，即撥桿加工尺寸不正確、撥桿與襯套配合失靈；四是拉簧故障，即拉簧失效。

結(jié)合一號(hào)輪工作原理和實(shí)際維修情況進(jìn)行維修統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)：夾緊爪符合使用要求，控制夾緊爪張合的凸輪工作時(shí)序正確，凸輪沒(méi)有損壞，拉簧工作正常。因此可以排除夾緊爪故障、控制夾緊爪張合的凸輪故障、拉簧故障。這樣也就確定故障主要與撥桿相關(guān)，而且每次維修時(shí)大多數(shù)是撥桿與襯套配合出現(xiàn)故障，由于撥桿是在凸輪和拉簧共同作用下實(shí)現(xiàn)張合動(dòng)作，且長(zhǎng)時(shí)間受力不均造成撥桿與襯套配合處磨損不一致，也就容易造成撥桿與襯套之間配合故障，造成張合失效，甚至咬死，這樣就造成夾緊爪不能正常工作。

4 設(shè)計(jì)方案

為了解決撥桿與襯套配合的問(wèn)題，可以改造原來(lái)的配合形式。原撥桿與襯套的配合是撥桿的外圓柱面與襯套的內(nèi)圓柱面之間的滑動(dòng)，它們之間的摩擦形式是滑動(dòng)摩擦，為了減小摩擦和磨損，又因滾動(dòng)軸承具有摩擦因數(shù)小、起動(dòng)力矩小、效率高、運(yùn)動(dòng)精度高、軸向尺寸小、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、互換性好等優(yōu)點(diǎn)，也為了達(dá)到防塵的效果，采用防塵滾針軸承代替原軸套。該方案論證表如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)方案論證表

從以上設(shè)計(jì)方案的結(jié)論分析，認(rèn)為此方案既不改變?cè)惶?hào)輪的結(jié)構(gòu)，又不改變撥桿的實(shí)際尺寸，只是將原來(lái)的軸與套的配合改變?yōu)檩S與軸承的配合，這樣既能夠達(dá)到一號(hào)輪夾緊爪正確張合，又減小了該部件的摩擦、磨損，而且能夠防止灰塵等進(jìn)入撥桿與襯套之間，有效地減少了一號(hào)輪部件的故障造成的設(shè)備停機(jī)及部件損壞的情況。

5 實(shí)施過(guò)程

5.1 外形尺寸設(shè)計(jì)及滾針軸承的選定

1）外形尺寸設(shè)計(jì)。為了不影響其它組件的安裝及使用，對(duì)原一號(hào)輪進(jìn)行改造。撥桿選用原撥桿，一號(hào)輪輪體依然選用原一號(hào)輪輪體。

2）滾針軸承的選定。首先根據(jù)一號(hào)輪輪體內(nèi)軸套的尺寸選擇軸承型號(hào)：軸套外徑為φ12 mm，內(nèi)徑為8 mm,厚度為8 mm，據(jù)此可選擇的軸承型號(hào)為BK0808 和HK0808，為達(dá)到較好防塵效果，里側(cè)4個(gè)軸承選用BK0808軸承（首先在1#GDX2上安裝測(cè)試）。

3）附加套的選定。由于一號(hào)輪夾緊爪長(zhǎng)軸上的套更換為滾針軸承后，其安裝滾子端與軸承之間需要加裝隔套，根據(jù)夾緊爪長(zhǎng)軸的外徑確定隔套內(nèi)徑為φ8 mm，隔套外徑與軸承一致為φ12 mm，長(zhǎng)度為8 mm（由原套長(zhǎng)度減去滾針軸承厚度）。附加套結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 附加套

5.2 安裝滾針軸承

1）滾針軸承在一號(hào)輪輪體中的定位。滾針軸承HK0808和BK0808的外徑為φ12 mm, 一號(hào)輪輪體上的安裝孔內(nèi)徑為φ11.98 mm，它們之間的配合為過(guò)盈配合，這樣能夠確保撥軸在凸輪驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾針軸承的外圈與一號(hào)輪輪體沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了一號(hào)輪輪體內(nèi)孔磨損。

2）撥軸與滾針軸承在一號(hào)輪輪體中的配合。撥軸的外徑為φ8 mm，滾針軸承的內(nèi)孔孔徑為φ8 mm，它們之間的配合為間隙配合，也就能夠確保撥軸在滾針軸承里實(shí)現(xiàn)正確動(dòng)作，也就是既能夠在凸輪的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)撥軸帶動(dòng)夾緊爪正確打開(kāi)，也能夠在拉簧的作用下及時(shí)閉合。撥軸與軸承的配合示意圖如圖4所示, 撥軸與附加套及軸承的配合示意圖如圖5所示。

圖4 短撥軸與軸承的配合

圖5 長(zhǎng)撥軸與附加套及軸承的配合

6 效果分析

6.1 安裝滾針軸承后的效果測(cè)試

為了掌握安裝滾針軸承后設(shè)備運(yùn)行效果，于2018年9、12月及2019年1月上旬在5#GDX2進(jìn)行了為期3個(gè)月的測(cè)試，測(cè)試效果如表3所示。

從以上收集的數(shù)據(jù)可以看出：一號(hào)輪夾緊爪故障次數(shù)為0，改造效果良好。

6.2 改造前后對(duì)比測(cè)試

設(shè)備改造前根據(jù)GDX1、GDX2包裝機(jī)組操作說(shuō)明書(shū)保養(yǎng)要求，結(jié)合中煙及廠部要求每月進(jìn)行一號(hào)輪拆卸分解，檢查一號(hào)輪輪體、撥軸、夾緊爪、凸輪、拉簧、軸套、一號(hào)輪模盒導(dǎo)板。更換一號(hào)輪磨損件和失效零部件。

對(duì)GDX2五號(hào)機(jī)組改造前后一號(hào)輪因夾緊爪故障造成的維修進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表4、表5所示。設(shè)備運(yùn)行時(shí)間 一號(hào)輪夾緊爪故障次數(shù) 效果2018 年9 月 0 良好2018 年12 月 0 良好2019 年1 月 0 良好

表4 2018年GDX2機(jī)組5#機(jī)臺(tái)1月—8月一號(hào)輪夾緊爪故障統(tǒng)計(jì)(改進(jìn)前)

表5 GDX2機(jī)組5#機(jī)臺(tái)在2018年9月-2019年2月一號(hào)輪夾緊爪故障統(tǒng)計(jì)（改進(jìn)后）

從以上收集的數(shù)據(jù)可以看出：一號(hào)輪夾緊爪故障次數(shù)為0，改造效果良好。

6.3 推廣及對(duì)比測(cè)試

為了得到更準(zhǔn)確和更多的數(shù)據(jù)，于2019年2月—2019年5月在GDX2機(jī)組1#、3#、5#機(jī)臺(tái)及GDX1機(jī)組1#機(jī)臺(tái)進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，其中1#機(jī)臺(tái)里側(cè)4個(gè)軸承用BK0808，測(cè)試結(jié)果表明，相關(guān)機(jī)臺(tái)一號(hào)輪夾緊爪故障次數(shù)均為0。

從以上收集的數(shù)據(jù)可以看出：GDX2機(jī)組1#、3#、5#機(jī)臺(tái)4個(gè)月運(yùn)行正常，在GDX1機(jī)組運(yùn)行也正常，達(dá)到目標(biāo)，推廣效果良好。小組還將1#機(jī)臺(tái)與另外3臺(tái)里側(cè)軸及軸承進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)1#機(jī)臺(tái)里側(cè)軸承潤(rùn)滑狀況更好。

6.4 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)原設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)要求：每月對(duì)一號(hào)輪進(jìn)行檢修并更換軸套，每月每臺(tái)套更換兩組8個(gè)，每臺(tái)套成本需180×6+220×2=1520 元，每臺(tái)套半年更換軸套費(fèi)用為1520元；而更換成滾針軸承后每半年檢查一次，更換滾針軸承費(fèi)用為：16.24×4+32×4=184.96元，二者相減每臺(tái)套每半年節(jié)約費(fèi)用為1335.04元。以每次更換軸套時(shí)間為1.5 h計(jì)，每半年節(jié)約維修工時(shí)為7.5 h。

隨后對(duì)本組在用的所有GD包裝機(jī)進(jìn)行了推廣改進(jìn)，并于2019年2月—2019年5月對(duì)所有改進(jìn)跟蹤驗(yàn)證，無(wú)異常情況發(fā)生，改進(jìn)效果顯著。

7 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)一號(hào)輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)分析，將襯套改為滾針軸承后，一號(hào)輪基本實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)，減輕了維修人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備的有效作業(yè)率；同時(shí)避免了一號(hào)輪夾緊爪動(dòng)作失靈導(dǎo)致的煙支及內(nèi)襯紙質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生，節(jié)約了備件費(fèi)用，達(dá)到了預(yù)期的效果，改造效果顯著。