X2 包裝機煙支第二推進器部件滑塊結構的改進與運用

李智

（廣東中煙有限責任公司廣州卷煙廠，廣東 廣州 510310）

GD-X2 硬盒包裝機主機有8 個成型輪，主要完成煙支的排列，鋁箔紙的切割輸送和裹包，商標紙、內框紙的輸送與裹包，煙包的烘干與輸送。該機組結構緊湊，性能穩定、運行速度快、自動化程度高。包裝機在正常運行過程中，煙支第二推進器部件的作用主要是通過T 型滑塊（下面簡稱“滑塊”）在與之相配合的U 型槽中高速運動來輸送煙支，因此滑塊精度和耐磨性等在煙支第二推進器機構中起著極為重要的作用。由于組成運動副的兩零件滑塊、U 型槽在相對運動中，滑塊的磨損較為嚴重，造成配合面之間的間隙過大，嚴重影響煙支第二推進器部件推煙軸的傳動精度，造成煙支第二推進器部件的性能和作用明顯下降，甚至影響設備的正常運行。因此有效地解決和提高滑塊的使用壽命，對保持煙支第二推進器部件的機械性能和設備的正常運行有著極為重要的意義。

1 第二推進器工作原理和現狀

1.1 第二推進器工作原理

設備正常運行時，煙支第二推進器部件推煙軸的往返運動是由一組斜齒輪帶動連桿，然后連桿帶動擺桿向前推進，從而帶動推煙軸作直線往復運動的。而第二推進器推煙軸上的推煙板上下擺動，是由一凸輪的旋轉帶動滑叉上下滑動，使之與滑叉相連接的U 型槽作上下擺動。通過U 型槽帶動滑塊，使推煙桿在完成煙支傳遞的同時，完成直線后退和旋轉的復合運動，其目的是使推煙桿上的推煙板在工作中盡早讓開模合，以免發生碰撞。

1.2 第二推進器部件相位

GD-X2 第二推進器部件的功能之一是將模合輸送帶上模合內的煙組推入一號輪。其工作相位如圖1 所示。

由圖1 可見，推進軸在297°時開始向前，在344°時已前進14.5 mm，此時推進軸接近模盒輸送帶并開始推煙。在117°時推進軸已把煙組從模盒輸送帶的模盒中推入一號輪，此時即后退，140°時開始旋轉后退，旋轉的目的是使裝在推進軸上的推煙板從模盒中抬起，在185°時已后退39 mm，并使推煙板離開模盒，此時，模盒輸送帶已開始移動，兩者的運動不發生相互干涉。在230°～235°停止旋轉并開始反向旋轉使推進軸恢復至原來起始狀態，直至325°停止旋轉。推進軸在297°～325°范圍之間的旋轉是極其微量的。

圖1 第二推進器相位示意圖

1.3 第二推進器滑塊的工作現狀

當設備高速運轉時，滑塊在U 型槽里作高速往復移動，由于滑塊在U 型槽的運動方式決定了兩者之間的摩擦性質，又因滑塊材質難以滿足設備高速運行的要求，因此導致滑塊在運動過程中易磨損且磨損嚴重，從而造成滑塊與U 型槽的配合面間隙不斷增大，影響了推煙軸的運動精度，嚴重時損壞相關零件，撞壞推板、模合，甚至撕裂模合輸送帶，同時對設備的正常運行帶來了極大影響。

2 第二推進器部件滑塊摩擦磨損的機理分析

2.1 摩擦的產生

當兩個相互接觸的物體間要產生相對滑動或滾動時，在接觸面上，就會出現阻礙彼此滑動或滾動的機械作用，這種機械作用就是摩擦力。

由機械傳動的原理及低副運動機構的特性可知，兩運動構件組成的是面接觸運動副，其接觸表面一般為平面或圓柱面。低副運動機構屬滑動摩擦，因此在運動中產生的摩擦力大，因而摩損也大，導致效率降低。第二推進器部件滑塊隨著U 型槽上下擺動的同時，還做直線往復運動，滑塊與U型槽之間的運動傳遞是靠面與面接觸來實現的，滑塊與U型槽組成的運動機構是低副運動機構。滑塊與U 型槽配合情況如圖2 所示。

圖2 滑塊與U 型槽配合示意圖

第二推進器部件失效形式主要表現在因滑塊的磨損造成推煙軸的傳遞精度下降，由于滑塊與U 型槽運動機構、低副運動結構在工作中，其接觸形式是工作面與面接觸，兩運動副相互支撐所產生的摩擦屬于滑動摩擦，運動中隨著滑塊在工作中不斷被磨損，使兩工作面間隙逐漸增大；又因為滑塊在工作中做變速運動，做直線運動的同時又上下擺動，所以產生的慣性沖擊力較大，造成工作表面受力不均，隨著摩擦力不斷增大，滑塊磨損加快。在設備高速運轉時，由于摩擦作用，運動副之間的間隙隨之增大，且滑塊工作面容易產生較高的熱量，雖然有潤滑油作介質，但產生熱量仍不易散發，從而導致滑塊工作面上的油膜保護層受損，因此加快了滑塊在工作中的磨損速度。

2.2 磨損的過程

根據摩擦磨損的原理和規律，從理論上分析，滑塊的磨損過程大致分為跑合階段、穩定磨損階段、急劇磨損階段三個階段。

2.2.1 模合磨損階段（又稱跑合階段）

滑塊使用初期，由于滑塊與U 型槽之間摩擦磨損，摩擦表面粗糙不平，接觸時相互作用，形成了不同的摩擦邊界點，導致滑塊表面微觀體積變化，而使滑塊加速磨損。隨著滑塊與U 型槽實際接觸面積不斷增加，滑塊表面單位面積壓力減少，達到E 點時，滑塊正常工作條件已經形成。

2.2.2 正常磨損階段（又稱穩定磨損階段）

因為此時磨損已經穩定下來，磨損量與時間成正比增加，磨損速度較小，持續時間較長，應該是滑塊的正常使用期限。但由于滑塊運動狀態的特性，使滑塊在此區間的工作時間較短。

2.2.3 急劇磨損階段（又稱強烈磨損階段）

隨著滑塊的幾何形狀改變，溫度升高，表面質量、滑塊的潤滑條件也隨之變壞，與U 型槽之間的間隙增大，工作時出現了附加的沖擊載荷和振動，造成滑塊磨損嚴重。

2.3 磨損的性質

粘著磨損是一種常見的磨損形式，磨損主要是在機械力作用下，使零件接觸表面材料不斷被損耗，從而導致零件表面狀態和尺寸發生改變的一種失效形式，當一對摩擦副做相對運動時，使材料從較軟的摩擦面轉到較硬的摩擦面上，引起材料流失。粘著磨損的特征是在被磨損的零件表面常呈現出破壞特征，在被磨損的零件表面呈現出細長條狀的摩擦痕跡，在硬面上會粘多余的材料。粘著磨損的種類很多，如涂抹、擦傷、撕脫、咬死等；根據滑塊在工作中易磨損且磨損較快以及磨損零件表面的特征，滑塊磨損屬于粘著磨損。

2.4 滑塊與U 型槽材料比較

滑塊的材質為QSn4-3（錫青銅），有較高的耐磨性和彈性，抗磁性良好，能較好地承受熱態或冷態壓力加工，在硬態下，切削加工性能尚好。與之相配合的U 型槽為鋁合金材質，牌號為2A12，該材料為高強度硬鋁，可熱處理強化，在退火和淬火狀態下塑性中等，可得到較高的硬度和極好的耐磨性，熱態下可塑性尚好，常用于各種高負荷零件和構件。因此，U 型槽零件經過淬火處理后，其硬度、耐磨性均優與滑塊。

3 滑塊機構的運動方式及相應結構改進

3.1 滑動機構運動方式

摩擦從運動形式上分為兩種，即滑動摩擦與滾動摩擦，原煙支第二推進器部件滑塊運動是滑動摩擦，由于受運動方式和滑塊材質影響，滑塊在該部位易磨損且磨損嚴重，直接影響第二推進器部件及相關零件的傳動精度。通過改變第二推進器部件滑塊與U 型槽工作面的接觸形式，從而改變兩零件之間的摩擦性質。因此將軸承滾動摩擦改進為滑塊的平面摩擦，將從根本上改變滑塊與U 型槽摩擦副的運動方式。即由平面摩擦改為滾動摩擦，而滾動摩擦的運動方式是線接觸，根據滾動摩擦的特性，滾動體啟動時摩擦阻力小，起動靈敏，效率高，工作時所產生的熱量容易散發，能夠適應轉速較高的場合。因此，從理論上講，由于摩擦性質的改變，第二推進器部件以及相關零件的運動精度將得到保障。

3.2 軸承的選擇

滾針軸承橫截面小，但有很高的載荷能力，因此非常適用于徑向空間有限的部位，滾針軸承具有較低的截面高度及較高的承載能力，在高速狀態下表現優異，針狀滾子由特殊形狀高鋼性及精度保持架正確引導，尺寸誤差較低，因為它們有相當大的潤滑劑容量、質輕及剛性高之特性，特別適合在狹小空間使用。根據滾針軸承的特性，結合滑塊運動機構的特點選用一滾針軸承，型號是HK0808 替換滑塊。

3.3 相應零件的改進

因為滑塊在正常工作時，受U 型槽工作面的控制，邊旋轉邊作直線復合運動，因此小軸在此所受的力也是變化的，隨著復合運動的變化，小軸承受徑向力也在不斷變化，為了防止小軸在工作中產生斷裂或彎曲，根據該部位的運動特點和要求，小軸的材料采用45 中碳鋼，采用整體淬火，淬火硬度為HRC30-35，經過處理后，材質的內部組織得以改善和提高，具有較好的強度和塑性，其綜合機械性能滿足小軸在結構和受載方面的設計要求，具體如圖3 所示。

圖3 改造前和改造后滑塊與滾針軸承示意圖

4 應用及效果

綜上所述，通過對煙支第二推進器部件滑塊機構運動方式及摩擦磨損原理的分析，從根本上改變了該機構的摩擦性質，即將低副運動改為高副運動。由于滾針軸承與U 型槽接觸形式的改變，導致摩擦力最大程度上減小，從而磨損也大大降低，同時煙支第二推進器部件的運動精度也隨著該部位摩擦性質的改變得到相應提高，更換備件的次數基本為零，杜絕了推煙板和模盒間的碰撞，因此維修強度及其費用也大幅度降低。

由于將滑動摩擦改為滾動摩擦，滾針軸承隨U 型槽上下擺動時受力面為線接觸，為了驗證改進效果和把握軸承與U型槽的之間的間隙，從裝配起每兩個月檢查滾針軸承和U型槽工作面的間隙一次，同時為確保第二推進器部件的傳動精度，六個月定期更換小軸和軸承。

改造后滾針軸承基本能夠滿足該部位的機械性能，設備運行穩定，零件的更換次數較改進前大幅下降，設備有效作業率有較大幅度提高，改進煙支第二推進器部件滑塊機構后取得預期的效果。

5 結束語

根據滑塊的運動方式和摩擦磨損原理，對滑塊運動機構進行了分析和改進，由滾針軸承替換滑塊，改變了第二推進器滑塊機構原有的運動方式，由原來的面接觸運動，改變為現在的線接觸運動，這一改進雖然簡單，但有效地解決了生產中的實際問題。實踐證明，該部位使用滾針軸承后，第二推進器部件的機械性能較改進以前大幅度提高，設備有效作業率也相應提高。

用滾針軸承替換滑塊，改變其摩擦方式，僅僅是改進結構的初步嘗試，尚有不足的地方有待進一步完善和提高。