X2 包裝機煙支第二推進(jìn)器部件滑塊結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與運用

李智

（廣東中煙有限責(zé)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(biāo)紙、內(nèi)框紙的輸送與裹包，煙包的烘干與輸送。該機組結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)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(jìn)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(jìn)器機構(gòu)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(yán)重，造成配合面之間的間隙過大，嚴(yán)重影響煙支第二推進(jìn)器部件推煙軸的傳動精度，造成煙支第二推進(jìn)器部件的性能和作用明顯下降，甚至影響設(shè)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(jìn)器部件的機械性能和設(shè)備的正常運行有著極為重要的意義。

1 第二推進(jìn)器工作原理和現(xiàn)狀

1.1 第二推進(jìn)器工作原理

設(shè)備正常運行時，煙支第二推進(jìn)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(jìn)，從而帶動推煙軸作直線往復(fù)運動的。而第二推進(jìn)器推煙軸上的推煙板上下擺動，是由一凸輪的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的復(fù)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(fā)生碰撞。

1.2 第二推進(jìn)器部件相位

GD-X2 第二推進(jìn)器部件的功能之一是將模合輸送帶上模合內(nèi)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(jìn)軸在297°時開始向前，在344°時已前進(jìn)14.5 mm，此時推進(jìn)軸接近模盒輸送帶并開始推煙。在117°時推進(jìn)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(zhuǎn)后退，旋轉(zhuǎn)的目的是使裝在推進(jìn)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(fā)生相互干涉。在230°～235°停止旋轉(zhuǎn)并開始反向旋轉(zhuǎn)使推進(jìn)軸恢復(fù)至原來起始狀態(tài)，直至325°停止旋轉(zhuǎn)。推進(jìn)軸在297°～325°范圍之間的旋轉(zhuǎn)是極其微量的。

圖1 第二推進(jìn)器相位示意圖

1.3 第二推進(jìn)器滑塊的工作現(xiàn)狀

當(dāng)設(shè)備高速運轉(zhuǎn)時，滑塊在U 型槽里作高速往復(fù)移動，由于滑塊在U 型槽的運動方式?jīng)Q定了兩者之間的摩擦性質(zhì)，又因滑塊材質(zhì)難以滿足設(shè)備高速運行的要求，因此導(dǎo)致滑塊在運動過程中易磨損且磨損嚴(yán)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(yán)重時損壞相關(guān)零件，撞壞推板、模合，甚至撕裂模合輸送帶，同時對設(shè)備的正常運行帶來了極大影響。

2 第二推進(jìn)器部件滑塊摩擦磨損的機理分析

2.1 摩擦的產(chǎn)生

當(dāng)兩個相互接觸的物體間要產(chǎn)生相對滑動或滾動時，在接觸面上，就會出現(xiàn)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(gòu)的特性可知，兩運動構(gòu)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(gòu)屬滑動摩擦，因此在運動中產(chǎn)生的摩擦力大，因而摩損也大，導(dǎo)致效率降低。第二推進(jìn)器部件滑塊隨著U 型槽上下擺動的同時，還做直線往復(fù)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(xiàn)的，滑塊與U型槽組成的運動機構(gòu)是低副運動機構(gòu)。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(jìn)器部件失效形式主要表現(xiàn)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(gòu)、低副運動結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)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(shè)備高速運轉(zhuǎn)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(chǎn)生較高的熱量，雖然有潤滑油作介質(zhì)，但產(chǎn)生熱量仍不易散發(fā)，從而導(dǎo)致滑塊工作面上的油膜保護(hù)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(jù)摩擦磨損的原理和規(guī)律，從理論上分析，滑塊的磨損過程大致分為跑合階段、穩(wěn)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(dǎo)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(dá)到E 點時，滑塊正常工作條件已經(jīng)形成。

2.2.2 正常磨損階段（又稱穩(wěn)定磨損階段）

因為此時磨損已經(jīng)穩(wěn)定下來，磨損量與時間成正比增加，磨損速度較小，持續(xù)時間較長，應(yīng)該是滑塊的正常使用期限。但由于滑塊運動狀態(tài)的特性，使滑塊在此區(qū)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(zhì)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(xiàn)了附加的沖擊載荷和振動，造成滑塊磨損嚴(yán)重。

2.3 磨損的性質(zhì)

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(dǎo)致零件表面狀態(tài)和尺寸發(fā)生改變的一種失效形式，當(dāng)一對摩擦副做相對運動時，使材料從較軟的摩擦面轉(zhuǎn)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(xiàn)出破壞特征，在被磨損的零件表面呈現(xiàn)出細(xì)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(jù)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(zhì)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(tài)或冷態(tài)壓力加工，在硬態(tài)下，切削加工性能尚好。與之相配合的U 型槽為鋁合金材質(zhì)，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(tài)下塑性中等，可得到較高的硬度和極好的耐磨性，熱態(tài)下可塑性尚好，常用于各種高負(fù)荷零件和構(gòu)件。因此，U 型槽零件經(jīng)過淬火處理后，其硬度、耐磨性均優(yōu)與滑塊。

3 滑塊機構(gòu)的運動方式及相應(yīng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1 滑動機構(gòu)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(jìn)器部件滑塊運動是滑動摩擦，由于受運動方式和滑塊材質(zhì)影響，滑塊在該部位易磨損且磨損嚴(yán)重，直接影響第二推進(jìn)器部件及相關(guān)零件的傳動精度。通過改變第二推進(jìn)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(zhì)。因此將軸承滾動摩擦改進(jìn)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(jù)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(chǎn)生的熱量容易散發(fā)，能夠適應(yīng)轉(zhuǎn)速較高的場合。因此，從理論上講，由于摩擦性質(zhì)的改變，第二推進(jìn)器部件以及相關(guān)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(tài)下表現(xiàn)優(yōu)異，針狀滾子由特殊形狀高鋼性及精度保持架正確引導(dǎo)，尺寸誤差較低，因為它們有相當(dāng)大的潤滑劑容量、質(zhì)輕及剛性高之特性，特別適合在狹小空間使用。根據(jù)滾針軸承的特性，結(jié)合滑塊運動機構(gòu)的特點選用一滾針軸承，型號是HK0808 替換滑塊。

3.3 相應(yīng)零件的改進(jìn)

因為滑塊在正常工作時，受U 型槽工作面的控制，邊旋轉(zhuǎn)邊作直線復(fù)合運動，因此小軸在此所受的力也是變化的，隨著復(fù)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(chǎn)生斷裂或彎曲，根據(jù)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(jīng)過處理后，材質(zhì)的內(nèi)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(jié)構(gòu)和受載方面的設(shè)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(yīng)用及效果

綜上所述，通過對煙支第二推進(jìn)器部件滑塊機構(gòu)運動方式及摩擦磨損原理的分析，從根本上改變了該機構(gòu)的摩擦性質(zhì)，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(dǎo)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(jìn)器部件的運動精度也隨著該部位摩擦性質(zhì)的改變得到相應(yīng)提高，更換備件的次數(shù)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(jìn)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(jìn)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(shè)備運行穩(wěn)定，零件的更換次數(shù)較改進(jìn)前大幅下降，設(shè)備有效作業(yè)率有較大幅度提高，改進(jìn)煙支第二推進(jìn)器部件滑塊機構(gòu)后取得預(yù)期的效果。

5 結(jié)束語

根據(jù)滑塊的運動方式和摩擦磨損原理，對滑塊運動機構(gòu)進(jìn)行了分析和改進(jìn)，由滾針軸承替換滑塊，改變了第二推進(jìn)器滑塊機構(gòu)原有的運動方式，由原來的面接觸運動，改變?yōu)楝F(xiàn)在的線接觸運動，這一改進(jìn)雖然簡單，但有效地解決了生產(chǎn)中的實際問題。實踐證明，該部位使用滾針軸承后，第二推進(jìn)器部件的機械性能較改進(jìn)以前大幅度提高，設(shè)備有效作業(yè)率也相應(yīng)提高。

用滾針軸承替換滑塊，改變其摩擦方式，僅僅是改進(jìn)結(jié)構(gòu)的初步嘗試，尚有不足的地方有待進(jìn)一步完善和提高。