YB95條透明紙包裝機夾鉗開合控制裝置改進研究

劉昌林，周恒正，陳勇

（四川中煙西昌卷煙廠，四川 西昌 615000）

0 引言

YB95條透明紙包裝機是ZB45卷煙包裝機組的下游機，完成卷煙包裝機組的最后一道工序即條煙透明紙的包裝，使煙條外觀更精美、內在品質更有保障。YB95條透明紙包裝機由條煙輸入、透明紙和拉線的供給、透明紙夾取、透明紙包裝以及條煙輸出等部分組成[1]。其中YB95透明紙夾鉗是透明紙夾取的關鍵部分，其作用是將粘貼上拉線的定長透明紙輸送到包裝位置，以便后工序的折疊、包裝成型，而透明紙夾鉗開合控制裝置就是控制夾鉗的活動夾頭在規定的相位打開或閉合，實現透明紙的夾取輸送和到位釋放[2]。

1 YB95條透明紙包裝機在生產運行中存在的問題

YB95在實際運行中最突出的問題是：透明紙不能準確輸送到包裝位置導致設備停機。通過調取設備故障停機數據，發現每月每臺設備因透明紙輸送不到位引起的故障停機平均達高達453次，由此產生的每月故障處理累計耗時7.7小時，占設備運行時間的1.54%，嚴重影響設備的正常運行；且每次停機都會造成2條透明紙包裝不好的煙條，無疑增加了成本消耗。

2 YB95條透明紙包裝機運行故障原因分析

通過設備實際運行跟蹤，透明紙輸送不到位的原因統計如表1。

表1 YB95透明紙輸送不到位原因統計表

由此可見，造成YB95透明紙輸送不到位的主要原因是夾鉗拾取不暢。

2.1 YB95透明紙夾鉗開合控制裝置的結構及工作原理

YB95透明紙夾鉗開合控制裝置主要由凸輪、擺桿、連桿、控制壓桿、滾子臂、支座、轉軸、左右活動夾頭、壓簧、左右固定夾頭等眾多的零件組成。夾鉗活動夾頭的開合由凸輪控制（圖1），當凸輪輪廓處于升程時，帶動擺桿向下擺動，通過連桿帶動控制壓桿向下運動，控制壓桿下壓滾子臂，滾子臂下擺帶動與其連接的轉軸，轉軸轉動通過鍵傳動左側活動夾頭，夾頭克服壓簧壓力張開，同時通過傳動桿組件控制右側夾頭克服壓簧壓力與左側同時打開。夾頭張開，便于輸送到位的透明紙位于活動夾頭與固定夾頭之間。當凸輪輪廓處于回程時，帶動擺桿向上擺動，通過連桿帶動控制壓桿向上運動，釋放對滾子臂的下壓力；此時在左右兩側壓簧的作用下，轉軸回轉、滾子臂上擺，左右活動夾頭同時閉合，將位于夾頭之間的透明紙夾持住，實現隨后的輸送任務。

圖1 YB95透明紙夾鉗開合控制裝置原理圖

2.2 透明紙夾鉗拾取不暢的原因分析

經過長時間觀察，透明紙夾取不順利或透明紙不能準確輸送到包裝位置導致檢測停機的主要原因是：（1）夾取透明紙時夾鉗活動夾頭打不開或張開的度不足，無法滿足呈波浪形的透明紙的夾取；（2）透明紙夾取不牢，在隨夾鉗移動輸送中出現錯位、松脫現象。

通過結構和工作原理分析，產生以上問題的根本原因：（1）從凸輪傳動到最后活動夾頭的開合，之間通過一系列的傳動件來進行動力的傳遞，這一系列的傳動件中設計有鉸鏈和滑動軸承結構，該結構在生產車間較高濕度的環境中容易出現銹蝕現象，銹蝕影響執行件動作的靈活性和可靠性（圖1中畫圈位置為銹蝕高發部位）；（2）活動夾頭和固定夾頭之間的夾緊力由壓簧來實現，這里壓簧成為了一把雙刃劍，既是夾緊力的施加者又是活動夾頭打開的阻礙者。活動夾頭傳動部位的材質為鋁合金，其張開動作是由轉軸通過4mm的平鍵進行動力傳遞，正常狀況時，張開的動力需克服壓簧的作用才能控制活動夾頭打開，這個動作所需傳遞的扭矩較大。因此，作為動力傳遞的平鍵和活動夾頭的鍵槽極容易磨損，磨損后必將影響夾鉗正常工作。

綜合以上分析，有理由對現有YB95透明紙夾鉗開合控制裝置進行改進。

3 透明紙夾鉗開合控制裝置改進研究

3.1 透明紙夾鉗開合控制裝置改進方案

以上問題在許多使用同類型設備的廠家都有所反饋，處理方法集中在不改變原傳動設計基礎上，針對某一問題點進行改進[3-5]。本文提出全新夾鉗開合控制方案，完全拋棄原傳動方式，采用氣缸直接作用活動夾頭實現夾鉗的開合控制。方案原理如圖2所示：通過在左側傳動桿組件上方加裝一個微型氣缸，使氣缸活塞直接作用傳動擺桿上。新設計凸輪機構通過二位五通機械換向閥控制氣缸的動作。當氣缸活塞伸出時，活塞下壓傳動桿帶動左右活動夾頭克服壓簧壓力控制夾鉗打開；當氣缸活塞縮回時，壓簧控制夾鉗閉合，從而實現夾鉗的開合。

圖2 方案原理圖

3.2 方案優勢

（1）完全拋棄凸輪、擺桿、連桿、控制壓桿、滾子臂、轉軸等現有的傳動鏈，完全避免了傳動件可靠性差帶來的影響。（2）將與滾子臂連接的轉軸脫開，并拆除滾子臂，實現新方案傳動與原設計的傳動分離（見圖2畫圈位置）。（3）讓轉軸變為心軸不再作為動力的傳遞軸，消除傳動磨損以及其與支座支承處銹蝕的隱患，避免鍵與鍵槽對位的安裝困難（圖3）。（4）重新設計氣缸動作控制裝置，使氣缸活塞的動作與夾鉗開合的相位完全一致，在達到工作目的的同時大幅簡化了傳動鏈，提高夾鉗工作的可靠性。

4 氣動夾鉗開合控制裝置設計

4.1 氣缸及氣缸安裝位置的選擇

氣缸是實現夾鉗活動夾頭張開的動力源，其安裝在夾鉗上并隨夾鉗往復移動。考慮到擺桿的制造材質為鋁合金，因此氣缸作用點選擇在左側傳動擺桿銷軸的鎖緊螺釘，同時根據夾頭上蓋板外形尺寸、活動夾頭最大張開度以及夾鉗往復運動通過的最小空間，選擇微型氣缸SDA16×10作為夾鉗開合的控制氣缸（圖3）。

圖3 新設計透明紙夾鉗示意圖

4.2 凸輪機構設計

4.2.1 凸輪安裝位置的選擇

凸輪轉動一圈對應夾鉗完成一個周期工作，其安裝軸必須是轉動一圈要能完成一個完整工作周期的連續轉動的軸，同時所選位置附近應具備換向閥的安裝條件。因此選擇YB65條盒紙包裝機的條盒紙鋼印壓印輥軸作為凸輪安裝位置。該軸由齒輪傳動，具有恒定的傳動比，轉動一圈完成一張條盒紙的輸送及鋼印的壓印任務，這個運動周期與夾鉗往復運動完成一次透明紙的夾取和輸送完全一致，同時該軸便于凸輪的安裝調試，在軸的附近還具備換向閥的安裝條件。

4.2.2 凸輪輪廓曲線設計

（1）夾鉗的開合相位必須遵照原設計要求，因此新凸輪的輪廓曲線必須參照原設計。（2）根據所選換向閥的行程最大量確定凸輪高點與低點的位置差。（3）根據安裝軸的位置條件并參照條盒紙輸送輥的外徑確定凸輪的基圓。

依據以上條件和要求畫出凸輪的輪廓曲線圖，并設計出凸輪，見圖4。

圖4 凸輪輪廓曲線圖

4.3 氣路連接和工作原理

凸輪、換向閥及新夾鉗安裝上機后進行氣路連接。其工作原理：當凸輪輪廓處于低點區域時，正壓氣源由機械換向閥A接口進入氣缸活塞回退口，控制活塞回退，此時夾鉗活動夾頭在彈簧作用下處于閉合狀態；當凸輪輪廓處于高點區域時，控制換向閥換向，正壓氣源由機械換向閥B接口進入氣缸活塞伸出口，活塞伸出克服彈簧作用力控制夾鉗活動夾頭打開。

5 YB95透明紙夾鉗開合控制裝置技術改進成效

改進后夾鉗裝置避開了原設計短板，影響夾鉗開合以及活動夾頭損壞的問題迎刃而解，夾鉗的使用周期由6個月提升到2年以上，每月每臺設備因夾鉗夾持透明紙不順利引起的故障停機次數由414次降低到18次，故障率也由1.54%降低0.06%，顯著提升了設備運行效率[6]。