包裝機弧形閥故障分析及改進方法

李勝男

（唐山三友化工股份有限公司成品車間，河北 唐山 063305）

我公司在純堿包裝系統中，采用重力式定量包裝機，此類包裝機結構簡單，運行可靠，受外因素影響小。包裝機的給料控制和排料，全部采用氣缸動力弧形閥，弧形閥是否穩定運行，直接影響稱重合格率及包裝速度，是影響整個包裝系統的一個主要因素。在實際工作中，弧形閥存在不能自動開啟、開關不到位等情況。結合實際工作中常見故障，本文對弧形閥的結構、受力等各方面進行了全面分析，并提出了改造方案，以提高弧形閥的可靠性。

1 弧形閥結構介紹

以動作較多的給料弧形閥為例（圖1所示），主要由箱體、閥體、氣缸、拐臂、密封條、軸及軸承等部分組成。給料弧形閥由雙行程氣缸控制，動作為全開（粗給料）→半開（細給料）→全關（隔斷），因為控制給料精度，閥口三面由硅橡膠密封。

圖1 給料弧形閥

2 弧形閥的受力分析

由圖2可知，在整個機構中，氣缸是弧形閥的動力來源，所以氣缸桿產生推力或拉力（F），拐臂受氣缸F力作用，產生轉矩（M）。因為軸與拐臂配合，所以軸受轉矩（M）作用。軸和閥面支腿由鍵連接，帶動閥面擺動，克服物料與閥面產生的正壓力和摩擦力的合力距（M′），M＞M′，從而閥面打開。弧形閥的動作分為全開（雙向氣缸同時收縮）、細給料（氣缸一側收縮）、全關（雙向氣缸同時伸出）。在這三個動作中，當弧形閥由全關到全開時，由于閥面與物料接觸面積最大，產生的正壓力和摩擦力最大，同時氣缸活塞的受力面積最小，氣缸桿產生的拉力最小，所以這個動作是弧形閥不能正常工作的主要原因。

圖2 弧形閥受力分析

3 存在問題與改進方法

3.1 加工精度與裝配質量

由圖1可知，閥體由箱體、閥面、軸、拐臂、關節軸承、氣缸等組成。氣缸一端與氣缸箱由關節軸承相連，另一端連接關節軸承后與拐臂相連，拐臂和軸裝配，軸與閥體裝配。每個部件的精度均會影響到整體裝配質量。這就要求箱體和閥面的制作尺寸必須與圖紙要求相同，符合焊接要求。軸和拐臂的機械加工精度滿足技術要求。組裝時必須保證氣缸活塞桿與導向裝置不傾斜，活塞可以平滑移動。關節軸承和氣缸靈活可靠，拐臂和軸過盈配合，沒有相對運動、保證兩側軸承同心，軸和閥體的鍵連接符合裝配要求。氣缸桿的軸向固定與箱體側面平行，確保氣缸的動作為平面運動。

3.2 更改氣缸型號

弧形閥的動力來源是氣缸，正常使用時，壓縮空氣的壓力不變（我公司現用壓縮空氣壓力為0.5 MP），通過更改氣缸型號來增大推動弧形閥的轉矩。現用弧形閥氣缸為PMC－PSM型氣缸，缸徑為φ40，氣缸行程各不相同，但不影響氣缸的動力。以PMC－PSM40－50－35為例，選用相同類別，缸徑為φ50，在壓縮空氣不變的情況下，由F＝P×S，S＝π×r2可知：

型號 氣缸活塞直徑mm氣缸桿直徑mm空氣壓力MPa收縮時受力面積≈cm2伸出時受力面積≈cm2氣缸拉力N氣缸推力N PMC－PSM40 φ40 φ16 0.5 11 13 550 650 PMC－PSM50 φ50 φ20 0.5 17 20 850 1 000

3.3 增加拐臂長度

氣缸和拐臂安裝在氣缸箱體內，氣缸箱體的大小影響拐臂的長度。在改造中，為了盡量減少對原有設備的更改，將現用弧形閥拐臂的有效長度100 mm，更改為115mm，由M＝F×L可知，在氣缸型號不變的情況下，增加拐臂的有效長度，就可以增加作用在軸上的轉矩，從而增大閥面轉動力。

3.4 更改密封條斷面形狀

在選用密封條時，應考慮到純堿的腐蝕性和特殊情況下物料的高溫（100℃左右）對密封條的影響。保證閥口兩側密封條表面平整，閥口處切面整齊，具有一定的塑性。

由圖3所示將閥口兩側面密封條的端面形狀由矩形改為楔形，減小了弧面打開時兩側面產生的正壓力，增大了弧面動作時的導向力，從而弧面動作更靈活可靠。

圖3 閥口兩側的密封條

3.5 調整氣缸箱體的位置

氣缸箱體和閥體由螺栓裝配固定，常規意識是氣缸箱和閥體水平安裝，這樣兩個箱體各個邊和面都處于平行，比較美觀。將氣缸箱以弧形閥軸的端面為圓心旋轉，從而帶動氣缸以和拐臂裝配的關節軸承為圓心旋轉，增大氣缸和拐臂的夾角，增大力臂。由M＝F×L可知，在氣缸原作用力下，增大力臂，從而增大了拐臂產生的轉矩。此方法只限于現有使用設備，且設備安裝空間不受限制。

4 結 語

本文通過對重力式定量包裝機弧形閥的結構及受力分析，總結了增大弧面作用力的幾種改進措施。我公司已經對部分弧形閥氣缸改為PMC－PSM50，拐臂有效長度增加至115mm，密封條端面已改為楔形，還對部分弧形閥氣缸箱體調整了角度，使氣缸與拐臂的夾角增大，改進后效果均非常明顯。

［1］ 崔振勇，印建平.機械制圖［M］.北京：機械工業出版社，2003

［2］ 張聰.自動化食品包裝機［M］.廣東：廣東科技出版社，2003