GDX1、GDX2包裝機一號輪夾臂裝置的改造

徐友良, 鄭以龍

（安徽中煙工業有限責任公司 滁州卷煙廠，安徽 滁州239000）

0 引 言

DX2硬盒硬條包裝機是目前國內煙草包裝設備中的主力產品，該機具有運行平穩、有效作業率高、維修方便等諸多優點，采用MICRO-Ⅱ計算機控制系統，可高速穩定地完成從煙支進給到條盒成品包裝的全部生產過程。在設備的長期使用中，時常發生一號輪夾緊爪開合失靈，出現夾緊爪撥桿與襯套咬死現象，產生煙支刮破、殘斷、皺褶等現象，并可能伴隨鋁箔紙輸送堵塞、折疊不良等質量缺陷，由于很難及時發現故障，往往會引發批質量事故的發生。修復該故障一般要拆卸一號輪，這就增加了維修工作量，嚴重影響了設備效率，也造成了原輔材料的極大浪費。

1 GDX1、GDX2一號輪的功能及工作原理

1.1 一號輪的功能

一號輪是煙組傳遞交接輪，其主要完成煙組的定位和傳送。其轉動軸為水平放置，一號輪在轉軸帶動下做逆時針間歇轉動，經檢測器檢驗合格后的20支煙由輸送鏈模盒輸送到一號輪前面停頓時，第二推進器把這組已排列整齊的煙支組推動，經煙支套口推向一號輪的煙模內。一號輪每旋轉180°停頓—次。停頓期間一號輪兩側對稱的夾緊爪處于水平位置，并且夾緊爪略微張開，此時20支煙被推入一號輪右邊位置的夾緊爪內，夾緊爪關閉，緊接著一號輪再逆時針旋轉180°，然后一號輪推桿將已經轉到一號輪左邊位置的20支煙帶著輸送到位的內襯紙推向二號輪，開始進行內襯紙的包裝。

1.2 一號輪的組成、作用及工作原理

一號輪主要由輪體、煙支夾緊機構組成。一號輪的作用：1）在煙支組被第二推進器推入到一號輪的過程中（經煙支套口），一號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，同時減少推入過程中因慣性而造成的對煙支的撞擊；2）在煙支第二推進器將模盒中的20支煙支推入一號輪后，壓煙器將20支煙支壓緊，以便一號輪兩對夾緊爪能將20支煙支夾住而不會損壞煙支。

一號輪工作時是通過一號輪旋轉、一號輪夾緊爪的張開和閉合，實現煙支組的傳遞。一號輪轉動示意圖如圖1所示。

圖1 一號輪傳動示意圖

由機身傳動系統軸I2將動力通過齒輪4和齒輪6傳給齒輪7，齒輪7上的撥輪14 通過兩個銷釘螺絲與之固聯，所以軸3轉動就能夠帶動撥輪14轉動，撥輪14上的輥子（2個）可撥動有6個槽的槽輪8實現間歇轉動。槽輪8與齒輪13之間有中間套，槽輪8轉動也帶動齒輪13轉動，齒輪13與齒輪12嚙合，齒輪12與一號輪座10固聯，因而槽輪8的間歇轉動就帶動一號輪座做間歇轉動，一號輪固聯在一號輪座上，因此，通過一號輪座做間歇轉動帶動一號輪做間歇轉動。這樣就實現了一號輪的旋轉運動。一號輪夾緊爪的張開和閉合：如圖1所示，機身傳遞的動力經過軸3到達凸輪1，凸輪1通過滾珠2帶動擺桿5擺動，與擺桿5相連的連桿9使軸11往復轉動，軸11的轉動使一號輪內的夾鉗凸輪3（如圖2）隨之轉動，這樣一號輪的夾鉗4做張開和閉合動作，使煙組能夠順利地進入一號輪，在一號輪轉動時夾持住煙組，并能夠在煙組和鋁箔紙進入二號輪時能夠順利進入。

圖2 一號輪

2 存在的問題

GDX1、GDX2在正常生產過程中，一號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，甚至造成一號輪損壞，影響產品質量及設備有效作業率。因此要分析設備維護保養和點檢是否有不到位的情況，通過分析發現，在一號輪各組件都正常的情況下，依然存在一號輪夾緊爪張合失靈現象。

3 原因分析

3.1 軸套的作用及其應用

1）軸套的作用。在運轉部件中，因長期的轉動會使相對轉動的零部件之間產生摩擦而造成零件的磨損，如果軸和孔之間有相對轉動，軸和孔的間隙磨損到一定程度的時候必須要更換軸或孔座，因此在設計的時候采用硬度比較低、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，只需更換軸套而無需更換軸或孔座，從而節約了成本。大多情況下，軸套與孔座為過盈配合，軸套與軸之間為間隙配合，原因是磨損無法避免，且軸類零件比較容易加工，座孔的二次加工無法保證正確的中心位置。

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

3.2 軸套在一號輪中的作用及其不足

1）軸套在一號輪中的作用。軸套起到避免更換撥軸及一號輪輪體的作用，因為軸套比撥軸易于磨損，軸套與一號輪輪體是過盈配合，出現磨損時通常是軸套的內孔磨損量大，只需更換軸套而無需更換撥軸和一號輪輪體。軸套應用在一號輪能夠起到滑動軸承的作用。

2）軸套在一號輪中的不足。一號輪撥桿與襯套工作在轉速中等（3.33 r/s），徑向載荷較高的地方，用來替代滾動軸承，材料要求硬度低且耐磨，軸套內孔經研磨刮削，能達到較高配合精度，但長時間工作容易出現干磨現象，軸和軸套就會報廢，從而使撥軸與軸套的配合狀態發生改變，導致設備運行時撥桿與襯套之間發熱，加劇磨損，甚至出現咬死現象，一號輪夾緊爪失效，影響產品質量和設備正常運行。

3.3 滾針軸承的作用及用于一號輪的能夠實現的功能

1）滾針軸承的作用。滾針軸承是滾動軸承的一種，指裝有細而長的滾子（滾子長度為其直徑的3～10倍，直徑一般不大于5 mm），因此徑向結構緊湊，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。內外圈可以分離，工作時允許內外圈有少量的軸向錯動。滾針軸承的作用是承擔徑向載荷。也可以認為是用來給轉軸定位，即固定軸使之能夠轉動，而不能徑向移動。

2）滾針軸承用于一號輪能夠實現的功能。承載撥桿帶動夾緊爪提供張合動作時的徑向力，即撥桿在一號輪夾緊爪張合凸輪和夾緊爪拉簧共同作用下所受徑向力。由于潤滑脂的作用，良好的潤滑能夠確保撥桿與軸承之間的長時間運轉。而且BK0808型滾針軸承具有防塵作用，能夠防止煙末和灰塵進入撥桿和軸承之間。

3）滾針軸承與軸套對比。從能夠實現的功能、互換性、防塵功能、摩損情況幾方面進行對比，如表1所示。

表1 滾針軸承與軸套的對比

從一號輪工作原理可知，影響一號輪夾緊爪張合的因素有4點：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。

結合一號輪工作原理和實際維修情況進行維修統計后發現：夾緊爪符合使用要求，控制夾緊爪張合的凸輪工作時序正確，凸輪沒有損壞，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，而且每次維修時大多數是撥桿與襯套配合出現故障，由于撥桿是在凸輪和拉簧共同作用下實現張合動作，且長時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 設計方案

為了解決撥桿與襯套配合的問題，可以改造原來的配合形式。原撥桿與襯套的配合是撥桿的外圓柱面與襯套的內圓柱面之間的滑動，它們之間的摩擦形式是滑動摩擦，為了減小摩擦和磨損，又因滾動軸承具有摩擦因數小、起動力矩小、效率高、運動精度高、軸向尺寸小、潤滑簡單、易于維護、互換性好等優點，也為了達到防塵的效果，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 設計方案論證表

從以上設計方案的結論分析，認為此方案既不改變原一號輪的結構，又不改變撥桿的實際尺寸，只是將原來的軸與套的配合改變為軸與軸承的配合，這樣既能夠達到一號輪夾緊爪正確張合，又減小了該部件的摩擦、磨損，而且能夠防止灰塵等進入撥桿與襯套之間，有效地減少了一號輪部件的故障造成的設備停機及部件損壞的情況。

5 實施過程

5.1 外形尺寸設計及滾針軸承的選定

1）外形尺寸設計。為了不影響其它組件的安裝及使用，對原一號輪進行改造。撥桿選用原撥桿，一號輪輪體依然選用原一號輪輪體。

2）滾針軸承的選定。首先根據一號輪輪體內軸套的尺寸選擇軸承型號：軸套外徑為φ12 mm，內徑為8 mm,厚度為8 mm，據此可選擇的軸承型號為BK0808 和HK0808，為達到較好防塵效果，里側4個軸承選用BK0808軸承（首先在1#GDX2上安裝測試）。

3）附加套的選定。由于一號輪夾緊爪長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，根據夾緊爪長軸的外徑確定隔套內徑為φ8 mm，隔套外徑與軸承一致為φ12 mm，長度為8 mm（由原套長度減去滾針軸承厚度）。附加套結構如圖3所示。

圖3 附加套

5.2 安裝滾針軸承

1）滾針軸承在一號輪輪體中的定位。滾針軸承HK0808和BK0808的外徑為φ12 mm, 一號輪輪體上的安裝孔內徑為φ11.98 mm，它們之間的配合為過盈配合，這樣能夠確保撥軸在凸輪驅動下轉動時，滾針軸承的外圈與一號輪輪體沒有相對轉動，避免了一號輪輪體內孔磨損。

2）撥軸與滾針軸承在一號輪輪體中的配合。撥軸的外徑為φ8 mm，滾針軸承的內孔孔徑為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現正確動作，也就是既能夠在凸輪的驅動下通過撥軸帶動夾緊爪正確打開，也能夠在拉簧的作用下及時閉合。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試

為了掌握安裝滾針軸承后設備運行效果，于2018年9、12月及2019年1月上旬在5#GDX2進行了為期3個月的測試，測試效果如表3所示。

從以上收集的數據可以看出：一號輪夾緊爪故障次數為0，改造效果良好。

6.2 改造前后對比測試

設備改造前根據GDX1、GDX2包裝機組操作說明書保養要求，結合中煙及廠部要求每月進行一號輪拆卸分解，檢查一號輪輪體、撥軸、夾緊爪、凸輪、拉簧、軸套、一號輪模盒導板。更換一號輪磨損件和失效零部件。

對GDX2五號機組改造前后一號輪因夾緊爪故障造成的維修進行統計，如表4、表5所示。設備運行時間 一號輪夾緊爪故障次數 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機組5#機臺1月—8月一號輪夾緊爪故障統計(改進前)

表5 GDX2機組5#機臺在2018年9月-2019年2月一號輪夾緊爪故障統計（改進后）

從以上收集的數據可以看出：一號輪夾緊爪故障次數為0，改造效果良好。

6.3 推廣及對比測試

為了得到更準確和更多的數據，于2019年2月—2019年5月在GDX2機組1#、3#、5#機臺及GDX1機組1#機臺進行連續測試，其中1#機臺里側4個軸承用BK0808，測試結果表明，相關機臺一號輪夾緊爪故障次數均為0。

從以上收集的數據可以看出：GDX2機組1#、3#、5#機臺4個月運行正常，在GDX1機組運行也正常，達到目標，推廣效果良好。小組還將1#機臺與另外3臺里側軸及軸承進行對比，發現1#機臺里側軸承潤滑狀況更好。

6.4 經濟效益

根據原設備維護保養要求：每月對一號輪進行檢修并更換軸套，每月每臺套更換兩組8個，每臺套成本需180×6+220×2=1520 元，每臺套半年更換軸套費用為1520元；而更換成滾針軸承后每半年檢查一次，更換滾針軸承費用為：16.24×4+32×4=184.96元，二者相減每臺套每半年節約費用為1335.04元。以每次更換軸套時間為1.5 h計，每半年節約維修工時為7.5 h。

隨后對本組在用的所有GD包裝機進行了推廣改進，并于2019年2月—2019年5月對所有改進跟蹤驗證，無異常情況發生，改進效果顯著。

7 結 語

通過對一號輪結構進行系統分析，將襯套改為滾針軸承后，一號輪基本實現了免維護，減輕了維修人員的工作量和勞動強度，提高了設備的有效作業率；同時避免了一號輪夾緊爪動作失靈導致的煙支及內襯紙質量問題的發生，節約了備件費用，達到了預期的效果，改造效果顯著。