一種ZJ17卷煙機骨架油封快速拆裝工具的應用

謝 偉，白 雪，劉雪飛

（紅塔集團大理卷煙廠，云南 大理 671000）

ZJ17蜘蛛手在傳送煙支過程中，蜘蛛手機構傳動箱、回轉臂傳動軸高速旋轉時與2個骨架發生摩擦，而蜘蛛手內部散熱條件差，骨架油封的唇口溫度較高，導致油封易老化、變形、磨損等失效而造成漏油，漏出的潤滑油會進入清潔風通道，污染煙支甚至造成生產質量事故，為保障產品質量和設備正常運行，必須對蜘蛛手骨架油封進行及時更換。

更換蜘蛛手骨架油封傳統方法步驟煩瑣，且沒有專用的油封拆裝工具，故在應急維修中不能快捷維修，從而不能保障設備正常運行。

1 傳統蜘蛛手骨架油封拆裝步驟簡介

1.1 蜘蛛手傳動原理簡介

ZJ17卷煙機蜘蛛手機構裝配如圖1所示。ZJ17卷煙機蜘蛛手煙支傳送系統由主軸、太陽輪和8個行星輪組成的行星齒輪系、旋轉臂及抽吸槽組成，配合傳送齒輪箱、正負壓系統完成煙支的傳送。如圖1所示，主軸固定在偏心座上，動力由傳動齒輪箱經齒形帶傳遞給與殼體聯接的齒形帶輪；在殼體內有8組行星齒輪繞主軸太陽齒輪旋轉，8組行星齒輪傳動8組齒套，齒輪軸由齒套固定在行星輪軸承室上，8組回轉手臂與齒套聯接，殼體做圓周公轉，齒套自轉，保證抽吸槽始終水平運動[1]。

圖1 ZJ17卷煙機蜘蛛手機構裝配圖

整個蜘蛛手煙支傳送系統有8組回轉手臂，每個回轉手臂傳動裝配如圖2所示。

圖2 回轉手臂傳動裝配圖

骨架油封安裝在齒套和軸承室內壁之間。蜘蛛手8組旋轉臂順時針交替旋轉把煙支交接給接裝機接收鼓。由于骨架油封老化后易漏油，在清潔風作用下，漏出的油液會從抽吸槽中溢出，與煙支表面接觸，產生油漬煙。

1.2 傳統蜘蛛手骨架油封的拆裝步驟及存在問題

由于蜘蛛手結構復雜、精度高，拆卸骨架油封時避免損傷其他零部件，其拆卸過程較為煩瑣，具體更換步驟如圖3所示。具體更換步驟如下：①拆卸防護罩及其他阻擋件和連接件；②將蜘蛛手總成用到起重設備上，從設備上拆吊下來；③將蜘蛛手總成固定在專用夾具上；④逐一分解總成，取出8個行星齒輪；⑤分解8支旋轉臂及配對軸承室；⑥分解配對軸承室；⑦拆卸骨架油封；⑧安裝骨架油封；⑨安裝好新的油封后又逐一裝回各組件，并裝回設備進行調試[2]。

圖3 傳統蜘蛛手骨架油封拆裝步驟

ZJ17卷煙機骨架油封的拆裝主要存在以下2個問題：蜘蛛手骨架油封的更換步驟煩瑣，整個過程耗時長（395 min），而其中單獨拆卸和安裝骨架油封消耗的時間僅為9 min和5 min，如果在生產中遇到該類故障，將會大大降低設備的有效作業率；蜘蛛手總成質量大、體積大、安裝空間緊湊，導致拆裝過程困難，每次至少需要3名修理人員同時前后協同配合維修，投入勞力多[3]。

2 骨架油封快速拆裝工具的應用[4-6]

2.1 骨架油封快速拆裝工具

本文提供的骨架油封快速拆裝工具如圖4所示。圖中①為油封安裝套筒，②為油封拆卸鉤子，③為輔助工具小鐵錘。油封安裝套筒由廢舊的FOCKE350包裝機的鋁紙導紙輥加工而成，油封拆卸鉤子由廢舊的不銹鋼條形剪加工后和ZJ17卷煙機廢舊布帶組成，輔助工具小鐵錘在安裝時起到幫助使力的作用。

圖4 骨架油封快速拆裝工具

2.2 骨架油封快速拆裝工具的使用方法

骨架油封快速拆裝工具拆卸、安裝示意圖如圖5所示。發現蜘蛛手骨架油封漏油后，不用將整個蜘蛛手總成從設備上拆吊下來，只需直接在設備上將漏油的旋轉臂拆下后對骨架油封更換即可。將旋轉臂拆下后可以看見油封，先將油封鉤水平放置，沿著齒輪軸敲入到油封里；然后將油封鉤旋轉90°，這樣就鉤住了油封，用力向外拉布帶，骨架油封就可以隨油封鉤子一起被拉出。將準備好的新油封按正確方向套在齒輪軸上，用油封安裝套筒套在齒輪軸上，施以平均敲擊力將油封平順地推入到合適的位置，完成骨架油封的安裝。

圖5 骨架油封快速拆裝工具拆卸、安裝示意圖

2.3 骨架油封快速拆裝工具的原理

2.3.1 油封鉤子的設計原理

油封鉤鉤取油封原理如圖6所示。油封鉤在拆卸油封時，先將油封鉤水平放置，沿著齒套壁，敲入到油封里；然后將油封鉤旋轉90°，轉到鉤取狀態，用力向外拉取油封鉤，就可以將骨架油封一起拉出。

圖6 油封鉤鉤取油封原理示意圖

根據不銹鋼條形剪的尺寸，設計出來的油封鉤子如圖7所示。鉤子的鉤頭尺寸為3 mm，尺寸大小合適，鉤頭可做90°旋轉，對齒軸及軸承室壁無損傷；鉤子的鉤頭倒角為120°，能鉤住油封，將油封鉤出，且強度比直角要好，不易斷裂。

圖7 油封鉤子設計圖

為了驗證按照這樣尺寸加工出的鉤子能否適應油封的鉤取受力條件，用有限元分析軟件ANSYS對設計的材料模型進行了力學分析。條形剪刀的材料為不銹鋼2Cr18，彈性模量為2.23×1011Pa，泊松比為0.297，屈服強度為4.41×108Pa，建立有限元模型。將鉤子表面的自由度約束，模擬鉤子鉤到油封，鉤子的右端面施加4 N的力（經查核油封的徑向力為2.96 N，因油封為過盈配合，摩擦力比徑向力大，經試驗用測力計將油封拉出的力為3.34 N，查詢機械手冊知工具的安全系數為1.2，即實驗外力等于3.34×1.2≈4 N）。有限元模擬計算結果如圖8所示，經計算鉤子最大應力為4.03×108Pa，位于鉤子凹槽處，鉤子的最大應力遠低于材料的屈服強度，證明條形剪的材料強度足夠，油封鉤子鉤取骨架油封安全有效。

圖8 油封鉤子的有限元受力分析

2.3.2 油封安裝套筒的設計原理

油封安裝時施力必須均勻，避免造成油封變形，在沒有適當的機械加壓時，應選用適當的端面平整的擋板作為工具，施以平均敲擊力將油封平順地裝入。由于軸承室內壁直徑為28 mm，齒套安裝油封處的直徑為18 mm。所以套筒的內徑設計為20.5 mm，外徑設計為27 mm，如圖9所示。

圖9 安裝工具設計示意圖

為了節約成本及廢舊件利用，FOCKE350包裝機上的廢舊的鋁紙導紙輥小端內徑21 mm、外徑27 mm，長度56 mm，與所設計套筒尺寸相差不大，只需做簡單切削加工，并對銳邊倒角即可代替使用，在安裝時能較好地保護骨架油封。根據包裝機鋁紙導紙輥和所設計的安裝工具設計圖，由此油封安裝套筒的設計圖紙如圖10所示。

圖10 油封安裝套筒設計圖（單位：mm）

3 效果驗證

經過試用，蜘蛛手骨架油封的拆裝步驟變為：拆卸漏油的回轉手臂組件（4 min），即可看到骨架油封；拆卸骨架油封（5 min）；安裝骨架油封（5 min）；安裝回轉手臂組件并調整（6 min）。在使用了該套工具以后，減少了拆卸防護罩、吊裝蜘蛛手總成、分解行星輪等復雜步驟，簡化了整個更換流程，并且拆裝過程對蜘蛛手內部無損傷，安裝效果很好。

由于減少了傳統油封拆卸步驟，油封的更換變得較為簡便，維修更換時間也大大縮短，平均每次更換失效骨架油封的時間從395 min縮短至20 min；同時無需拆卸防護罩、吊裝蜘蛛手總成、分解行星輪等，只需1個修理人員即可完成全部工作，減少了勞動力的投入。

4 小結

通過對蜘蛛手骨架油封傳統更換過程的研究分析，找到了有效減少骨架油封拆裝步驟和勞動強度的方法，最終設計出了蜘蛛手骨架油封拆裝工具，并且在拆裝實驗中得到了檢驗。專用拆裝工具的使用，使得蜘蛛手骨架油封的更換變得簡單高效，能夠在應急維修中做到快速維修，減少停機時間，提高了設備的運行效率。該工具突出自行制作、低成本投入、充分利用現有設備資源，對廢舊零件進行重復利用，是節約型車間的具體表現。