摘 要：FOCKE350S硬盒包裝機的商標紙吸取裝置在工作過程中存在故障率高、維修時間長等問題，跟蹤觀察設(shè)備運行情況后，分析得出商標紙吸取裝置負壓偏低、連桿軸承易損壞是影響設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的主要原因。研究采用有限元分析方法對吸風輪傳動軸進行靜力學分析，對吸風輪傳動軸加以改進。通過更改負壓通道，并在傳動軸與連桿連接處增加一個軸承，由單軸承支撐改為雙軸承支撐，有效延長了軸承的使用壽命，極大提高了設(shè)備的有效作業(yè)率。

關(guān)鍵詞：商標紙吸??；傳動軸；軸承；有限元；負壓通道

1 前言

FOCKE350S硬盒翻蓋包裝機組整個設(shè)備技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運用一些典型機構(gòu)，是目前技術(shù)較為成熟的中速卷煙包裝設(shè)備[1]。但在使用過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備還存在某些缺陷，如FOCKE350S商標紙吸取裝置運行不穩(wěn)定，故障較高，設(shè)備有效作業(yè)率較低，同時產(chǎn)品質(zhì)量也受到極大影響。經(jīng)觀察分析該故障與商標紙裝置的負壓不穩(wěn)有關(guān)，負壓偏低導(dǎo)致商標紙吸取不良，引起商標紙輸送時發(fā)生阻塞；而造成商標紙負壓不穩(wěn)的原因是由于傳動軸及連桿處的軸承和油封損壞影響商標紙的吸取，該處所需的維修時間較長，影響了設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。對此，圍繞FOCKE350S商標紙吸取裝置進行改進設(shè)計。

2 商標紙吸取裝置的故障原因分析

2.1 商標紙吸取裝置工作原理

商標紙吸風輪靠曲柄滑塊機構(gòu)驅(qū)動，吸風輪正處于最前端位置上，在這個位置，商標紙庫的最底層那張商標紙被吸風輪吸出，吸風輪與扇形齒輪相連，曲軸盤帶動連桿、扇形齒輪運動，扇形齒輪則沿著齒條邊作直線運動邊作旋轉(zhuǎn)運動，帶動吸杯往復(fù)旋轉(zhuǎn)，把商標紙庫的最底層商標紙吸取出并進入商標紙的輸送通道。圖1是商標紙吸風輪的剖面圖，吸風軸3經(jīng)過負壓管道、吸風管5供給吸紙盤4[2]。

2.2 商標紙吸取故障現(xiàn)象及原因分析

2.2.1 故障現(xiàn)象

FOCKE350S包裝機在生產(chǎn)過程中全速運行時，影響其生產(chǎn)效率的故障較多發(fā)生在商標紙吸取部位。在維修過程中發(fā)現(xiàn)，商標紙吸取裝置在生產(chǎn)中存在商標紙吸取不良的現(xiàn)象，造成設(shè)備停機率較高，該現(xiàn)象發(fā)生比較頻繁，維修耗時多。商標紙吸取裝置在曲柄連桿驅(qū)動下往復(fù)工作，吸取裝置自重及所受連桿拉力使直線軸承所受載荷較大，導(dǎo)致軸承磨損較快。商標紙連桿軸承的消耗量大，直接影響各生產(chǎn)班組的產(chǎn)量完成指標和備件消耗指標，同時增加了商標紙的消耗，降低了設(shè)備有效作業(yè)率。

2.2.2 故障原因分析

通過負壓表對卷包車間B線六臺套的FOCKE350S包裝機的商標紙負壓通道進行檢測，不同的機臺負壓實測值不一致。說明在經(jīng)過一段時間的運轉(zhuǎn)后，隨著零件的磨損會導(dǎo)致負壓值不同程度的變小。從圖2的吸風輪剖面分析，其吸風傳動軸3經(jīng)過負壓管道、吸風管5供給吸紙盤4之間的通道比較可靠，負壓不易泄漏。再從圖4的商標紙吸風輪軸及連接結(jié)構(gòu)示意圖分析，負壓的泄漏可能發(fā)生在負壓管接入到商標紙吸風輪傳動軸之間。

商標紙吸取所需負壓通過與連桿軸承、油封、商標紙吸風輪軸的中空部分形成一個密閉的通道來輸送，由于負壓直接與軸承端面相通，造成負壓管道中的雜質(zhì)極易進入軸承工作面，使軸承損壞。軸承損壞后的鐵屑也會被吸入電磁閥，使其堵塞。

另外，通過對吸風輪傳動軸實體模型利用有限元分析軟件進行應(yīng)力分析[4]，其計算結(jié)果如圖6所示，ANSYS的有限元分析結(jié)果表明，傳動軸結(jié)構(gòu)滿足強度設(shè)計要求，但在單軸承情況下，原傳動軸在左側(cè)應(yīng)力明顯較為集中。

根據(jù)以上分析，原有的FOCKE350S商標紙吸取裝置的運行已不能滿足FOCKE350S 設(shè)備的正常生產(chǎn)需要，因此，有必要對該裝置進行技術(shù)改進。

3 改進方案與措施

3.1 改進方案的選定

3.1.1 負壓通道的改進方案

為避免負壓與軸承直接接觸，將負壓通道的接入點改在軸的端部，該方案既可避免粉塵、雜質(zhì)進入軸承工作面而導(dǎo)致軸承損壞，也能避免因軸承損壞產(chǎn)生的鐵屑進入電磁閥而造成其動作失靈，影響商標紙的吸取效果。同時，更改負壓通道也可避免因骨架油封的磨損而引起負壓泄漏。

3.1.2 軸承承載能力的改進方案

改進方案是在傳動軸靠近曲柄連桿的一側(cè)增加一個軸承，與原來的軸承共同承擔傳動軸和連桿產(chǎn)生的載荷，改進后的結(jié)構(gòu)如圖7所示。

3.2 改進方案的實施

采取改進措施，選取商標紙吸風裝置故障頻發(fā)且負壓管實測值最低的機臺B-B1#進行試驗。以檢測商標紙吸風裝置經(jīng)過改進后負壓值是否穩(wěn)定在0.05MPa以上，且商標紙連桿軸承是否出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。

3.2.1 負壓通道的改進實施

如圖9所示，采用30CrMnSiA合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理[5]，重新加工一根總長不變的傳動軸，將與連桿相連接的部位加長，由13mm改成23mm，同時將原來軸上的4個負壓孔取消，在軸的端部攻一個與軸中空部位相通的M10×1的螺紋孔便于固定負壓管接頭。

3.2.2 軸承承載能力的改進

原來吸風軸的軸承6003-2RS內(nèi)徑是，外徑是，寬度是10mm，對連桿的軸承位進行測量，寬度是20mm，剛好可以再裝入一個6003-2RS的軸承，只要把兩側(cè)端蓋的凸沿去掉即可滿足要求。

4 效果驗證

依據(jù)以上改進建議，于2016年4月至2016年6月先后對卷包車間B線的其它6臺FOCKE350S設(shè)備進行了相同的改造，并于2016年7月至2016年10月每隔一周對6臺設(shè)備的商標紙吸取裝置負壓值進行了檢測，改進后用于商標紙吸取的負壓基本都能穩(wěn)定在0.052MPa以上，商標紙吸取裝置運行平穩(wěn)，商標紙消耗明顯降低，設(shè)備有效作業(yè)率明顯提高。

5 結(jié)論

本項目在原機的基礎(chǔ)上改進了商標紙吸取裝置的傳動軸，更改負壓通道和增加支撐軸承。此次改進使得主軸支撐更加合理，使得軸承的使用壽命得到延長。并且方案簡捷，同時負壓偏低引起的商標紙吸取不良的情況得到了控制。減少了設(shè)備維修費用，提高了設(shè)備有效作業(yè)率。

參考文獻

[1]侯紅玲，彭玉海.包裝紙拾取器支撐系統(tǒng)故障分析及再設(shè)計[J].包裝工程，2010，01.

[2]魏平夷.FOCKE350S條盒商標紙拾取輪總成支撐的改進[J]. 2008，02.

[3]姚二民.卷煙機械[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2006.

[4]程明. 疊片聯(lián)軸器的非線性有限元分析[D].南京航空航天大學碩士論文，2006.

[5]聞邦椿.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社. 2010.

作者簡介

黃城寶（1986-），男，碩士研究生，研究方向：煙機設(shè)備管理與維護。