馮憶

摘 要：鋁紙折疊執(zhí)行輪在標(biāo)準(zhǔn)情況下（外方指導(dǎo)時(shí)間）為10000h，但是在目前設(shè)備運(yùn)行不到7000h已經(jīng)出現(xiàn)故障，故障后引起設(shè)備連帶故障，在有備件的情況下線維修工時(shí)平均為4人20h，所以延長(zhǎng)該部件的在線壽命可以減少停機(jī)，減少備件儲(chǔ)備，使部件維修人員維修計(jì)劃緩沖時(shí)間延長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：H1000；鋁紙折疊輪；運(yùn)行時(shí)間

中圖分類(lèi)號(hào)：TD532 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、問(wèn)題現(xiàn)狀

鋁紙折疊輪的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間為10000h，但是目前設(shè)備運(yùn)行不足7000h已經(jīng)出現(xiàn)故障。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年11～12月A3-A5均出現(xiàn)折疊鼓輪大小故障各3次，其中A3鼓輪故障導(dǎo)致2號(hào)輪部分模盒打壞，鼓輪驅(qū)動(dòng)軸打斷的現(xiàn)象。維修時(shí)間達(dá)到了3天。目前該機(jī)構(gòu)（內(nèi)部類(lèi)似，外部功能略有區(qū)別）在A3-A5有3件，A2設(shè)備自有3件。目前庫(kù)存?zhèn)浼?件（備件缺失未準(zhǔn)備完全）。延長(zhǎng)該部件的在線壽命可以減少停機(jī)，減少備件儲(chǔ)備，使部件維修人員維修計(jì)劃緩沖時(shí)間延長(zhǎng)。

為此，需要通過(guò)逐步分析的方法，找到引起鋁紙折疊鼓輪失效的原因，并作出改善，使該鼓輪的理論運(yùn)行時(shí)間達(dá)到設(shè)備原壽命時(shí)間，在條件允許的情況下挑戰(zhàn)更高的壽命，從而降低維護(hù)成本。

二、實(shí)施過(guò)程

通過(guò)拆解破損件法尋找失效件，推斷失效原因。項(xiàng)目小組將損壞的3只鋁紙折疊鼓分解后，統(tǒng)計(jì)了損壞的部位情況的總計(jì)表（見(jiàn)表1）。

首先采用矩陣圖分析（如圖1所示），分析以上6項(xiàng)損壞的原因，最終發(fā)現(xiàn)折疊臂驅(qū)動(dòng)軸竄動(dòng)是所有問(wèn)題的根源。

其次采用輥?zhàn)訝顟B(tài)圖分析（如圖2所示），折疊臂驅(qū)動(dòng)軸是通過(guò)螺母鎖定在支架上的，如果軸存在竄動(dòng)，則是安裝時(shí)未鎖緊或者是安裝后松動(dòng)兩種情況。由于裝備的特殊性，不能夠設(shè)計(jì)要因的不同維度然后上機(jī)試驗(yàn)論證。對(duì)于一些因子，雖不能判定是否是重要因子，但可以在操作的時(shí)候取上限的方法來(lái)規(guī)避發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

最后通過(guò)人機(jī)料法環(huán)測(cè)分析，我們總結(jié)出可能導(dǎo)致螺栓松動(dòng)的因子有：鎖緊時(shí)預(yù)緊力不夠，鎖緊螺母不良，溫度變化3項(xiàng)，見(jiàn)表2。

綜上所述，若需要分析上述因子是不是重要因子，首先得計(jì)算到底這個(gè)部位的螺栓需要多大的預(yù)緊力。

圖3（b）是螺母已擰緊，但還未受工作載荷，此時(shí)螺栓所受的拉力和被連接件所有的壓縮力都等于預(yù)緊力QP，其螺栓的被拉伸量為λb，被連接件的壓縮量為λm。

圖3（c）是擰緊后再承受工作載荷的情況（同時(shí)參見(jiàn)圖3）此時(shí)螺栓所受載荷由QP增至QZ而被繼續(xù)拉長(zhǎng)，其伸長(zhǎng)量為Δλ，總伸長(zhǎng)量為λb+Δλ；與此同時(shí)，原受壓縮的被聯(lián)結(jié)件，因螺栓伸長(zhǎng)而被放松，壓縮量也隨之減少，其壓縮變小的減少量正好等于螺栓變形增長(zhǎng)量Δλ，此時(shí)的總壓縮量λM′=λM-Δλ。而被連接件所受的壓縮力則由QP減少到Q′B，Q′P：稱(chēng)為殘余預(yù)緊力。這樣螺栓的總載荷QZ就可等于殘余預(yù)緊力Q′P與螺栓工作拉力QG之和了

（就是說(shuō)目前的裝配方法的預(yù)緊力是基本達(dá)到運(yùn)行要求的，但是螺栓的安全性不強(qiáng)，容易變形扭動(dòng)甚至斷裂，為此，我們要提高預(yù)緊力使安全系數(shù)達(dá)到1.5以上。降低螺栓斷裂的風(fēng)險(xiǎn)）。

并且，以上計(jì)算是預(yù)緊力矩達(dá)到75N·m時(shí)有效，在實(shí)際對(duì)鎖緊螺栓的扭矩測(cè)量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)螺栓頂部鎖緊塑料存在的情況下，其預(yù)緊力矩可以達(dá)到70N·m，一旦塑料失效，則預(yù)緊力矩降低為55N·m。而塑料的失效又和環(huán)境溫度密切相關(guān)。根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，制定了要因確認(rèn)表和改善計(jì)劃表（表5）。

根據(jù)方案，開(kāi)展改進(jìn)：

改進(jìn)1：增加一個(gè)金屬墊片，通過(guò)金屬形變的回彈來(lái)增加預(yù)緊力。添加墊片后，在鎖緊的過(guò)程中極限鎖緊扭矩得到了增加，達(dá)到了80N·m，達(dá)到原了鎖緊力矩75N·m的目標(biāo)。鎖緊力矩增加5N·m換算力矩增加1560N。

改進(jìn)2：使用4槽螺母，同時(shí)在螺母周向表面開(kāi)2.5mm的孔4個(gè)，內(nèi)部加入銅片D=2.3厚度2mm，然后用柱頭螺絲固定。利用金屬的形變對(duì)螺紋產(chǎn)生壓力，增加靜態(tài)的預(yù)緊力。增加的預(yù)緊力為銅片抗形變產(chǎn)生。為了測(cè)量其緊固效果，在工件上擰緊螺母，然后分別用1～4顆螺母鎖緊，然后用力矩扳手松鎖3次，統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。

三、項(xiàng)目控制

（1）改進(jìn)實(shí)施后，項(xiàng)目組利用停產(chǎn)期間對(duì)所有鼓輪的相同位置都進(jìn)行了改造施工。通過(guò)3個(gè)月（1500h）的運(yùn)行觀察未出現(xiàn)折疊臂松動(dòng)的異常情況發(fā)生。改進(jìn)在理論計(jì)算上有效果而且放有余量，在實(shí)際運(yùn)行中還需觀察驗(yàn)證。

（2）從經(jīng)濟(jì)效益的角度講，項(xiàng)目不產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益，但從節(jié)支方面計(jì)算，單計(jì)算2014年A3設(shè)備打壞的備件費(fèi)用超過(guò)100萬(wàn)元，同時(shí)停機(jī)損失時(shí)間36h損失產(chǎn)量540箱。項(xiàng)目改進(jìn)后，該部件的風(fēng)險(xiǎn)降低。

（3）從2015年6月改善實(shí)施至今（2017.2），該部件任然未出現(xiàn)過(guò)損壞，松動(dòng)現(xiàn)象。所以我們認(rèn)為改進(jìn)有效。（運(yùn)行時(shí)間按年工作220天，每天工作22h算，運(yùn)行至今7700h），該鼓輪未出現(xiàn)異常，改進(jìn)效果明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]薛曉敏，林齊.螺旋折疊器制造工藝技術(shù)[J].包裝與食品機(jī)械，2013（4）：67-69.

[2]李建華.機(jī)械設(shè)備改造理論及方法探討[J].化工管理，2014（26）：195-195.

[3]蔡業(yè)彬.模塊化設(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005（8）：154-156.

[4]李瑞平， 馮濟(jì)纓， 黃明琪.包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中的控制技術(shù)[J].包裝工程， 2005， 26（1）：19-21.

[5]顧小平.產(chǎn)品設(shè)計(jì)中折疊結(jié)構(gòu)的運(yùn)用與研究[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2010.