劉偉洪，蔡善儒，劉海波

（山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院，山東 淄博 255000）

0 引言

饅頭一直是中國北方家庭餐桌上必不可少的主食，如今，隨著人口流動的加速，饅頭在南方也處處可見，由于南北地域文化、飲食習(xí)慣的差異，饅頭一度分為南方饅頭和北方饅頭兩大品系[1-2]。為了適應(yīng)快節(jié)奏的現(xiàn)代生活，省時、省功、省力的集和面、揉面、成型于一體的饅頭機應(yīng)運而生，廣泛應(yīng)用于單位和學(xué)校食堂、饅頭加工企業(yè)及專業(yè)戶。

饅頭機的設(shè)計一般采用四大總成系統(tǒng)，即傳動系統(tǒng)、和面系統(tǒng)、揉饃系統(tǒng)及饅頭成型系統(tǒng)[3]，各系統(tǒng)既相互獨立又協(xié)調(diào)統(tǒng)一。在復(fù)雜的生產(chǎn)制造過程中，諸多實際問題及技術(shù)問題需要被解決，諸如饅頭形狀的控制、口感的筋道、螺旋攪拌結(jié)構(gòu)的設(shè)計、面團中存留空氣的排空、出面的順暢、高效節(jié)能等等。本文主要針對一家技術(shù)完善的饅頭機生產(chǎn)企業(yè)面臨的新問題加以分析和解決：饅頭機應(yīng)對批量生產(chǎn)時常發(fā)生絞龍后端軸承斷裂的嚴(yán)重問題。

1 借助儀器測試數(shù)據(jù)

有饅頭機使用單位反映，購買的饅頭機在小批量生產(chǎn)時能夠正常使用，但由于所產(chǎn)饅頭供不應(yīng)求，使用者在連續(xù)使用時饅頭機會發(fā)生軸承斷裂的問題，于是使用單位向生產(chǎn)廠家提出希望改造機器以徹底解決這一問題。本著對使用單位負(fù)責(zé)的態(tài)度，生產(chǎn)廠家在沒有根本解決方案的情況下先是采取壞一個換一個的辦法，然而頻繁更換的后果就是影響客戶的正常使用，也對廠家擴大市場產(chǎn)生不利影響；為了占據(jù)市場、贏得質(zhì)量信譽，后來只能采取更換超性能軸承的辦法，這無疑增加了生產(chǎn)成本。

饅頭機生產(chǎn)企業(yè)決定向?qū)＜仪笾?，專家了解了所有情況后，決定采用理論知識結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，有理有據(jù)科學(xué)地解決這個棘手問題。具體步驟如下：先查看原始圖紙資料，熟悉機器各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后測定機器空載和工作時電流及噪聲等數(shù)據(jù)，計算分析得出軸承的使用壽命，根據(jù)絞龍軸的受力情況分析軸承排列、軸的支撐是否合理及替換方案。

通過查看圖紙了解到絞龍軸后端現(xiàn)安裝軸承為6207深溝球軸承，此類軸承是機械工業(yè)中使用最為廣泛的一類軸承，摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，主要承受徑向負(fù)荷，可在增大軸承徑向游隙時具有一定的角接觸球軸承的性能，可以承受一定量的軸向負(fù)荷，缺點是不耐沖擊，不適宜承受重載荷[4]。那么此處經(jīng)常斷裂，可能是因為承受了過載載荷，為此專家借助儀器分別對饅頭機未加面時空載及加面后工作狀態(tài)進行數(shù)據(jù)測量。表1、表2分別為饅頭機未加面時空載狀態(tài)和加面之后工作狀態(tài)的測量數(shù)據(jù)結(jié)果，此時饅頭機額定輸入功率為3.8 kW，額定頻率為50 Hz，定電壓為380 V，配用電動機為3 kW，出面溫度為31 ℃。

表1 饅頭機未加面時空載狀態(tài)測量數(shù)據(jù)匯總（儀器：數(shù)字鉗形表266C）

表2 饅頭機加面之后工作狀態(tài)測量數(shù)據(jù)匯總（儀器：數(shù)字鉗形表266C）

另外，本次實驗還對饅頭機使用時的振動噪聲進行了測試，結(jié)果如表3所示。

表3 振動噪聲測試（儀器：便攜式數(shù)字測振儀、HS5660A型精密脈沖聲級計）

2 分析數(shù)據(jù)得到解決方案

分析以上數(shù)據(jù)可以獲得以下信息：

1）設(shè)備空載電流大，空載電流平均達到5.5 A。

2）當(dāng)把設(shè)備鏈輪拆除后，電流平均達到5.4 A，說明減速機效率低。

3）和面時，電流平均達到5.8 A，正常出面時電流平均達到6 A。

4）噪聲較大，但在國家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，小于84 dB。

5）如果設(shè)備出口夾雜有硬面團（干面），電流快速可達到12 A，嚴(yán)重超負(fù)荷。

6）由以上數(shù)據(jù)可知，設(shè)備空載和正常運轉(zhuǎn)時，電流變化較小，在1 A左右變化。

從以上信息可以得出鮮明結(jié)論：軸承斷裂的根本原因是超負(fù)荷。排除安裝不當(dāng)引起的點蝕失效，通過載荷接觸疲勞公式計算[5]，動載荷和基本額定壽命極限轉(zhuǎn)速軸承在設(shè)備夾雜干面情況下發(fā)生的失效影響了軸承使用壽命，即絞龍左端現(xiàn)使用的6207深溝球軸承，所以不再適宜現(xiàn)在的工作范圍，應(yīng)該更換。

接觸疲勞載荷的計算公式：

滾動軸承徑向基本動載荷額定值計算公式：

在考慮其他軸承時，能夠承受重載荷是關(guān)鍵依據(jù)。調(diào)心球軸承因為在結(jié)構(gòu)上二條滾道的內(nèi)圈和滾道為球面的外圈之間，裝配有鼓形滾子的軸承[6]。外圈滾道面的曲率中心與軸承中心一致，所以具有與自動調(diào)心球軸承同樣的調(diào)心功能。在軸、外殼出現(xiàn)撓曲時，可以自動調(diào)整，不增加軸承負(fù)擔(dān)[7-8]。調(diào)心滾子軸承可以承受較大徑向負(fù)荷及兩個方向的軸向負(fù)荷。徑向負(fù)荷能力大，適用于有重負(fù)荷、沖擊負(fù)荷的情況。當(dāng)軸受力彎曲或傾斜而使內(nèi)圈中心線與外圈中心線相對傾斜不超過1°~2.5°時，軸承仍能工作[9]。

3 結(jié)論及建議

綜合以上意見，考慮測試數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)情況給出建議：1）將左端的6 2 0 7深溝球軸承更換為1207K+H207調(diào)心球軸承；2）在設(shè)備使用說明書上嚴(yán)格提示：絕不允許在絞龍中出現(xiàn)硬面團（干面）[10]；3）在設(shè)備電器部分加裝電流測控儀，工作電流可設(shè)定為8 A，一旦電流超出設(shè)定值，設(shè)備報警停機，實現(xiàn)超載保護；4）將現(xiàn)用的減速機更換為其他廠家的減速機。設(shè)備電機功率是4 kW，正常工作時，符合要求。齒輪減速機效率一般為0.9左右，蝸輪蝸桿減速機效率為0.5左右，擺線針輪減速機效率為0.9左右，廠家選用的是擺線針輪減速機。