包裝機(jī)弧形閥故障分析及改進(jìn)方法

李勝男

（唐山三友化工股份有限公司成品車間，河北 唐山 063305）

我公司在純堿包裝系統(tǒng)中，采用重力式定量包裝機(jī)，此類包裝機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，受外因素影響小。包裝機(jī)的給料控制和排料，全部采用氣缸動(dòng)力弧形閥，弧形閥是否穩(wěn)定運(yùn)行，直接影響稱重合格率及包裝速度，是影響整個(gè)包裝系統(tǒng)的一個(gè)主要因素。在實(shí)際工作中，弧形閥存在不能自動(dòng)開啟、開關(guān)不到位等情況。結(jié)合實(shí)際工作中常見故障，本文對(duì)弧形閥的結(jié)構(gòu)、受力等各方面進(jìn)行了全面分析，并提出了改造方案，以提高弧形閥的可靠性。

1 弧形閥結(jié)構(gòu)介紹

以動(dòng)作較多的給料弧形閥為例（圖1所示），主要由箱體、閥體、氣缸、拐臂、密封條、軸及軸承等部分組成。給料弧形閥由雙行程氣缸控制，動(dòng)作為全開（粗給料）→半開（細(xì)給料）→全關(guān)（隔斷），因?yàn)榭刂平o料精度，閥口三面由硅橡膠密封。

圖1 給料弧形閥

2 弧形閥的受力分析

由圖2可知，在整個(gè)機(jī)構(gòu)中，氣缸是弧形閥的動(dòng)力來源，所以氣缸桿產(chǎn)生推力或拉力（F），拐臂受氣缸F力作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩（M）。因?yàn)檩S與拐臂配合，所以軸受轉(zhuǎn)矩（M）作用。軸和閥面支腿由鍵連接，帶動(dòng)閥面擺動(dòng)，克服物料與閥面產(chǎn)生的正壓力和摩擦力的合力距（M′），M＞M′，從而閥面打開?；⌒伍y的動(dòng)作分為全開（雙向氣缸同時(shí)收縮）、細(xì)給料（氣缸一側(cè)收縮）、全關(guān)（雙向氣缸同時(shí)伸出）。在這三個(gè)動(dòng)作中，當(dāng)弧形閥由全關(guān)到全開時(shí)，由于閥面與物料接觸面積最大，產(chǎn)生的正壓力和摩擦力最大，同時(shí)氣缸活塞的受力面積最小，氣缸桿產(chǎn)生的拉力最小，所以這個(gè)動(dòng)作是弧形閥不能正常工作的主要原因。

圖2 弧形閥受力分析

3 存在問題與改進(jìn)方法

3.1 加工精度與裝配質(zhì)量

由圖1可知，閥體由箱體、閥面、軸、拐臂、關(guān)節(jié)軸承、氣缸等組成。氣缸一端與氣缸箱由關(guān)節(jié)軸承相連，另一端連接關(guān)節(jié)軸承后與拐臂相連，拐臂和軸裝配，軸與閥體裝配。每個(gè)部件的精度均會(huì)影響到整體裝配質(zhì)量。這就要求箱體和閥面的制作尺寸必須與圖紙要求相同，符合焊接要求。軸和拐臂的機(jī)械加工精度滿足技術(shù)要求。組裝時(shí)必須保證氣缸活塞桿與導(dǎo)向裝置不傾斜，活塞可以平滑移動(dòng)。關(guān)節(jié)軸承和氣缸靈活可靠，拐臂和軸過盈配合，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)、保證兩側(cè)軸承同心，軸和閥體的鍵連接符合裝配要求。氣缸桿的軸向固定與箱體側(cè)面平行，確保氣缸的動(dòng)作為平面運(yùn)動(dòng)。

3.2 更改氣缸型號(hào)

弧形閥的動(dòng)力來源是氣缸，正常使用時(shí)，壓縮空氣的壓力不變（我公司現(xiàn)用壓縮空氣壓力為0.5 MP），通過更改氣缸型號(hào)來增大推動(dòng)弧形閥的轉(zhuǎn)矩。現(xiàn)用弧形閥氣缸為PMC－PSM型氣缸，缸徑為φ40，氣缸行程各不相同，但不影響氣缸的動(dòng)力。以PMC－PSM40－50－35為例，選用相同類別，缸徑為φ50，在壓縮空氣不變的情況下，由F＝P×S，S＝π×r2可知：

型號(hào) 氣缸活塞直徑mm氣缸桿直徑mm空氣壓力MPa收縮時(shí)受力面積≈cm2伸出時(shí)受力面積≈cm2氣缸拉力N氣缸推力N PMC－PSM40 φ40 φ16 0.5 11 13 550 650 PMC－PSM50 φ50 φ20 0.5 17 20 850 1 000

3.3 增加拐臂長(zhǎng)度

氣缸和拐臂安裝在氣缸箱體內(nèi)，氣缸箱體的大小影響拐臂的長(zhǎng)度。在改造中，為了盡量減少對(duì)原有設(shè)備的更改，將現(xiàn)用弧形閥拐臂的有效長(zhǎng)度100 mm，更改為115mm，由M＝F×L可知，在氣缸型號(hào)不變的情況下，增加拐臂的有效長(zhǎng)度，就可以增加作用在軸上的轉(zhuǎn)矩，從而增大閥面轉(zhuǎn)動(dòng)力。

3.4 更改密封條斷面形狀

在選用密封條時(shí)，應(yīng)考慮到純堿的腐蝕性和特殊情況下物料的高溫（100℃左右）對(duì)密封條的影響。保證閥口兩側(cè)密封條表面平整，閥口處切面整齊，具有一定的塑性。

由圖3所示將閥口兩側(cè)面密封條的端面形狀由矩形改為楔形，減小了弧面打開時(shí)兩側(cè)面產(chǎn)生的正壓力，增大了弧面動(dòng)作時(shí)的導(dǎo)向力，從而弧面動(dòng)作更靈活可靠。

圖3 閥口兩側(cè)的密封條

3.5 調(diào)整氣缸箱體的位置

氣缸箱體和閥體由螺栓裝配固定，常規(guī)意識(shí)是氣缸箱和閥體水平安裝，這樣兩個(gè)箱體各個(gè)邊和面都處于平行，比較美觀。將氣缸箱以弧形閥軸的端面為圓心旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)氣缸以和拐臂裝配的關(guān)節(jié)軸承為圓心旋轉(zhuǎn)，增大氣缸和拐臂的夾角，增大力臂。由M＝F×L可知，在氣缸原作用力下，增大力臂，從而增大了拐臂產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。此方法只限于現(xiàn)有使用設(shè)備，且設(shè)備安裝空間不受限制。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過對(duì)重力式定量包裝機(jī)弧形閥的結(jié)構(gòu)及受力分析，總結(jié)了增大弧面作用力的幾種改進(jìn)措施。我公司已經(jīng)對(duì)部分弧形閥氣缸改為PMC－PSM50，拐臂有效長(zhǎng)度增加至115mm，密封條端面已改為楔形，還對(duì)部分弧形閥氣缸箱體調(diào)整了角度，使氣缸與拐臂的夾角增大，改進(jìn)后效果均非常明顯。

［1］ 崔振勇，印建平.機(jī)械制圖［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

［2］ 張聰.自動(dòng)化食品包裝機(jī)［M］.廣東：廣東科技出版社，2003