ZJ116卷接機(jī)組刀盤驅(qū)動(dòng)部套熱交換器滲油問題分析與解決

摘要：分析了ZJ116卷接機(jī)組刀盤驅(qū)動(dòng)中熱交換器滲油及傳動(dòng)箱體溫升偏高的原因，制定了改變節(jié)流嘴孔徑和傳動(dòng)箱體內(nèi)部尺寸的解決方案，實(shí)驗(yàn)表明該熱交換器已無滲油問題，傳動(dòng)箱體平均溫升由32.25℃降低到25.1℃，提升了刀盤驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：ZJ116卷接機(jī)組刀盤驅(qū)動(dòng);熱交換器;傳動(dòng)箱體;滲油;溫升偏高;節(jié)流嘴;泵吸作用;試車臺(tái)

引言

ZJ116超高速卷接機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱ZJ116）是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的卷接產(chǎn)品之一，其生產(chǎn)技術(shù)的消化吸收為國(guó)家煙草專賣局“超高速卷接包機(jī)組研制重大專項(xiàng)工作”的重要組成部分。刀盤驅(qū)動(dòng)是該機(jī)組一個(gè)關(guān)鍵部套，它承擔(dān)著煙支切割的功能。該部套在生產(chǎn)初期運(yùn)行質(zhì)量不穩(wěn)定，出現(xiàn)熱交換器滲油和傳動(dòng)箱體溫升偏高的問題，嚴(yán)重影響了項(xiàng)目的推進(jìn)工作，我們經(jīng)過反復(fù)探索和多批次的試驗(yàn)，探索出較好的解決辦法，提升了本部套的運(yùn)行質(zhì)量。

1.刀盤驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介

圖1為刀盤驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖，電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶輪，由帶輪帶動(dòng)連軸節(jié) 、主傳動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪，從而帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)煙支切割運(yùn)動(dòng)。主傳動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪均為圓弧齒輪，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，一部分潤(rùn)滑油（以下簡(jiǎn)稱油）流在從動(dòng)齒輪的頂部，由于齒輪旋轉(zhuǎn)，在慣性力的作用下，油飛濺到主動(dòng)齒輪上，從而潤(rùn)滑齒輪傳動(dòng)副;一部分油通過油管潤(rùn)滑軸承，最后所有的油均流到傳動(dòng)箱體的底部，再由回油管流出。熱交換器高于傳動(dòng)箱體600mm，用于傳動(dòng)箱體內(nèi)油氣的排出，一根排氣管將傳動(dòng)箱體同熱交換器連接起來，同時(shí)熱交換器連接一根冷凝回油管用于熱交換器的冷凝油的回流。

2.存在問題及原因分析

2.1存在的問題

ZJ116在運(yùn)行4小時(shí)以后，熱交換器的熱交換孔有小量油冒出（滲油），冷凝回油管有10 mL/min的油回流，同時(shí)傳動(dòng)箱體的溫升約32℃（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)40℃[1]），同等運(yùn)行情況下的ZJ17接機(jī)組為27℃，比ZJ17高了5℃。

2.2原因分析

2.2.1由于傳動(dòng)箱體的進(jìn)油量大于回油孔的排油量，使得傳動(dòng)箱體內(nèi)的油不斷增多導(dǎo)致油從油氣管進(jìn)入熱交換器，當(dāng)油量大于熱交換器冷凝回油管的排油量就會(huì)有油從熱交換器的氣孔溢出。

2.2.2傳動(dòng)箱體內(nèi)兩個(gè)型腔之間的底部加強(qiáng)筋尺寸H過大（見圖2），造成齒頂浸泡在油中，使得從動(dòng)齒輪型腔底部積累油，在齒輪右側(cè)形成封閉油腔，當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在齒輪和箱體壁之間就會(huì)形成泵吸作用，產(chǎn)生油壓。

2.2.3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（從刀盤前面往后看），如果從動(dòng)齒輪與箱體壁之間間隙過小，在齒輪和箱體壁之間就會(huì)形成泵吸作用，產(chǎn)生油壓。

2.2.4潤(rùn)滑油滯留在油箱內(nèi)，帶走熱量減小，冷卻效果降低，同時(shí)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)反復(fù)攪拌潤(rùn)滑油產(chǎn)生大量熱量，兩種因素共同作用造成溫升偏高。

3.解決方法及步驟

3.1確定合理進(jìn)油量

潤(rùn)滑油用于潤(rùn)滑、冷卻[2]，油量過大會(huì)形成排油不暢，油量過小，冷卻效果會(huì)降低，溫升會(huì)增大，因此需要確定合理進(jìn)油量。

我們對(duì)ZJ17和ZJ116刀盤驅(qū)動(dòng)的實(shí)際進(jìn)油量進(jìn)行了測(cè)量（見表1），ZJ17產(chǎn)品長(zhǎng)期生產(chǎn)且質(zhì)量穩(wěn)定，說明冷卻效果良好，其實(shí)際進(jìn)油量可以當(dāng)作理想進(jìn)油量。ZJ17和ZJ116刀盤驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和載荷基本一致，我們根據(jù)轉(zhuǎn)速比，確定ZJ116理想進(jìn)油量 ：

=（2000/1750） ×29=33（ mL/min）。

表1 ? ZJ17及ZJ116刀盤驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑油量比較表

3.2確定節(jié)流嘴節(jié)流孔直徑d

為控制進(jìn)油量，進(jìn)油口裝配了一個(gè)節(jié)流嘴。原有節(jié)流嘴孔徑φ1，進(jìn)油量41mL/min，由于油壓不變，為保證理想進(jìn)油量（ ）33mL/min，需要采用更小孔徑的節(jié)流嘴，因此新節(jié)流嘴節(jié)流孔直徑d為：

d=（33/41） ×φ1=φ0.805（mm）

因此選用φ0.8mm的節(jié)流嘴。

3.3制定傳動(dòng)箱體內(nèi)兩個(gè)型腔之間的加強(qiáng)筋的高度H

潤(rùn)滑油由從動(dòng)齒輪箱底流向主動(dòng)齒輪型腔屬于孔口出流中的淹沒出流[3]，流量計(jì)算公式[3]為：

Q= =μA ? ? ? ? ? （1）

式中μ=0.62[3]，A= ×0.01m（傳動(dòng)箱體過油截面寬度），g=9.8m/s2， ?為過油截面高度。

由（1）得： =0.73mm

齒輪的齒頂圓直徑為φ121.9mm，油面應(yīng)低于齒頂圓所以：

H≤120-121.9/2-0.73≤58.32（mm）

3.4制定從動(dòng)齒輪處傳動(dòng)箱體型腔直徑D1

原有D1為φ140mm，由于泵吸作用的油量不大，我們可以利用實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定。

3.5設(shè)計(jì)刀盤驅(qū)動(dòng)試車臺(tái)

為驗(yàn)證改進(jìn)方案，我們?cè)O(shè)計(jì)了刀盤驅(qū)動(dòng)試車臺(tái)

（見圖3），主要具備以下功能：

3.5.1完全模擬刀盤驅(qū)動(dòng)在設(shè)備中的工作狀態(tài)，保證熱交換器與刀盤驅(qū)動(dòng)之間的相對(duì)高度600mm。

3.5.2獨(dú)立供油系統(tǒng)，油量可調(diào)。

3.5.3電機(jī)采用伺服驅(qū)動(dòng)，保證無級(jí)變速。

3.5.4交換器與刀盤驅(qū)動(dòng)之間用透明油管連接，一旦有油壓形成，便可馬上發(fā)現(xiàn)，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，調(diào)高效率。

3.6實(shí)驗(yàn)步驟

3.6.1控制進(jìn)油量

將入油孔節(jié)流嘴由φ1mm改為φ0.8mm，調(diào)節(jié)供油系統(tǒng)，保證供油量為33mL/min。

3.6.2控制傳動(dòng)箱體內(nèi)兩個(gè)型腔之間的加強(qiáng)筋的高度H

（1）由4.3計(jì)算可知H≤58.32mm， 由于過油截面只能用砂輪修整，留有圓角，不是長(zhǎng)方形，再加上從軸承來的油量，經(jīng)過試驗(yàn)表明將H定位56mm較好。

（2）為便于檢測(cè)，設(shè)計(jì)專用檢測(cè)工裝，見圖4。

（3）我們對(duì)3個(gè)零件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無泵吸現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生，也無強(qiáng)度不夠、零件變形等質(zhì)量問題。

3.6.3控制傳動(dòng)箱體內(nèi)

我們將D1原有尺寸為φ142mm，我們按φ143mm、φ143.5mm、φ144mm、φ144.5mm和φ145mm分別試驗(yàn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明D1=φ144時(shí)透明油管無上升油產(chǎn)生，即無泵吸現(xiàn)象。為穩(wěn)妥起見，我們將D1選定為φ145mm。我們對(duì)3個(gè)零件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無泵吸現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生，也無強(qiáng)度不夠、零件變形等質(zhì)量問題。

4.改進(jìn)效果

4.1經(jīng)過連續(xù)8臺(tái)機(jī)組驗(yàn)證均無滲油問題發(fā)生;

4.2我們對(duì)攻關(guān)前后的溫升（試車8小時(shí)后）進(jìn)行對(duì)比（見表2）

表2 ?刀盤驅(qū)動(dòng)溫升情況對(duì)比表

從表中可以看出，ZJ116的溫升由平均32.25℃降低到25.1℃，優(yōu)于ZJ17的27℃，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)40℃。

5.結(jié)語

滲油問題實(shí)際上由于進(jìn)油量過大、加上傳動(dòng)箱體與齒輪齒頂之間間隙過小、加強(qiáng)筋過高所引起，溫升過高由于油路不暢，散熱不好所致。通過攻關(guān)活動(dòng)，既解決了刀盤驅(qū)動(dòng)熱交換器滲油問題，又降低了傳動(dòng)箱體的溫升。本項(xiàng)目成果已經(jīng)在新設(shè)備和大修設(shè)備上全面推廣應(yīng)用，不但提升了刀盤驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行質(zhì)量，而且對(duì)提高ZJ116卷接機(jī)組的使用質(zhì)量具有重要意義，為國(guó)家煙草專賣局重大專項(xiàng)工作的順利推進(jìn)做出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：許兵（1985-），男，工程機(jī)械專業(yè)學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)主要從事煙草卷接機(jī)械產(chǎn)品裝配調(diào)試和裝配檢測(cè)技術(shù)工作。