YB47 型包裝機(jī)商標(biāo)紙第二傳送輥拆卸工裝的研制

張成鵬，張 杰，秦學(xué)軍

山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司濟(jì)南卷煙廠，濟(jì)南市高新區(qū)科航路2006 號(hào) 250104

ZB47型硬盒硬條包裝機(jī)組是我國引進(jìn)技術(shù)自行制造的國產(chǎn)高速包裝設(shè)備，包裝速度550 包/min［1-3］。設(shè)備的主機(jī)YB47 型包裝機(jī)商標(biāo)紙供給原理與國內(nèi)其他超高速包裝機(jī)組類似［4-5］，均采用商標(biāo)紙連續(xù)運(yùn)動(dòng)方式［6］，通過3 個(gè)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的傳送輥，利用吸孔將商標(biāo)紙吸附在輥體表面進(jìn)行傳送，與中速包裝設(shè)備僅在紙庫中吸附商標(biāo)紙方式相比較［7-8］，更能滿足機(jī)組高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。但由于第二傳送輥質(zhì)量較大，在設(shè)備維修和保養(yǎng)時(shí)依靠人力拆卸搬移困難，甚至出現(xiàn)因人手抓持不牢滑脫摔落的現(xiàn)象，造成第二傳送輥受損且存在安全隱患。目前針對(duì)包裝機(jī)組的研究大多集中在商標(biāo)紙對(duì)設(shè)備運(yùn)行影響等方面［9-10］，對(duì)于包裝機(jī)組零部件及拆裝工具涉及較少。其中，胡國勝等［11］采用弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)代替槽輪機(jī)構(gòu)，減少了YB47 型硬盒包裝機(jī)包裝輪間歇運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)器造成的沖擊；張成鵬等［12］對(duì)YB47 型包裝機(jī)商標(biāo)紙導(dǎo)向滾壓裝置進(jìn)行了改進(jìn)，解決了因潤滑油滲漏影響產(chǎn)品質(zhì)量、增大維修勞動(dòng)強(qiáng)度等問題；蔣卓芳等［13］研制了一種TOPSPIN切絲機(jī)進(jìn)刀電機(jī)拆卸工具，避免對(duì)精密零件造成損傷；吳傳緒等［14］設(shè)計(jì)了一種GD 包裝機(jī)組彈性聯(lián)軸器專用拆卸工具，縮短了維修時(shí)間。但對(duì)于YB47 型包裝機(jī)商標(biāo)紙第二傳送輥拆卸技術(shù)的研究則鮮見報(bào)道。為此，研制了一種YB47 型包裝機(jī)商標(biāo)紙第二傳送輥拆卸工裝，并利用SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行仿真測(cè)試，以期提高第二傳送輥的拆卸效率，降低維修保養(yǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 問題分析

1.1 工作原理

YB47 型包裝機(jī)商標(biāo)紙第二傳送輥主要由同步帶輪（1）、傳動(dòng)軸（2）、第二傳送輥（5）、相位盤（7）等部件組成，見圖1。同步帶輪（1）由同步帶組件得到轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力后，將動(dòng)力傳遞給傳動(dòng)軸（2），傳動(dòng)軸（2）通過螺釘（6）將第二傳送輥（5）與相位盤（7）固定在一起，帶動(dòng)第二傳送輥旋轉(zhuǎn)，此時(shí)商標(biāo)紙被吸附在第二傳送輥（5）外圓周表面上。吸風(fēng)管（12）、圓盤閥（4）、第二傳送輥（5）的吸風(fēng)腔（9）和圓周面上分布的吸孔構(gòu)成真空管路，第二傳送輥（5）內(nèi)端摩擦環(huán)與圓盤閥（4）的閥環(huán)工作面貼合，保證吸風(fēng)腔（9）與圓盤閥的吸風(fēng)室（13）相通，再經(jīng)過吸風(fēng)管（12）與設(shè)備真空系統(tǒng)相連。

圖1 商標(biāo)紙第二傳送輥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of structure of the second label transfer drum

第二傳送輥（5）設(shè)計(jì)有5 個(gè)工位，即外圓周表面均布有5 個(gè)凸起的定位模型，工作時(shí)商標(biāo)紙被吸附在模型上，而圓盤閥（4）有4 個(gè)吸風(fēng)室（13），當(dāng)?shù)诙魉洼仯?）轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)吸風(fēng)室依次控制各個(gè)定位模型的吸孔完成商標(biāo)紙的輸送。當(dāng)?shù)诙魉洼仯?）需要拆卸時(shí)，松脫螺釘（6），將第二傳送輥（5）向右平移，使其內(nèi)端安裝孔與軸承（10）脫離，相位盤（7）與定位銷（8）脫離，持續(xù)平移至脫離法蘭座（3），將第二傳送輥（5）取下露出圓盤閥（4），即可對(duì)圓盤閥（4）和第二傳送輥（5）進(jìn)行維修或保養(yǎng)。

1.2 存在問題

由于第二傳送輥表面分布有160 個(gè)吸孔，空氣中的灰塵和商標(biāo)紙上的粉塵會(huì)通過吸孔進(jìn)入第二傳送輥的吸風(fēng)腔，并逐漸吸附在吸孔和吸風(fēng)腔側(cè)壁上；圓盤閥的4 個(gè)吸風(fēng)室內(nèi)壁也會(huì)因灰塵吸附造成堵塞，使吸風(fēng)腔和吸風(fēng)室有效截面積減小，吸風(fēng)流量降低，導(dǎo)致商標(biāo)紙吸取不牢，進(jìn)而使商標(biāo)紙?jiān)谳斔瓦^程中歪斜造成設(shè)備停機(jī)，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在生產(chǎn)中需要定期對(duì)商標(biāo)紙第二傳送輥進(jìn)行清潔和保養(yǎng)。若采用壓縮空氣對(duì)第二傳送輥的內(nèi)腔吸風(fēng)管路進(jìn)行清潔，則會(huì)造成灰塵在吸風(fēng)室和管路轉(zhuǎn)角處堆積，不利于管路暢通。因此需要將第二傳送輥從機(jī)器上拆下進(jìn)行清潔，或者對(duì)磨損的軸承、圓盤閥閥環(huán)等部件進(jìn)行更換維修。此外，第二傳送輥是一個(gè)圓柱形金屬整體輥輪，直徑275 mm，高度310 mm，整體質(zhì)量達(dá)25.5 kg，其內(nèi)端安裝孔與法蘭座上的軸承配合緊密，且由于該設(shè)備未配備拆卸工具，僅靠人力拆卸搬運(yùn)，操作不便，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，在拆卸過程中由于徑向晃動(dòng)還容易造成安裝孔和軸承損傷，或因操作不當(dāng)存在人身安全隱患。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)第二傳送輥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種傳送輥拆卸工裝。該裝置主要由工裝推車、固定架組套、轉(zhuǎn)動(dòng)架組套、螺桿組套等部分組成，見圖2a。在拆卸過程中，通過移動(dòng)工裝推車，使傳送輥平穩(wěn)地從機(jī)器上平移拆下，并可旋轉(zhuǎn)90°使傳送輥成豎直狀態(tài)后放置在地面上，見圖2b。整個(gè)拆卸過程平穩(wěn)可靠，可避免第二傳送輥及其他零件與地面之間發(fā)生撞擊，安全省力。

2.1 工裝推車

圖2 第二傳送輥拆卸工裝結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of structure of special fixture for removing the second transfer drum

圖3 工裝推車結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of structure of fixture cart

選用GDX6 包裝機(jī)組隨機(jī)保養(yǎng)用工裝推車（工裝號(hào)37BV0M26），主要由支臂（4）、升降座（5）、導(dǎo)軸（6）、螺桿（7）等組成，見圖3。工裝推車由人力移動(dòng)，質(zhì)量為133 kg。升降座（5）的孔內(nèi)有螺紋套，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪（2）可使螺桿（7）旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使升降座沿導(dǎo)軸（6）移動(dòng)。支臂（4）安裝在升降座（5）上，可隨升降座（5）一起移動(dòng)，達(dá)到調(diào)節(jié)位置高低的作用。螺釘（3）用于固定與支臂（4）連接的部件。

2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)架組套

轉(zhuǎn)動(dòng)架組套主要由螺母（1）、支架板（2）、定位擋圈（4）、轉(zhuǎn)軸（6）等組成，在拆卸時(shí)起到支撐第二傳送輥的作用，見圖4。支架板（2）選用厚度為10 mm 的冷軋鋼板［15］，其前端設(shè)計(jì)為彎板并與支架板（2）焊接成一體，用于支撐傳送輥內(nèi)端外緣。為保證第二傳送輥拆卸穩(wěn)定，螺母（1）通過螺釘（7）固定在支架板（2）的后端。因矩形螺紋傳動(dòng)效率高，適用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋［15］，因此螺母的螺紋采用單線矩形螺紋，螺距為5 mm，直徑為25 mm。轉(zhuǎn)軸（6）固定在支架板（2）上，其穿過固定架組套上的套管后，定位擋圈（4）通過緊定螺釘（3）和（5）固定在轉(zhuǎn)軸上，避免轉(zhuǎn)動(dòng)架組套發(fā)生偏移。支架板（2）側(cè)面還增加一個(gè)直徑8.5 mm 的孔，用于工裝在水平和豎直方向上定位。

圖4 轉(zhuǎn)動(dòng)架組套結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of structure of rotating frame set

2.3 固定架組套

固定架組套主要由連接座（1）、支架板（2）、套管（4）、定位螺釘（5、7）、支撐桿（8）等組成，主要起連接和支撐作用，見圖5。支架板（2）選用厚度為10 mm 的冷軋鋼板，連接座（1）的凹槽與工裝推車支臂相配合，側(cè)面加工2 個(gè)直徑為8.5 mm 的孔對(duì)應(yīng)圖3 中工裝推車支臂上的螺釘進(jìn)行固定，避免固定架組套在支臂上發(fā)生位移。支架板（2）的后端面與連接座（1）通過3 個(gè)M8 螺釘（3）固定連接，在連接面上安裝有2 個(gè)直徑為6 mm 的定位銷，以保證零件連接的穩(wěn)定性，另一端套管（4）與活動(dòng)架組套的轉(zhuǎn)軸連接。圓座（9）焊接在支架板（2）側(cè)面，中心加工M10 螺孔，與定位螺釘（5）連接，用于定位組合后的轉(zhuǎn)動(dòng)架組套。為使轉(zhuǎn)動(dòng)架組套在豎直狀態(tài)時(shí)保持穩(wěn)定，采用M8 軸肩螺釘（6）將支撐桿（8）的一端固定在支架板（2）的側(cè)面，支撐桿（8）可以繞軸肩螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)；另一端通過定位螺釘（7）支撐在支架板（2）側(cè)面的孔內(nèi)，使支撐桿（8）緊貼在支架板（2）側(cè)壁上。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)架組套旋轉(zhuǎn)至豎直狀態(tài)時(shí)，先將定位螺釘（7）旋出，待支撐桿（8）旋轉(zhuǎn)到位后再旋入轉(zhuǎn)動(dòng)架組套的定位孔內(nèi)，使轉(zhuǎn)動(dòng)架組套定位在豎直狀態(tài)中。

圖5 固定架組套結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Schematic diagram of structure of bracket set

2.4 螺桿組套

圖6 螺桿組套結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Schematic diagram of structure of screw set

螺桿組套主要由手輪（1）、軸承（4、6）、軸承座（5）、螺桿（7）等組成，其作用是固定第二傳送輥，并在豎直狀態(tài)時(shí)通過旋轉(zhuǎn)螺桿將第二傳送輥放至地面，見圖6。根據(jù)第二傳送輥外端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸承座（5），其前端通過彈性擋圈（3）將向心軸承（4）安裝在沉孔內(nèi)，后端選用推力軸承（6）安裝在沉孔內(nèi)承受螺桿的軸向載荷［15］。螺桿（7）穿入軸承孔內(nèi)，螺桿的螺紋與轉(zhuǎn)動(dòng)架上的螺母螺紋相同，均采用單線矩形螺紋，螺距為5 mm，直徑為25 mm，后端的軸臺(tái)用于與推力軸承（6）配合，前端安裝手輪（1），軸承座（5）通過2 個(gè)M10 內(nèi)六角螺釘（2）固定在第二傳送輥外端的螺孔內(nèi)，使螺桿組套與第二傳送輥連接。根據(jù)第二傳送輥距地面的高度，使用SolidWorks 設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行評(píng)估，得到轉(zhuǎn)動(dòng)架組套在豎直狀態(tài)時(shí)第二傳送輥底端距地面的高度，進(jìn)而確定螺桿長(zhǎng)度為615 mm。工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪（1），通過螺桿和螺母的螺旋傳動(dòng)將第二傳送輥放置在地面上，最后取出螺釘（2），工裝與第二傳送輥分離。

2.5 仿真測(cè)試

圖7 第二傳送輥拆卸示意圖Fig.7 Schematic diagram of removing the second transfer drum

運(yùn)用SolidWorks 設(shè)計(jì)軟件將轉(zhuǎn)動(dòng)架組套（1）、固定架組套（4）、螺桿組套裝配在一起進(jìn)行機(jī)械仿真，見圖7。操作步驟為：①將轉(zhuǎn)動(dòng)架組套（1）的轉(zhuǎn)軸穿入固定架組套（4）的套管內(nèi)，用定位擋圈（2）進(jìn)行定位，定位螺釘（3）將轉(zhuǎn)動(dòng)架組套固定在水平狀態(tài)；再將螺桿組套的螺桿（8）旋入螺母（9）內(nèi)，安裝手輪（7），連接座（5）通過定位孔（6）與工裝推車支臂連接；完成組裝后移動(dòng)工裝推車，調(diào)節(jié)工裝推車支臂的高低位置，使螺桿（8）的中心線與第二傳送輥（13）的中心線對(duì)齊，再將工裝向第二傳送輥（13）方向移動(dòng)，直至軸承座（10）貼緊第二傳送輥（13）的外端相位盤；螺釘（11）選用圓柱頭內(nèi)六角螺釘，將其穿過轉(zhuǎn)動(dòng)架組套和軸承座的孔后旋入第二傳送輥（13）外端面預(yù)置的2 個(gè)M10 螺孔內(nèi)，進(jìn)而將軸承座固定在第二傳送輥相位盤端面上，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)架組套前端彎板位于第二傳送輥下方外圓周表面，起到支撐作用，至此工裝將第二傳送輥固定。②向外拉動(dòng)工裝推車，工裝帶動(dòng)第二傳送輥移動(dòng)，與傳動(dòng)軸（12）脫離，第二傳送輥（13）從機(jī)器上拆下；再將定位螺釘（3）退出轉(zhuǎn)動(dòng)組套上的定位孔，轉(zhuǎn)動(dòng)架組套旋轉(zhuǎn)90°后用固定架組套中的支撐桿（圖6）進(jìn)行定位，第二傳送輥（13）由水平狀態(tài)轉(zhuǎn)為豎直狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪（7）通過螺桿和螺母的螺旋傳動(dòng)將第二傳送輥（13）放至地面，松脫并取下2 個(gè)螺釘（11），工裝與第二傳送輥（13）分離。③保養(yǎng)或維修結(jié)束后，按相反步驟利用工裝將第二傳送輥（13）安裝至機(jī)器原位，完成拆卸和安裝功能。

3 應(yīng)用效果

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)備：YB47 型包裝機(jī)商標(biāo)紙第二傳送輥拆卸工裝1 套（由濟(jì)南恒川機(jī)械有限公司加工），2 臺(tái)YB47 型包裝機(jī)（上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）。

方法：2 名操作熟練的維修工A 和B，在2 臺(tái)包裝機(jī)上分別采用人工和工裝兩種方式將商標(biāo)紙第二傳送輥拆下后，再反向安裝恢復(fù)原位，統(tǒng)計(jì)拆卸時(shí)間，取平均值。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由表1 可見，人工拆卸第二傳送輥平均用時(shí)22.7 min，采用工裝拆卸僅需13.7 min，可減少時(shí)間9 min，提高工作效率約40%。

表1 YB47 型包裝機(jī)商標(biāo)紙第二傳送輥拆卸時(shí)間Tab.1 Time needed for removing the second label transfer drum from YB47 packer （min）

4 結(jié)論

研制了一種YB47 型包裝機(jī)商標(biāo)紙第二傳送輥拆卸工裝，通過移動(dòng)式旋轉(zhuǎn)支架固定第二傳送輥，使其能夠平穩(wěn)地從設(shè)備上平移拆下，并轉(zhuǎn)動(dòng)90°后放置到地面上，從而解決了第二傳送輥拆卸困難等問題，同時(shí)利用SolidWorks 機(jī)械設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行仿真測(cè)試。以YB47 型包裝機(jī)為對(duì)象，采用人工和工裝兩種方式對(duì)商標(biāo)紙第二傳送輥進(jìn)行拆卸測(cè)試，結(jié)果表明：采用工裝拆卸第二傳送輥比人工拆卸減少時(shí)間9 min，工作效率提高40%，有效降低了維修工勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了拆卸過程中對(duì)零部件和人身造成損傷。該工裝可以在與YB47 型包裝機(jī)結(jié)構(gòu)相同的其他包裝設(shè)備上推廣應(yīng)用。