FOCKE 包裝機(jī)直紋滾花輸送輥的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李惠峰 徐正剛 謝 偉

（紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，云南 玉溪653100）

1 概述

FOCKE350 包裝機(jī)小盒商標(biāo)紙吸取輸送機(jī)構(gòu)，主要功能是完成商標(biāo)紙拾取輸送，在輸送過程中完成涂膠、打碼等動(dòng)作。該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整點(diǎn)多，易損件多穩(wěn)定性差等特點(diǎn)。商標(biāo)紙輸送阻塞、歪斜故障是該部件的主要故障，發(fā)生頻率高，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成較大隱患，由于輸送通道設(shè)計(jì)緊湊，如發(fā)生阻塞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成周邊相關(guān)零件的損壞。我們?cè)趯?duì)商標(biāo)紙吸取輸送機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理和實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了詳細(xì)分析后, 發(fā)現(xiàn)主要問題存在于第一輸送輥對(duì)處。為提高設(shè)備的穩(wěn)定性，消除產(chǎn)品質(zhì)量隱患，我們對(duì)商標(biāo)紙輸送機(jī)構(gòu)的第一輸送輥對(duì)處的相關(guān)零部件進(jìn)行了改進(jìn)。

2 商標(biāo)紙輸送方式及機(jī)構(gòu)原理

2.1 商標(biāo)紙輸送原理

從商標(biāo)紙輸送示意圖（圖1）中可以看出，商標(biāo)紙從吸紙輪釋放后，到達(dá)折疊拍板前共經(jīng)過四對(duì)輸送輪。第一輸送輥輪為商標(biāo)紙接紙輸送輪，作用是將吸紙輪的商標(biāo)交接到商標(biāo)紙輸送通道。第二輪為小盒打碼的鋼印輪，對(duì)商標(biāo)紙進(jìn)行打碼。第三輪為商標(biāo)紙涂膠輪，對(duì)商標(biāo)紙進(jìn)行涂膠。最后一組為商標(biāo)紙的傳輸輪，作用是將商標(biāo)紙快速輸送到折疊位置。

圖1 商標(biāo)紙輸送示意圖

2.2 第一輸送輥結(jié)構(gòu)分析

2.2.1 如圖2 所示，第一輸送輥由上面的定輥和下面的壓輥組成，壓輥兩端安裝有彈簧，由于彈簧的壓力，壓輥始終受到一個(gè)壓向固定輥的力，使兩者始終接觸，從而壓住商標(biāo)紙向前輸送。兩輥之間的最小間隙由輥兩端的限位環(huán)面限定，不可調(diào)節(jié)。定輥上設(shè)計(jì)有凹槽，凹槽內(nèi)安裝有截面直徑為4mm 的O 型橡膠圈。工作時(shí)橡膠圈被壓緊變形，以增加輸送輥和商標(biāo)紙間的摩擦力，保證商標(biāo)紙的正常輸送。

圖2 第一輸送輥間隙示意圖

但橡膠圈使用一段時(shí)間會(huì)產(chǎn)生塑性變形和磨損，造成兩輥對(duì)商標(biāo)紙的夾持力減小。橡膠圈磨損后直徑繼續(xù)減小，就會(huì)出現(xiàn)商標(biāo)紙輸送打滑，導(dǎo)致商標(biāo)紙輸送不順暢，造成商標(biāo)紙進(jìn)入商標(biāo)輸送通道后出現(xiàn)商標(biāo)頻繁阻塞、涂膠位置不正確及小盒鋼印錯(cuò)位等故障現(xiàn)象。

2.2.2 一般出現(xiàn)上述故障時(shí)更換設(shè)備上第一輸送輥的橡膠圈后設(shè)備就能恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。但O 型橡膠圈更換后，由于磨損快，使用周期短，隨著其使用時(shí)間的延長(zhǎng)，阻塞故障一直呈上升趨勢(shì)。而發(fā)生商標(biāo)紙堵塞故障時(shí)，故障處理至少需要10 分鐘以上，對(duì)生產(chǎn)效率將產(chǎn)生一定影響，同時(shí)也造成原輔材料的浪費(fèi)。

2.3 第一輸送輥的受力分析

2.3.1 如圖2 所示，安裝橡膠圈的輸送定輥2 兩端的直徑不同，限位環(huán)面端直徑為39.6mm，安裝橡膠圈的小端直徑為39mm，則在未安裝橡膠圈時(shí)該位置的上下輸送輥間隙為：0.3mm。而安裝橡膠圈的槽直徑為32mm，考慮到橡膠圈受到一定的拉伸但是拉伸量不大，因此O 型橡膠圈的直徑仍然按照4mm 計(jì)算，則安裝橡膠圈后的理論直徑為40mm，大于限位環(huán)面端直徑39.6mm,說明橡膠圈安裝后將在輸送定輥和壓緊輥間產(chǎn)生了0.2mm 的壓縮形變。

2.3.2 從商標(biāo)紙輸送過程分析：商標(biāo)紙的輸送是一個(gè)純滾動(dòng)的傳遞過程，是通過送紙輥之間的壓力使商標(biāo)紙和輥輪的表面產(chǎn)生摩擦力實(shí)現(xiàn)商標(biāo)紙輸送。從摩擦力計(jì)算公式分析，可以得到兩個(gè)滾輪間的間隙變化為什么會(huì)影響商標(biāo)紙的正常輸送。計(jì)算公式為：

式中：

Fmax 為最大靜摩擦力

μ 為靜摩擦系數(shù)

N 為正壓力

從上面的計(jì)算公式可以看出，當(dāng)靜摩擦系數(shù)不變前提下，正壓力和最大靜摩擦力（摩擦力）成正比。產(chǎn)生正壓力的前提是表面相互接觸并使接觸面發(fā)生彈性形變，才能產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)?shù)谝惠斔洼伒南鹉z圈磨損達(dá)到需要更換狀態(tài)時(shí)，橡膠圈對(duì)商標(biāo)紙的壓力減小，造成摩擦力減小，商標(biāo)紙沒有向前的力，將會(huì)造成商標(biāo)紙輸送打滑并堵塞。

因此橡膠圈磨損到一定程度后，導(dǎo)致第一輸送輥商標(biāo)紙和輸送輥間壓力較小，導(dǎo)致商標(biāo)紙輸送摩擦力減小，是造成商標(biāo)紙輸送堵塞的主要原因。

3 具體實(shí)施方案

3.1 改進(jìn)新裝置的設(shè)計(jì)

從前述分析可以看出，保證商標(biāo)紙輸送的摩擦力是保證商標(biāo)紙正常輸送的先決條件，商標(biāo)紙輸送摩擦力的保證，就需要及時(shí)的對(duì)橡膠圈進(jìn)行更換。而橡膠圈使用壽命較短，當(dāng)更換不及時(shí)，將影響商標(biāo)紙正常輸送，同時(shí)由于使用壽命的原因，橡膠圈的更換也較為頻繁，不僅增加了維修工作量，也增加了零備件的成本。為此，需要重新設(shè)計(jì)改進(jìn)第一輸送輥定輥，才能徹底解決問題。我們決定將第一輸送輥定輥改為鋼件平面輥結(jié)構(gòu)，使輥的面對(duì)與商標(biāo)紙的接觸面積增大，以提高輸送輥輸送商標(biāo)時(shí)的摩擦力。

3.2 輸送輥的材料及尺寸選擇

3.2.1 借鑒其他一些包裝機(jī)設(shè)備的商標(biāo)紙輸送方式，重新設(shè)計(jì)第一輸送輥，表面采用直紋滾花處理，如圖3 所示,以增加輸送的穩(wěn)定性，使輸送具有更好的防滑性能。選材時(shí)考慮便于加工、經(jīng)濟(jì)耐用，因此選用較為常見的40Cr 鋼。為使輥輪的工作面具有較強(qiáng)的耐磨和更高的硬度，零件表面采用滲氮處理。經(jīng)過熱處理后零件有良好的機(jī)械性能，由于零件表面硬度可達(dá)HV450，因此磨損量很小幾乎忽略不計(jì)，上下輸送輥之間間隙也將長(zhǎng)期保持一個(gè)恒定值。

圖3 輸送輥改進(jìn)方案示意圖

3.2.2 要使商標(biāo)紙順利輸送同時(shí)不損傷商標(biāo)紙表面，前提是保證第一輸送輥的上下輥之間有合理的間隙。由于第一輸送輥是接紙輸送輥，為實(shí)現(xiàn)順利交接商標(biāo)紙因此上下輥之間應(yīng)留有一定的間隙，以保證商標(biāo)紙的前端能平穩(wěn)進(jìn)入。新的直紋滾花輸送輥進(jìn)行了安裝調(diào)試，并進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試，結(jié)果能滿足商標(biāo)紙接紙輸送要求，送紙穩(wěn)定不打滑。圖4 為第一輸送定輥的零件圖。

圖4 第一輸送輥定輥零件圖

3.2.3 由于上面直紋滾花輸送輥接觸商標(biāo)紙背面，下面壓緊輥是光面輥接觸印刷面，在測(cè)試中低速運(yùn)行時(shí)直紋滾花輸送輥和商標(biāo)紙的接觸面無明顯壓痕印跡。輸送輥的正壓力可適當(dāng)調(diào)低，保持調(diào)整后的摩擦力恒定。商標(biāo)紙的厚度為大約0.25mm，并有一定的波動(dòng)范圍，要保證有足夠的摩擦力輥輪的間隙不能大于0.20mm，另外要保證進(jìn)紙順利間隙又不能為零。根據(jù)這計(jì)算輸送輥限位面端的直徑Φ39.6mm 保持不變，則新的輥?zhàn)拥闹睆綖棣?9.3mm。第一輸送輥定輥與壓輥之間的間隙為0.15mm，這個(gè)間隙既能方便商標(biāo)紙順利進(jìn)入又能保證有足夠的摩擦力輸送商標(biāo)紙，如圖5 所示。計(jì)算公式為：

限位環(huán)面直徑- 直紋滾花輸直徑÷2 半徑=間隙（39.6mm-39.3mm）/2=0.15mm

圖5 直紋滾花輸送輥配合示意圖

4 使用效果分析

我們此次改進(jìn)的機(jī)臺(tái)有四臺(tái)，分別時(shí)3#、4#、5#和7#。我們?cè)诟倪M(jìn)前就對(duì)這四臺(tái)機(jī)器的輸送輥引起的商標(biāo)紙輸送故障頻次（即堵塞次數(shù)）進(jìn)行過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如表1 所示。

表1 輸送輥改進(jìn)前商標(biāo)紙阻塞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表(單位：次)

在改進(jìn)后，同樣對(duì)這4 臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了為期兩個(gè)月的跟蹤試驗(yàn)，對(duì)由于輸送輥引起的商標(biāo)紙輸送故障頻次（即堵塞次數(shù)）進(jìn)行據(jù)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2：

表2 輸送輥改進(jìn)后商標(biāo)紙阻塞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表(單位：次)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，商標(biāo)紙阻塞的頻次在改造后大幅下降，故障停機(jī)時(shí)間也隨之減少，總的廢次品數(shù)量也明顯下降，減少了原輔材料的消耗。說明采用的技術(shù)改進(jìn)方法是成功和有效的。從改進(jìn)使用至今，輸送輥表面無明顯磨損。該項(xiàng)新裝置已經(jīng)在車間其他FOCKE350 包裝機(jī)組上推廣使用。

5 結(jié)論

通過對(duì)原設(shè)備結(jié)構(gòu)性能的研究, 對(duì)產(chǎn)生故障現(xiàn)象的原因分析，重新改進(jìn)設(shè)計(jì)硬盒商標(biāo)紙第一輸送輥的材料及結(jié)構(gòu)。改造后輸送輥較耐磨性能得到極大提高，使用周期長(zhǎng)，對(duì)商標(biāo)紙的摩擦力穩(wěn)定，使商標(biāo)紙?jiān)谳斔瓦^程中穩(wěn)定可靠，有效降低了商標(biāo)紙輸送中的拾取不順暢、歪斜、阻塞等故障，減少零備件消耗及成本，該直紋滾花輸送輥設(shè)計(jì)可以廣泛應(yīng)用于FOCKE350 包裝機(jī)機(jī)組?；谄浣鉀Q問題的創(chuàng)新性和設(shè)計(jì)的實(shí)用性，新型直紋滾花輸送輥已經(jīng)獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予的實(shí)用型發(fā)明專利。