延長(zhǎng)FOCKE FXS725 煙包輸出裝置傳動(dòng)軸使用壽命的研究

馬 娜，徐 澤，楊紹榮

（紅塔集團(tuán)大理卷煙廠，云南 大理671000）

FXS725 煙包輸出裝置在725 小盒包裝機(jī)尾部，在實(shí)際生產(chǎn)中煙包輸出裝置的傳動(dòng)軸使用壽命只有半年左右，且傳動(dòng)軸成本較高，導(dǎo)致維修成本居高不下。鄧聯(lián)新等通過更換材料、改善熱處理工藝、穩(wěn)定工藝操作延長(zhǎng)了膨脹干燥機(jī)螺桿軸的使用壽命[1]，本文提出重新計(jì)算并調(diào)整齒形帶張緊頻率和更換支承軸承型號(hào)來減小傳動(dòng)軸及其支承軸承的受力，延長(zhǎng)其使用壽命。

1 工作原理

FXS725 煙包輸出裝置的工作原理如圖1 所示，在吸風(fēng)室表面上連續(xù)運(yùn)動(dòng)的輸送帶通過真空使煙包吸附在輸送帶上，并將合格的煙包輸送至下游機(jī)，不合格的煙包向下掉落進(jìn)入剔除站[2]。其中輸送帶分別通過齒型帶輪驅(qū)動(dòng)，而齒型帶輪則通過一根雙面齒型帶由主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)，而經(jīng)常損壞的傳動(dòng)軸正是用于齒型帶輪的傳動(dòng)。

圖1 FXS725 煙包輸出裝置結(jié)構(gòu)及工作原理圖

2 問題分析

通過對(duì)FXS725 煙包輸出裝置損壞的傳動(dòng)軸進(jìn)行分析，傳動(dòng)軸磨損部位都在軸承安裝位置，說明傳動(dòng)軸磨損是由于軸承失效后與傳動(dòng)軸產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)行而引起的，而軸承失效是由于軸承載荷過大及軸承選型不合理導(dǎo)致的，因此減少軸承載荷和合理選擇軸承型號(hào)是解決問題的關(guān)鍵。

為了減少煙包輸出裝置磨損問題導(dǎo)致的煙包卡阻故障，降低煙包輸出裝置維修成本，急需設(shè)計(jì)出一套延長(zhǎng)傳動(dòng)軸使用壽命的方案。

3 問題解決

3.1 減小軸承載荷

軸承載荷過大主要原因是齒形帶張緊頻率過大，導(dǎo)致齒形帶對(duì)繞過傳動(dòng)軸時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力過大。

通過研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)XS725 煙包輸出裝置輸出載荷并不大，并且工藝生產(chǎn)對(duì)于輸出煙包的排列間隙要求不高，而廠家提供的在圖2 中A 點(diǎn)測(cè)量齒形帶張緊頻率為131 Hz，存在齒形帶張緊頻率偏高情況。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要，通過查找相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[3]，根據(jù)同步帶跨度長(zhǎng)度計(jì)算公式、齒形帶張緊力計(jì)算公式和皮帶張力與皮帶固有頻率計(jì)算公式，對(duì)齒形帶張緊頻率進(jìn)行重新計(jì)算：

式（1）（2）（3）中：t為跨度長(zhǎng)度，中心距離CD1=190 mm，CD2=220 mm；D為大滑輪直徑，120 mm；d為小滑輪直徑，40 mm；T為皮帶張力，N；Ti為初始張力，122.59 N；Y為補(bǔ)償系數(shù)，10.9；Lp為皮帶長(zhǎng)度，1 075 mm；m為單位長(zhǎng)度質(zhì)量，0.102 kg/1.075 m=0.095 kg/m；f為振動(dòng)頻率，Hz。

得出該處振動(dòng)頻率在45.2 Hz 左右即可滿足頻率為（50±5%）Hz，以達(dá)到降低齒形帶張緊力，減少傳送軸及其支承軸承負(fù)載的目的。

齒形帶張緊頻率測(cè)量位置如圖2 所示。

圖2 齒形帶張緊頻率測(cè)量位置圖

3.2 合理選擇軸承類型

傳動(dòng)軸、軸承受力分析[4]如圖3 所示。

圖3 傳動(dòng)軸、軸承受力分析圖

從圖3 可以看到，兩個(gè)支承軸承在運(yùn)行過程中主要是受到徑向載荷，而軸向只承受輕微的軸身重力。改進(jìn)前設(shè)備使用深溝球軸承，用于承受徑向和軸向同時(shí)作用的聯(lián)合負(fù)荷，而在本結(jié)構(gòu)中如此設(shè)計(jì)屬于軸向承載能力過剩，徑向負(fù)荷承載能力不足，徑向承載安全系數(shù)過小。為了增加徑向承載安全系數(shù)，改進(jìn)成一個(gè)滾針軸承加一個(gè)深溝球軸承，安裝在同一根軸上的方案，如圖4 所示。

圖4 軸承選型改造圖

其中，滾針軸承和球軸承共同支承傳動(dòng)軸，徑向負(fù)荷靠滾針軸承和球軸承共同承受，軸向負(fù)荷由球軸承承受，這樣設(shè)計(jì)在徑向就有了足夠的承載能力，既能滿足較大的徑向負(fù)荷，同時(shí)又能適應(yīng)較小的軸向負(fù)荷，不僅保證在徑向有足夠的安全系數(shù)，而且在軸向也不會(huì)承載能力過剩，還滿足了設(shè)備空間狹小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

3.3 改造前后傳動(dòng)軸使用壽命對(duì)比

改造前每年每臺(tái)FXS 包裝機(jī)平均更換4 根傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸使用壽命在半年左右，改造后1 年3 個(gè)月，改造后的設(shè)備才出現(xiàn)傳動(dòng)軸磨損情況，改造后傳動(dòng)軸的使用壽命提高了2.5 倍，改進(jìn)效果顯著。

4 結(jié)語

該研究解決了由于傳動(dòng)軸及其支承軸承負(fù)載過重導(dǎo)致傳動(dòng)軸使用壽命過短的問題，減少了因傳動(dòng)軸磨損引起的煙包卡阻故障，降低了煙包輸出裝置的維修成本。同時(shí)，減少了傳動(dòng)軸更換次數(shù)，減少了設(shè)備修理次數(shù)，提升了設(shè)備的有效作業(yè)率。此改進(jìn)方案實(shí)施簡(jiǎn)單方便，改進(jìn)效果顯著，實(shí)施成本合理，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。