GDX2條透明紙包裝機(jī)拉帶制動(dòng)裝置的改進(jìn)

熊學(xué)倫

（重慶煙草工業(yè)有限公司涪陵卷煙廠，重慶 408107）

0 引言

GDX2是20世紀(jì)中國(guó)煙草總公司從意大利引進(jìn)的包裝設(shè)備，因自動(dòng)化程度高、轉(zhuǎn)速快、包裝質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。某GDX2條透明紙包裝機(jī)頻繁出現(xiàn)拉帶供給過快、拉帶拉變形的問題，引起這些故障根本原因是拉帶制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)不合理，在使用一段時(shí)間后，制動(dòng)裝置精度降低，需要進(jìn)行換件等方式進(jìn)行維修，同時(shí)伴隨著不合格產(chǎn)品產(chǎn)生，需進(jìn)行報(bào)廢處理，給操作和維修帶來較大強(qiáng)度和難度，給生產(chǎn)安全性和經(jīng)濟(jì)性埋下隱患，為此對(duì)GDX2條透明紙包裝機(jī)拉帶制動(dòng)裝置進(jìn)行改進(jìn)。

1 拉帶供給問題

1.1 拉帶供給裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

拉帶供給裝置是由制動(dòng)裝置、導(dǎo)帶輪、擺桿等構(gòu)成，如圖1所示：①塊式制動(dòng)器的拉帶圈固定在制動(dòng)輪軸上，拉帶纏繞過導(dǎo)帶輪，最后與透明紙粘貼在一起作間歇性運(yùn)動(dòng)；②當(dāng)拉帶輸送時(shí)，拉帶帶動(dòng)擺桿向上逆時(shí)針擺動(dòng)，克服彈簧彈力帶動(dòng)制動(dòng)桿逆時(shí)針擺動(dòng)，制動(dòng)層與制動(dòng)輪分開，制動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)；③當(dāng)拉帶需要制動(dòng)時(shí)，擺桿順時(shí)針擺動(dòng)，彈簧推動(dòng)制動(dòng)層貼近制動(dòng)輪進(jìn)行制動(dòng)。

圖1 拉帶塊式制動(dòng)器

1.2 存在的問題

拉帶制動(dòng)裝置能起到正常供給拉帶的作用，但在使用一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)拉帶供給過快、拉帶變形的問題，見表1。拉帶變形次數(shù)及制動(dòng)失靈次數(shù)較多，拉帶變形出現(xiàn)質(zhì)量問題，換制動(dòng)輪及制動(dòng)桿次數(shù)較頻繁，反復(fù)維修反復(fù)出現(xiàn)，給操作和維修都帶來較大工作強(qiáng)度，以及不合格煙條報(bào)廢處理和配件消耗，都帶來一定經(jīng)濟(jì)損失。

表1 制動(dòng)裝置故障及維修情況 次/月

2 原因分析

經(jīng)分析，引起拉帶制動(dòng)不平衡的原因是制動(dòng)輪和制動(dòng)桿。

2.1 制動(dòng)圓輪與制動(dòng)桿磨損

如圖2所示，制動(dòng)桿與制動(dòng)層在制動(dòng)時(shí)，有壓力接觸摩擦，會(huì)產(chǎn)生磨損。磨損原因有3部分：①制動(dòng)輪與制動(dòng)層接觸面積為12×22=264 mm2，接觸面積小，壓力大；②制動(dòng)輪材料是鑄鋁，表面硬度不足100 HV；③制動(dòng)頻繁，每天制動(dòng)次數(shù)大約是30 000次，即2班，每班300箱，每箱50條。在高頻、摩擦力大的情況下，制動(dòng)接觸面極易磨損，制動(dòng)輪直徑變小，制動(dòng)層減薄，制動(dòng)面積越來越小，直到最后失效。

圖2 制動(dòng)裝置

2.2 彈簧塑性變形

在高頻制動(dòng)下，彈簧塑性變形，長(zhǎng)度變短，彈簧稍有變形就可能無法將制動(dòng)桿壓住制動(dòng)輪。

2.3 彈簧結(jié)構(gòu)

拉帶拉動(dòng)擺桿克服彈簧壓力，驅(qū)動(dòng)制動(dòng)桿釋放制動(dòng)輪，克服彈力時(shí)拉帶拉力變大，而拉帶較薄、韌性較差，若拉帶受力過大，拉帶就會(huì)變形或拉斷。

2.4 拉帶圈轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

圖3 拉帶圈和制動(dòng)輪

2.5 解決措施

由上述分析可知，制動(dòng)輪、制動(dòng)層磨損和彈簧變形都會(huì)引起拉帶輸送不穩(wěn)定。雖然維修手段能解決當(dāng)時(shí)故障，但是經(jīng)過一段時(shí)間，問題又反復(fù)出現(xiàn)，故障依然存在，目前并沒有有效措施能徹底解決，因此很有必要對(duì)拉帶制動(dòng)裝置進(jìn)行改進(jìn)。

3 改進(jìn)思路

引起拉帶輸送不穩(wěn)定的因素，主要是制動(dòng)裝置磨損和彈簧塑性變形，改進(jìn)目的是減少磨損和改變彈簧。

3.1 改進(jìn)彈簧

從前述分析可知，彈簧結(jié)構(gòu)已對(duì)拉帶輸送造成負(fù)面影響，并且彈簧存在塑性變形，在這種情況下考慮取消彈簧。

3.2 改進(jìn)塊式制動(dòng)器

既然彈簧取消，那么塊式制動(dòng)器不完整，就需要改變結(jié)構(gòu)，因此考慮取消制動(dòng)桿，而拉帶圈固定在制動(dòng)輪軸上，制動(dòng)輪需保留。于是將改進(jìn)工作集中在減少制動(dòng)輪磨損，可從兩方面進(jìn)行改進(jìn)：①增加制動(dòng)輪圓周表面硬度及耐磨性；②減少制動(dòng)輪圓周表面單位面積摩擦力。

由摩擦力f=μN(yùn)（μ為摩擦因數(shù)，N為正壓力）可知：要減少摩擦力可以降低摩擦系數(shù)μ和減少正壓力N，降低摩擦系數(shù)可以重新選擇材料；在受力一定的條件下，要減少制動(dòng)輪表面受單位面積上正壓力，就需要增大制動(dòng)面積。假設(shè)制動(dòng)面積在圓周上增加很多倍，相當(dāng)于長(zhǎng)度增加很多倍，等同于制動(dòng)帶。于是想到用制動(dòng)帶對(duì)制動(dòng)輪制動(dòng)，將塊式制動(dòng)器改進(jìn)成帶式制動(dòng)器。

3.3 帶式制動(dòng)器制動(dòng)原理

如圖4所示，間歇性向前輸送過程中，當(dāng)拉帶釋放過快時(shí)，擺桿在自身重力下順時(shí)針擺動(dòng)，帶動(dòng)制動(dòng)帶向下運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)輪被抱閘緊；當(dāng)拉帶需要向前輸送時(shí)，拉帶拉動(dòng)擺桿向上逆時(shí)針擺動(dòng)，擺桿帶動(dòng)制動(dòng)帶向上運(yùn)動(dòng)，松開抱閘緊的制動(dòng)輪，制動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，拉帶向前輸送。

圖4 帶式制動(dòng)器

4 改進(jìn)思路可行性分析

將塊式制動(dòng)器改成帶式制動(dòng)器，從兩方面進(jìn)行可行性分析。

4.1 結(jié)構(gòu)可行性

根據(jù)帶式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)原理，用一根制動(dòng)帶一端固定，另一端固定在擺桿上。當(dāng)制動(dòng)輪需要放松時(shí)，拉帶帶動(dòng)擺桿上抬，制動(dòng)帶一端也上抬，制動(dòng)帶與制動(dòng)輪分離；當(dāng)制動(dòng)輪需要制動(dòng)時(shí)，擺桿向下擺，帶動(dòng)制動(dòng)帶一端下擺，制動(dòng)帶緊貼向制動(dòng)輪，開始制動(dòng)。因此結(jié)構(gòu)可行。

4.2 功能可行性

功能主要是實(shí)現(xiàn)抱緊和松開制動(dòng)輪。選好一定長(zhǎng)度制動(dòng)帶固定在擺桿上，在擺桿重力作用下帶動(dòng)制動(dòng)帶，制動(dòng)輪被抱緊：如果擺桿重力足夠大，完全可以將制動(dòng)輪抱閘緊，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；如果擺桿重力不夠大，可以增大擺桿重力。拉帶帶動(dòng)擺桿向上運(yùn)動(dòng)松開制動(dòng)帶，能松開制動(dòng)輪。因此功能可實(shí)現(xiàn)。

5 改進(jìn)設(shè)計(jì)及實(shí)施

帶式制動(dòng)器主要由3部分組成：制動(dòng)輪，制動(dòng)帶，固定制動(dòng)帶的兩端子。需要設(shè)計(jì)制動(dòng)帶、兩固定端子和制動(dòng)輪的表面硬化處理方案。

5.1 帶式制動(dòng)器參數(shù)計(jì)算

5.2 各部件選材及尺寸制定

（1）制動(dòng)帶。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，制動(dòng)帶必須有塑性、韌性且耐磨等特點(diǎn)，GDX2機(jī)型外圍輸送帶恰好達(dá)到要求。將擺架置于下擺極限位置，制動(dòng)帶一端固定在墻板上，另一端固定在擺架凸輪上。凸輪上有一長(zhǎng)孔，可以用于調(diào)整制動(dòng)帶，保證制動(dòng)效果。此時(shí)測(cè)量?jī)晒潭ǘ俗硬⒔?jīng)過制動(dòng)輪的長(zhǎng)度，就可以確定制動(dòng)帶的長(zhǎng)度，在此基礎(chǔ)上減去2 mm，就是制動(dòng)帶長(zhǎng)度。經(jīng)測(cè)量制動(dòng)帶長(zhǎng)度為458 mm，如圖6所示。

圖5 帶式制動(dòng)器受力分析

圖6 制動(dòng)帶

（2）墻板端子。當(dāng)帶式制動(dòng)器在制動(dòng)時(shí)，固定端子所承受載荷不大，因此對(duì)其強(qiáng)度及韌性沒有要求，一并考慮經(jīng)濟(jì)性，所以選擇低碳鋼Q195。為了讓制動(dòng)帶完全與制動(dòng)輪保持平行，兩端子必須在同一平面上。因固定在凸輪端距墻板9 mm，那么固定在墻板端必有9 mm凸起。墻板固定端子如圖7所示。再用一顆10 mm螺栓固定在墻板上，同時(shí)用壓板將制動(dòng)帶夾在中間，用螺栓緊固。壓板結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖7 墻板固定端子

圖8 壓板

（3）擺桿端子。為了讓制動(dòng)帶完全與制動(dòng)輪保持平行，凸輪上的固定端子就減少凸起的9 mm，材料選擇低碳鋼Q195，如圖9所示。

圖9 凸輪固定端子

（4）制動(dòng)輪。制動(dòng)輪是鋁鑄件，其表面硬度不高，容易磨損，為了提高硬度和耐磨性，對(duì)其表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，使其硬度達(dá)到300 HV或以上，氧化膜厚10μm。

6 應(yīng)用及效果

為了驗(yàn)證改進(jìn)的效果，將帶式制動(dòng)器用于單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了1年試用，結(jié)果表明制動(dòng)性能及零部件使用壽命都得以提高。如果制動(dòng)帶或制動(dòng)輪有輕微磨損，可以通過調(diào)節(jié)凸輪與擺桿的相對(duì)位置來消除磨損產(chǎn)生的間隙。從2019年3月開始對(duì)工廠內(nèi)所有GDX2條透明紙包裝機(jī)拉帶制動(dòng)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)備改進(jìn)后的故障及維修情況見表2。帶式制動(dòng)器的制動(dòng)輪到目前為止沒有更換過，換制動(dòng)帶的次數(shù)相當(dāng)少，故障率極低，解決了拉帶輸送過程中出現(xiàn)的問題，提高了拉帶運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，減少了維修和配件更換，達(dá)到改進(jìn)的預(yù)期效果。

表2 改進(jìn)后帶式制動(dòng)器故障率及維修情況 次/月

7 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)拉帶塊式制動(dòng)器的改進(jìn)，解決了拉帶塊式制動(dòng)器存在的一些不足。結(jié)構(gòu)原理雖然簡(jiǎn)單，但是解決了生產(chǎn)中的問題，提高了設(shè)備的有效作業(yè)率，降低了零部件的費(fèi)用。自從改進(jìn)成帶式制動(dòng)器后，制動(dòng)輪表面磨損非常小，幾乎不更換，唯一需更換的是制動(dòng)帶，而制動(dòng)帶可以從已報(bào)廢的輸送帶中選取，因此現(xiàn)在帶式制動(dòng)器只需備很少的制動(dòng)輪庫(kù)存，達(dá)到改進(jìn)的目的。