FILTROMAT-S2 濾棒發(fā)射機發(fā)射機構(gòu)改進

徐 杰

（紅云紅河煙草（集團）有限責(zé)任公司紅河卷煙廠，云南紅河 652399）

0 引言

濾嘴棒發(fā)射機是濾棒與卷包車間相互連接的重要設(shè)備，發(fā)射機運行狀態(tài)正常與否，直接影響卷包車間生產(chǎn)效率。FILTROMAT-S2 濾嘴棒發(fā)射機（以下簡稱為FT-S2）是德國豪尼公司設(shè)計生產(chǎn)，利用壓縮空氣輸送濾棒的設(shè)備。該設(shè)備在長期運行后，因設(shè)備老化等原因，發(fā)射機夾傷濾棒等故障頻發(fā)。

1 FT-S2 濾嘴棒發(fā)射機發(fā)射機構(gòu)工作原理及存在問題

1.1 發(fā)射機構(gòu)工作原理

發(fā)射鼓采用金屬材料，密封槽采用樹脂材料，在運行過程中，兩者之間通過一定的壓力貼合來實現(xiàn)密封，在兩者之間形成的密閉空間內(nèi)利用壓縮空氣推動濾棒，通過發(fā)射鼓的旋轉(zhuǎn)，把濾棒按一定節(jié)拍和間隔輸送到下游的濾棒接收機。

1.2 發(fā)射鼓與密封槽受力分析

發(fā)射鼓與密封槽受力分析如圖1 所示，忽略重力G 的影響，則有：

圖1 發(fā)射鼓與密封槽受力分析

式中，F(xiàn)1為密封槽對發(fā)射鼓的壓力，F(xiàn)2為發(fā)射鼓對密封槽的壓力，F(xiàn)3為運行過程中密封槽對發(fā)射鼓的摩擦力，F(xiàn)4為運行過程中發(fā)射鼓對密封槽的摩擦力，μ 為發(fā)射鼓與密封槽之間的動摩擦因數(shù)[1]。

因為發(fā)射鼓與密封槽之間存在相對運動和摩擦，而密封槽為樹脂材料，容易產(chǎn)生磨損（圖2），導(dǎo)致發(fā)射機構(gòu)之間氣密性降低，出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，從而導(dǎo)致發(fā)射濾嘴棒的過程中發(fā)射機輸出氣流速度降低，造成發(fā)射鼓夾傷濾棒故障。

圖2 磨損的密封槽

2 原因分析

通過對各項影響因素的綜合分析，確定引起FT-S2 濾嘴棒發(fā)射機故障的主要因素為發(fā)射機構(gòu)氣密性降低，解決氣密性問題可以提高發(fā)射機輸出氣流速度，從而消除故障，所以把發(fā)射機構(gòu)確定為改進目標(biāo)。

本著改動最少的原則，所以改進過程不針對原設(shè)備壓縮空氣輸入管路。也就是發(fā)射機構(gòu)在入口氣壓、大氣壓和管道等相關(guān)條件不變的前提下進行改進，單位時間內(nèi)輸入空氣流量也是不變的。根據(jù)泊肅葉定律：

式中，Q 為空氣流量，r 為管半徑，P1為輸入氣壓，P2為大氣壓，η 為粘滯系數(shù)，L 為管長度。

因為輸入氣體沿流線運動過程中，總壓強之和保持不變。所以當(dāng)發(fā)射機構(gòu)發(fā)生漏氣現(xiàn)象時，通過發(fā)射機構(gòu)的氣流產(chǎn)生損失，使得總壓強減小，也就導(dǎo)致發(fā)射機構(gòu)輸出總氣壓減小，出口端空氣流量Q 也隨之減小。

根據(jù)連續(xù)性方程：

式中，r 為管半徑，V 為氣體速度，Q 為出口端空氣流量[2]。

由式（5）可知，在管徑不變的情況下，單位時間空氣流量Q減小，發(fā)射機構(gòu)出口輸出的有效工作氣流速度也相應(yīng)降低。

改進前，在輸入氣壓為2.5 bar（1 bar=0.1 MPa）的條件下，各FT-S2 濾棒發(fā)射機組發(fā)射單元空載狀態(tài)下輸出氣流速度平均值見表1。由表1 可知，改進前發(fā)射機各發(fā)射單元輸出氣流速度均值為11.71 m/s。

表1 空載狀態(tài)下輸出氣流速度m/s

3 改進方案

3.1 改進目的

因為FT-S2 濾棒發(fā)射機原密封槽主要表現(xiàn)出來的問題為磨損，所以改進方案以消除密封槽磨損為出發(fā)點，主要改進內(nèi)容有：①發(fā)射鼓與密封槽塊相互之間不發(fā)生接觸，徹底消除磨損；②工作面無需潤滑，消除濾棒受污染風(fēng)險；③不產(chǎn)生潤滑產(chǎn)生的污垢，無需進行清潔。最終確定了非接觸工作方式的改進方案。

3.2 方案設(shè)計

結(jié)合FT-S2 濾棒發(fā)射機設(shè)備自身結(jié)構(gòu)特點，決定采用增加發(fā)射鼓及密封槽長度，在發(fā)射鼓上加裝套筒的改造方案來實現(xiàn)發(fā)射鼓與密封槽之間的非接觸工作方式，消除密封槽的磨損問題。

3.2.1 密封槽與發(fā)射鼓之間間隙的確定

在結(jié)構(gòu)上，發(fā)射鼓與密封槽之間的配合既要保證發(fā)射鼓能高速旋轉(zhuǎn)，又不允許發(fā)射鼓與密封槽產(chǎn)生表面摩擦，同時還要使氣體泄漏盡可能小。發(fā)射鼓與密封槽之間的泄漏量可按縫隙流量公式計算：

式中，d 為發(fā)射鼓直徑，δ 為間隙寬度，ΔP 為間隙兩端壓差，μ 為空氣動力黏度，L 為間隙長度，ε 為偏心比[3]。

式（6）表明，配合間隙的大小δ 是影響密封性能的最關(guān)鍵因素。

配合間隙的大小可由式（6）變形導(dǎo)出計算：

得到配合間隙δ=0.021 7 mm，最終確定套筒直徑為發(fā)射鼓直徑加0.02 mm[3]。

3.2.2 套筒尺寸以及安裝間隙的確定

因為FT-S2 濾棒發(fā)射機發(fā)射鼓直徑為80 mm，參考表2 進行軸承的選型[1]，選定套筒厚度為16 mm，套筒直徑為80.04 mm，以支撐發(fā)射鼓與密封槽，使發(fā)射鼓與密封槽達到非接觸的工作方式。

表2 軸承外形尺寸

發(fā)射鼓兩端分別增加一個套筒，套筒使用立式止推軸承固定于發(fā)射鼓軸上，套筒作為支撐面與密封槽接觸。根據(jù)表3 確定套筒與發(fā)射鼓安裝間隙為0.05～0.1 mm。

表3 軸承游隙

3.2.3 發(fā)射鼓加長尺寸

因為發(fā)射鼓兩端改進后需分別加裝厚度為16 mm 的套筒，所以也需要對發(fā)射鼓軸兩端進行分別加長16 mm，以滿足安裝需求（圖3）。

圖3 發(fā)射鼓軸端加長

改進后的發(fā)射鼓與密封槽安裝如圖4 所示。

圖4 改進后發(fā)射鼓與密封槽安裝示意

3.2.4 材料選擇

因密封槽塊與發(fā)射鼓的受力方式由改造前的面接觸改為兩端部接觸，原來加工密封槽材料所使用的樹脂材料已不能滿足使用要求，在強度和加工精度方面均達不到設(shè)計要求，所以改用金屬材料替代。因為滾動軸承鋼具有很高的抗壓強度和疲勞極限，高硬度、高耐磨性、高韌性、淬透性好，所以選為改進后密封槽與套筒的材料。

在確定了發(fā)射鼓與密封槽的各項參數(shù)之后，改進方案隨即實施，發(fā)射鼓改進前與改進后對比見圖5。密封槽改進前后的對比如圖6 所示。

圖5 發(fā)射鼓改進前后對比

圖6 密封槽改進前后對比

改進后，在輸入氣壓為2.5 bar（2.5 MPa）條件下，6#FT-S2 濾棒發(fā)射機發(fā)射單元空載狀態(tài)下輸出氣流速度平均值為13.95 m/s，大于改進前的11.72 m/s。

發(fā)射鼓與密封槽之間實現(xiàn)了非接觸的工作方式，消除了兩者之間的磨損，既降低了備件消耗，又提高了設(shè)備運行效率，基本實現(xiàn)了免維修設(shè)計。

4 結(jié)束語

通過對6#FT-S2 濾棒發(fā)射機實驗性改進和對改進效果的跟蹤調(diào)查，證明試驗性改進實現(xiàn)的效果已經(jīng)達到預(yù)期目標(biāo)，取得圓滿成功。此后，F(xiàn)T-S2 濾棒發(fā)射機的改進方案開始推廣到2#、3#濾棒發(fā)射機上，通過在2#、3#濾棒發(fā)射機上的成功推廣使用，進一步說明本次對FT-S2 濾棒發(fā)射機發(fā)射鼓及密封槽的改進是成功的，有效減少了FT-S2 濾棒發(fā)射機的故障，提高了濾棒發(fā)射機的運行效率，向著優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的目標(biāo)又邁進了一步。另外，1#、4#、7#FT-S2 濾棒發(fā)射機的改造工作也在進一步推進中。