YB65型包裝機(jī)推煙板軸向定位裝置的改進(jìn)及應(yīng)用

朱寶林 馬悅坤

（吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司長春卷煙廠，吉林 長春 130033）

YB65 型包裝機(jī)將2 排5 包的煙包外包裹一張條盒紙，完成煙包的條盒包裝。其推煙機(jī)構(gòu)的圓錐齒輪受結(jié)構(gòu)所限，易磨損，使用壽命較低。當(dāng)齒輪發(fā)生磨損時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不靈活、不準(zhǔn)確，初期會(huì)偶發(fā)不合格煙包流入下道工序的現(xiàn)象。該現(xiàn)象較難發(fā)現(xiàn)，并影響產(chǎn)品質(zhì)量。后期會(huì)造成齒根斷裂，使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)失效。修復(fù)該機(jī)構(gòu)平均需要2.5h，是該設(shè)備在使用過程中普遍存在的難題。

1 推煙板工作原理

1.1 推煙過程分析

YB65 條盒包裝機(jī)（也稱CT）將完成小盒包裝的煙包包裝成條盒，其工藝流程如圖1 所示。包裹好透明紙并堆疊成2層的煙包被輸送至機(jī)器的包裝位置（圖中3 處）排列成“五包平列，上下兩層”的條狀。紙庫內(nèi)的條盒紙被吸住送到輸送裝置（圖中1 處）。在繼續(xù)向下輸送的過程中，上膠器對(duì)條盒紙所需的封合折邊進(jìn)行涂膠（圖中2 處）后，條盒紙被輸送到包裝位置等待煙包進(jìn)入，并由推煙板推入條盒折疊通道。

圖1 YB65 條盒包裝機(jī)工藝流程圖

1.2 推煙板的運(yùn)動(dòng)分析

推煙板機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖2 所示。推煙板由推板體和活動(dòng)推板組成。推煙板的推進(jìn)、返回以及返回時(shí)活動(dòng)推板的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)均由分配軸上的凸輪控制。該凸輪兩側(cè)分別有曲線槽，其中一側(cè)的曲線槽通過擺桿、連桿帶動(dòng)滑座和滑套做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，滑座與滑套固定連接，滑套又與推板體連接，使推煙板產(chǎn)生往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)[1]。

圖2 推煙板機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖

推煙板完成煙包推送后，在返回過程中，活動(dòng)推板邊后退邊做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，避免與后續(xù)煙包產(chǎn)生干涉。在推送下一組煙包前，活動(dòng)推板又轉(zhuǎn)動(dòng)至與推板體平行的位置。該運(yùn)動(dòng)由凸輪另一側(cè)的曲線槽通過擺桿、連桿、擺動(dòng)導(dǎo)軌、擺動(dòng)塊使推煙板圓錐齒輪軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，圓錐齒輪軸一端的圓錐齒輪又帶動(dòng)推板體內(nèi)的另一圓錐齒輪，從而使活動(dòng)推煙板產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.3 推煙板的結(jié)構(gòu)分析

推煙板機(jī)構(gòu)示意圖如圖3 所示。推板體與滑套焊接在一起，調(diào)整好軸向位置后利用螺釘、緊定螺釘與滑座固定連接，至此完成了滑套與滑座之間的定位?；顒?dòng)推板通過螺釘與支架固定連接，并通過螺釘、圓錐齒輪與支架組合體固定，組成了活動(dòng)推板的旋轉(zhuǎn)部分?；浊岸酥ё鶅?nèi)嵌有滾動(dòng)軸承，支撐板內(nèi)嵌有滾動(dòng)軸承，組合體上、下的轉(zhuǎn)軸可在2 個(gè)軸承內(nèi)旋轉(zhuǎn)。圓錐齒輪軸與滑套組成轉(zhuǎn)動(dòng)連接。左端伸出滑套部分依次裝有隔套、擺動(dòng)塊、扭簧和擺動(dòng)塊，其左端臺(tái)階部分裝有角接觸軸承，軸承嵌入套的內(nèi)孔，在套與擋板間裝有彈簧。擋板通過螺釘固定在滑座左端。擺動(dòng)塊A 空套在圓錐齒輪軸上。擺動(dòng)塊B 與圓錐齒輪軸間由鎖緊螺釘和圓錐銷固定連接，在扭簧的作用下2 個(gè)擺動(dòng)塊的傳動(dòng)部分貼合在一起。當(dāng)凸輪擺桿機(jī)構(gòu)通過擺動(dòng)導(dǎo)軌帶動(dòng)擺動(dòng)塊A 沿圖2 中的擺動(dòng)導(dǎo)軌右端向上擺動(dòng)，擺動(dòng)塊A 推動(dòng)擺動(dòng)塊B，使圓錐齒輪軸做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，完成活動(dòng)推板的推煙準(zhǔn)備動(dòng)作。當(dāng)推煙板完成推煙動(dòng)作后退時(shí)，擺動(dòng)塊A 在凸輪擺桿機(jī)構(gòu)的作用下沿圖2 中的擺動(dòng)導(dǎo)軌右端向下擺動(dòng)，通過扭簧帶動(dòng)擺動(dòng)塊B 使圓錐齒輪軸做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，活動(dòng)推板完成旋轉(zhuǎn)、避讓動(dòng)作。此時(shí)擺動(dòng)導(dǎo)軌與導(dǎo)向軸的軸線并未處于平行狀態(tài)，當(dāng)活動(dòng)推煙板的避讓動(dòng)作到位后（此時(shí)支架的右側(cè)面與限位螺釘端面接觸），在推煙板組件繼續(xù)后退過程中，擺動(dòng)塊B 因旋轉(zhuǎn)推板運(yùn)動(dòng)受限位螺釘限制而不能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，擺動(dòng)塊A 在擺動(dòng)導(dǎo)軌的作用下克服扭簧的扭力繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，2 個(gè)擺動(dòng)塊分離。在扭簧的扭力作用下，下一個(gè)工作循環(huán)開始時(shí)，擺動(dòng)塊A 和擺動(dòng)塊B 能夠快速貼合到一起。

圖3 推煙板機(jī)構(gòu)示意圖

2 存在問題及原因分析

2.1 存在的問題

2 個(gè)圓錐齒輪副的輪齒間存在較大接觸壓力，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)加劇輪齒磨損，嚴(yán)重影響齒輪的使用壽命。圓錐齒輪發(fā)生輪齒磨損會(huì)造成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不靈活、不準(zhǔn)確，初期會(huì)偶發(fā)不合格煙包流入下道工序的現(xiàn)象。該現(xiàn)象較難發(fā)現(xiàn)，并會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。后期會(huì)造成齒根斷裂，使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)失效。齒輪壽命縮短，增加維修成本。同時(shí)還會(huì)耗費(fèi)一定時(shí)間去更換齒輪軸、圓錐齒輪與支架組合體。在更換圓錐齒輪軸的同時(shí)，要更換擺動(dòng)塊B，并對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新定位調(diào)整，配鉆定位銷，每次耗時(shí)至少2.5h。

2.2 推煙板軸向定位的調(diào)整要求及思路

通過前述分析可知，圖3 中的彈簧的軸向力通過軸承施加在圓錐齒輪軸的左端臺(tái)階處。以下分2 種情況對(duì)圓錐齒輪軸軸向定位方式進(jìn)行討論：1）安裝好圓錐齒輪與支架組合體，調(diào)整圓錐齒輪軸的軸向位置，保證2 個(gè)圓錐齒輪副有較好的嚙合效果，即保證相互嚙合的輪齒間無運(yùn)動(dòng)間隙且無沿圓錐齒輪軸的軸向力施加在輪齒嚙合處。為達(dá)到以上要求，只能在調(diào)整好軸向位置后，利用隔套與滑座貼合，并利用緊定螺釘鎖緊隔套，對(duì)圓錐齒輪軸進(jìn)行軸向定位。在彈簧的作用下，隔套與滑座間勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力會(huì)造成圓錐齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，尤其是齒輪軸做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該摩擦力如果大于扭簧的扭力，擺動(dòng)塊B 則不能跟隨擺動(dòng)塊A 同步轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致活動(dòng)推板轉(zhuǎn)動(dòng)不到位，并出現(xiàn)卡煙現(xiàn)象。2）安裝好圓錐齒輪與支架組合體，將彈簧的軸向力沿圓錐齒輪軸的軸向施加在2 個(gè)圓錐齒輪副之間，轉(zhuǎn)換為2 個(gè)齒輪輪齒間的接觸壓力。隔套與圓錐齒輪軸左端留有適當(dāng)間隙，保證機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。輪齒間存在較大接觸壓力，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)加劇2 個(gè)圓錐齒輪副的輪齒磨損，嚴(yán)重影響齒輪的使用壽命。

2.3 推煙板軸向定位缺陷原因分析

實(shí)際工作中，往往采用的是前述第2 種定位方式，即安裝好圓錐齒輪與支架組合體，將彈簧的軸向力沿圓錐齒輪軸的軸向施加在2 個(gè)圓錐齒輪副之間，轉(zhuǎn)換為2 個(gè)齒輪輪齒間的接觸壓力，隔套與圓錐齒輪軸左端留有適當(dāng)間隙，保證機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。因此如何減少2 個(gè)圓錐齒輪輪齒間的接觸壓力，提高零件使用壽命是亟待解決的問題。

3 改進(jìn)方案

通過前述分析，該文確定改進(jìn)方案的思路是在保證機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活的前提下減少圓錐齒輪副間的接觸壓力，提高圓錐齒輪副的使用壽命。即采用前述第1 種定位方式來減少圓錐齒輪副間的接觸壓力，并在圖3 中的隔套與滑座中間加裝推力軸承，避免其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)摩擦力過大而發(fā)生機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不靈活現(xiàn)象。通過實(shí)際測(cè)量并建模分析，上述方案可以實(shí)現(xiàn)。

該文對(duì)滑座進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，如圖4 所示。通過改變滑座第二端面的位置，并在第二端面設(shè)計(jì)推力軸承的安裝孔，完成如圖5 所示的推力軸承安裝空間的設(shè)計(jì)。該推力軸承與該安裝孔為間隙配合[2]。重新設(shè)計(jì)圖3 中的滑套左端空心圓柱部分的長度尺寸，以適應(yīng)新的定位裝置尺寸的要求。CT 推煙板軸向定位裝置增加了圖5 中的推力軸承，如圖6 所示。進(jìn)行圓錐齒輪軸軸向定位時(shí)，可先以圓錐齒輪與支架組合體為基準(zhǔn)，調(diào)整好圓錐齒輪副的間隙后，將隔套、推力軸承與滑座依次貼緊，利用緊定螺釘鎖定隔套軸向位置，這樣彈簧的壓力便可通過隔套傳遞后施加在滑座與推力軸承的接觸面上，保證圓錐齒輪副有良好的嚙合效果。

圖4 新設(shè)計(jì)滑座結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 新設(shè)計(jì)部位組裝示意圖

圖6 新設(shè)計(jì)的推煙板機(jī)構(gòu)示意圖

4 使用效果

采用新設(shè)計(jì)的CT 推煙板軸向定位裝置后，不會(huì)因圓錐齒輪副輪齒間接觸壓力過大而造成磨損，可提高圓錐齒輪的使用壽命，降低不合格品流入下道工序的風(fēng)險(xiǎn)，也降低了更換相關(guān)零件的頻次，節(jié)約維修成本的同時(shí)也提高了設(shè)備的運(yùn)行效率。6 臺(tái)YB65 型包裝機(jī)CT 推煙板改進(jìn)前、后的圓錐齒輪使用壽命統(tǒng)計(jì)見表1。通過表1 可以看出，6 臺(tái)設(shè)備推煙板圓錐齒輪的使用壽命由改進(jìn)前的108.86 天提高到了改進(jìn)后的380 天，該部位故障次數(shù)明顯減少。

表1 2019 年封簽轉(zhuǎn)向裝置改進(jìn)前、后故障次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語

對(duì)YB65 型包裝機(jī)推煙板軸向定位裝置進(jìn)行改進(jìn)和應(yīng)用后，解決了該部位易出現(xiàn)的技術(shù)難題，隨著故障次數(shù)的減少，產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備的運(yùn)行效率也會(huì)得到明顯提升。同時(shí)該文設(shè)計(jì)也可為解決其他技術(shù)問題提供思路，改進(jìn)的不足之處將在以后的工作中加以完善。