提高H1000铝纸折叠轮在线运行时间

冯忆

摘 要：铝纸折叠执行轮在标准情况下（外方指导时间）为10000h，但是在目前设备运行不到7000h已经出现故障，故障后引起设备连带故障，在有备件的情况下线维修工时平均为4人20h，所以延长该部件的在线寿命可以减少停机，减少备件储备，使部件维修人员维修计划缓冲时间延长。

关键词：H1000；铝纸折叠轮；运行时间

中图分类号：TD532 文献标识码：A

一、问题现状

铝纸折叠轮的标准运行时间为10000h，但是目前设备运行不足7000h已经出现故障。根据统计，2014年11～12月A3-A5均出现折叠鼓轮大小故障各3次，其中A3鼓轮故障导致2号轮部分模盒打坏，鼓轮驱动轴打断的现象。维修时间达到了3天。目前该机构（内部类似，外部功能略有区别）在A3-A5有3件，A2設备自有3件。目前库存备件1件（备件缺失未准备完全）。延长该部件的在线寿命可以减少停机，减少备件储备，使部件维修人员维修计划缓冲时间延长。

为此，需要通过逐步分析的方法，找到引起铝纸折叠鼓轮失效的原因，并作出改善，使该鼓轮的理论运行时间达到设备原寿命时间，在条件允许的情况下挑战更高的寿命，从而降低维护成本。

二、实施过程

通过拆解破损件法寻找失效件，推断失效原因。项目小组将损坏的3只铝纸折叠鼓分解后，统计了损坏的部位情况的总计表（见表1）。

首先采用矩阵图分析（如图1所示），分析以上6项损坏的原因，最终发现折叠臂驱动轴窜动是所有问题的根源。

其次采用辊子状态图分析（如图2所示），折叠臂驱动轴是通过螺母锁定在支架上的，如果轴存在窜动，则是安装时未锁紧或者是安装后松动两种情况。由于装备的特殊性，不能够设计要因的不同维度然后上机试验论证。对于一些因子，虽不能判定是否是重要因子，但可以在操作的时候取上限的方法来规避发生风险。

最后通过人机料法环测分析，我们总结出可能导致螺栓松动的因子有：锁紧时预紧力不够，锁紧螺母不良，温度变化3项，见表2。

综上所述，若需要分析上述因子是不是重要因子，首先得计算到底这个部位的螺栓需要多大的预紧力。

图3（b）是螺母已拧紧，但还未受工作载荷，此时螺栓所受的拉力和被连接件所有的压缩力都等于预紧力QP，其螺栓的被拉伸量为λb，被连接件的压缩量为λm。

图3（c）是拧紧后再承受工作载荷的情况（同时参见图3）此时螺栓所受载荷由QP增至QZ而被继续拉长，其伸长量为Δλ，总伸长量为λb+Δλ；与此同时，原受压缩的被联结件，因螺栓伸长而被放松，压缩量也随之减少，其压缩变小的减少量正好等于螺栓变形增长量Δλ，此时的总压缩量λM′=λM-Δλ。而被连接件所受的压缩力则由QP减少到Q′B，Q′P：称为残余预紧力。这样螺栓的总载荷QZ就可等于残余预紧力Q′P与螺栓工作拉力QG之和了

（就是说目前的装配方法的预紧力是基本达到运行要求的，但是螺栓的安全性不强，容易变形扭动甚至断裂，为此，我们要提高预紧力使安全系数达到1.5以上。降低螺栓断裂的风险）。

并且，以上计算是预紧力矩达到75N·m时有效，在实际对锁紧螺栓的扭矩测量发现，当螺栓顶部锁紧塑料存在的情况下，其预紧力矩可以达到70N·m，一旦塑料失效，则预紧力矩降低为55N·m。而塑料的失效又和环境温度密切相关。根据以上的计算结果，制定了要因确认表和改善计划表（表5）。

根据方案，开展改进：

改进1：增加一个金属垫片，通过金属形变的回弹来增加预紧力。添加垫片后，在锁紧的过程中极限锁紧扭矩得到了增加，达到了80N·m，达到原了锁紧力矩75N·m的目标。锁紧力矩增加5N·m换算力矩增加1560N。

改进2：使用4槽螺母，同时在螺母周向表面开2.5mm的孔4个，内部加入铜片D=2.3厚度2mm，然后用柱头螺丝固定。利用金属的形变对螺纹产生压力，增加静态的预紧力。增加的预紧力为铜片抗形变产生。为了测量其紧固效果，在工件上拧紧螺母，然后分别用1～4颗螺母锁紧，然后用力矩扳手松锁3次，统计见表6。

三、项目控制

（1）改进实施后，项目组利用停产期间对所有鼓轮的相同位置都进行了改造施工。通过3个月（1500h）的运行观察未出现折叠臂松动的异常情况发生。改进在理论计算上有效果而且放有余量，在实际运行中还需观察验证。

（2）从经济效益的角度讲，项目不产生直接经济效益，但从节支方面计算，单计算2014年A3设备打坏的备件费用超过100万元，同时停机损失时间36h损失产量540箱。项目改进后，该部件的风险降低。

（3）从2015年6月改善实施至今（2017.2），该部件任然未出现过损坏，松动现象。所以我们认为改进有效。（运行时间按年工作220天，每天工作22h算，运行至今7700h），该鼓轮未出现异常，改进效果明显。

参考文献

[1]薛晓敏，林齐.螺旋折叠器制造工艺技术[J].包装与食品机械，2013（4）：67-69.

[2]李建华.机械设备改造理论及方法探讨[J].化工管理，2014（26）：195-195.

[3]蔡业彬.模块化设计方法及其在机械设计中的应用[J].机械设计与制造，2005（8）：154-156.

[4]李瑞平， 冯济缨， 黄明琪.包装机械设计中的控制技术[J].包装工程， 2005， 26（1）：19-21.

[5]顾小平.产品设计中折叠结构的运用与研究[D].湖北工业大学，2010.