YB95条透明纸包装机夹钳开合控制装置改进研究

2021-08-06刘昌林周恒正陈勇

新型工业化 2021年4期

刘昌林，周恒正，陈勇

（四川中烟西昌卷烟厂，四川西昌 615000）

0 引言

YB95条透明纸包装机是ZB45卷烟包装机组的下游机，完成卷烟包装机组的最后一道工序即条烟透明纸的包装，使烟条外观更精美、内在品质更有保障。YB95条透明纸包装机由条烟输入、透明纸和拉线的供给、透明纸夹取、透明纸包装以及条烟输出等部分组成[1]。其中YB95透明纸夹钳是透明纸夹取的关键部分，其作用是将粘贴上拉线的定长透明纸输送到包装位置，以便后工序的折叠、包装成型，而透明纸夹钳开合控制装置就是控制夹钳的活动夹头在规定的相位打开或闭合，实现透明纸的夹取输送和到位释放[2]。

1 YB95条透明纸包装机在生产运行中存在的问题

YB95在实际运行中最突出的问题是：透明纸不能准确输送到包装位置导致设备停机。通过调取设备故障停机数据，发现每月每台设备因透明纸输送不到位引起的故障停机平均达高达453次，由此产生的每月故障处理累计耗时7.7小时，占设备运行时间的1.54%，严重影响设备的正常运行；且每次停机都会造成2条透明纸包装不好的烟条，无疑增加了成本消耗。

2 YB95条透明纸包装机运行故障原因分析

通过设备实际运行跟踪，透明纸输送不到位的原因统计如表1。

表1 YB95透明纸输送不到位原因统计表

由此可见，造成YB95透明纸输送不到位的主要原因是夹钳拾取不畅。

2.1 YB95透明纸夹钳开合控制装置的结构及工作原理

YB95透明纸夹钳开合控制装置主要由凸轮、摆杆、连杆、控制压杆、滚子臂、支座、转轴、左右活动夹头、压簧、左右固定夹头等众多的零件组成。夹钳活动夹头的开合由凸轮控制（图1），当凸轮轮廓处于升程时，带动摆杆向下摆动，通过连杆带动控制压杆向下运动，控制压杆下压滚子臂，滚子臂下摆带动与其连接的转轴，转轴转动通过键传动左侧活动夹头，夹头克服压簧压力张开，同时通过传动杆组件控制右侧夹头克服压簧压力与左侧同时打开。夹头张开，便于输送到位的透明纸位于活动夹头与固定夹头之间。当凸轮轮廓处于回程时，带动摆杆向上摆动，通过连杆带动控制压杆向上运动，释放对滚子臂的下压力；此时在左右两侧压簧的作用下，转轴回转、滚子臂上摆，左右活动夹头同时闭合，将位于夹头之间的透明纸夹持住，实现随后的输送任务。

图1 YB95透明纸夹钳开合控制装置原理图

2.2 透明纸夹钳拾取不畅的原因分析

经过长时间观察，透明纸夹取不顺利或透明纸不能准确输送到包装位置导致检测停机的主要原因是：（1）夹取透明纸时夹钳活动夹头打不开或张开的度不足，无法满足呈波浪形的透明纸的夹取；（2）透明纸夹取不牢，在随夹钳移动输送中出现错位、松脱现象。

通过结构和工作原理分析，产生以上问题的根本原因：（1）从凸轮传动到最后活动夹头的开合，之间通过一系列的传动件来进行动力的传递，这一系列的传动件中设计有铰链和滑动轴承结构，该结构在生产车间较高湿度的环境中容易出现锈蚀现象，锈蚀影响执行件动作的灵活性和可靠性（图1中画圈位置为锈蚀高发部位）；（2）活动夹头和固定夹头之间的夹紧力由压簧来实现，这里压簧成为了一把双刃剑，既是夹紧力的施加者又是活动夹头打开的阻碍者。活动夹头传动部位的材质为铝合金，其张开动作是由转轴通过4mm的平键进行动力传递，正常状况时，张开的动力需克服压簧的作用才能控制活动夹头打开，这个动作所需传递的扭矩较大。因此，作为动力传递的平键和活动夹头的键槽极容易磨损，磨损后必将影响夹钳正常工作。

综合以上分析，有理由对现有YB95透明纸夹钳开合控制装置进行改进。

3 透明纸夹钳开合控制装置改进研究

3.1 透明纸夹钳开合控制装置改进方案

以上问题在许多使用同类型设备的厂家都有所反馈，处理方法集中在不改变原传动设计基础上，针对某一问题点进行改进[3-5]。本文提出全新夹钳开合控制方案，完全抛弃原传动方式，采用气缸直接作用活动夹头实现夹钳的开合控制。方案原理如图2所示：通过在左侧传动杆组件上方加装一个微型气缸，使气缸活塞直接作用传动摆杆上。新设计凸轮机构通过二位五通机械换向阀控制气缸的动作。当气缸活塞伸出时，活塞下压传动杆带动左右活动夹头克服压簧压力控制夹钳打开；当气缸活塞缩回时，压簧控制夹钳闭合，从而实现夹钳的开合。

图2 方案原理图

3.2 方案优势

（1）完全抛弃凸轮、摆杆、连杆、控制压杆、滚子臂、转轴等现有的传动链，完全避免了传动件可靠性差带来的影响。（2）将与滚子臂连接的转轴脱开，并拆除滚子臂，实现新方案传动与原设计的传动分离（见图2画圈位置）。（3）让转轴变为心轴不再作为动力的传递轴，消除传动磨损以及其与支座支承处锈蚀的隐患，避免键与键槽对位的安装困难（图3）。（4）重新设计气缸动作控制装置，使气缸活塞的动作与夹钳开合的相位完全一致，在达到工作目的的同时大幅简化了传动链，提高夹钳工作的可靠性。

4 气动夹钳开合控制装置设计

4.1 气缸及气缸安装位置的选择

气缸是实现夹钳活动夹头张开的动力源，其安装在夹钳上并随夹钳往复移动。考虑到摆杆的制造材质为铝合金，因此气缸作用点选择在左侧传动摆杆销轴的锁紧螺钉，同时根据夹头上盖板外形尺寸、活动夹头最大张开度以及夹钳往复运动通过的最小空间，选择微型气缸SDA16×10作为夹钳开合的控制气缸（图3）。

图3 新设计透明纸夹钳示意图

4.2 凸轮机构设计

4.2.1 凸轮安装位置的选择

凸轮转动一圈对应夹钳完成一个周期工作，其安装轴必须是转动一圈要能完成一个完整工作周期的连续转动的轴，同时所选位置附近应具备换向阀的安装条件。因此选择YB65条盒纸包装机的条盒纸钢印压印辊轴作为凸轮安装位置。该轴由齿轮传动，具有恒定的传动比，转动一圈完成一张条盒纸的输送及钢印的压印任务，这个运动周期与夹钳往复运动完成一次透明纸的夹取和输送完全一致，同时该轴便于凸轮的安装调试，在轴的附近还具备换向阀的安装条件。

4.2.2 凸轮轮廓曲线设计

（1）夹钳的开合相位必须遵照原设计要求，因此新凸轮的轮廓曲线必须参照原设计。（2）根据所选换向阀的行程最大量确定凸轮高点与低点的位置差。（3）根据安装轴的位置条件并参照条盒纸输送辊的外径确定凸轮的基圆。

依据以上条件和要求画出凸轮的轮廓曲线图，并设计出凸轮，见图4。

图4 凸轮轮廓曲线图

4.3 气路连接和工作原理

凸轮、换向阀及新夹钳安装上机后进行气路连接。其工作原理：当凸轮轮廓处于低点区域时，正压气源由机械换向阀A接口进入气缸活塞回退口，控制活塞回退，此时夹钳活动夹头在弹簧作用下处于闭合状态；当凸轮轮廓处于高点区域时，控制换向阀换向，正压气源由机械换向阀B接口进入气缸活塞伸出口，活塞伸出克服弹簧作用力控制夹钳活动夹头打开。