FILTROMAT-S2 滤棒发射机发射机构改进

徐 杰

（红云红河烟草（集团）有限责任公司红河卷烟厂，云南红河 652399）

0 引言

滤嘴棒发射机是滤棒与卷包车间相互连接的重要设备，发射机运行状态正常与否，直接影响卷包车间生产效率。FILTROMAT-S2 滤嘴棒发射机（以下简称为FT-S2）是德国豪尼公司设计生产，利用压缩空气输送滤棒的设备。该设备在长期运行后，因设备老化等原因，发射机夹伤滤棒等故障频发。

1 FT-S2 滤嘴棒发射机发射机构工作原理及存在问题

1.1 发射机构工作原理

发射鼓采用金属材料，密封槽采用树脂材料，在运行过程中，两者之间通过一定的压力贴合来实现密封，在两者之间形成的密闭空间内利用压缩空气推动滤棒，通过发射鼓的旋转，把滤棒按一定节拍和间隔输送到下游的滤棒接收机。

1.2 发射鼓与密封槽受力分析

发射鼓与密封槽受力分析如图1 所示，忽略重力G 的影响，则有：

图1 发射鼓与密封槽受力分析

式中，F1为密封槽对发射鼓的压力，F2为发射鼓对密封槽的压力，F3为运行过程中密封槽对发射鼓的摩擦力，F4为运行过程中发射鼓对密封槽的摩擦力，μ 为发射鼓与密封槽之间的动摩擦因数[1]。

因为发射鼓与密封槽之间存在相对运动和摩擦，而密封槽为树脂材料，容易产生磨损（图2），导致发射机构之间气密性降低，出现漏气现象，从而导致发射滤嘴棒的过程中发射机输出气流速度降低，造成发射鼓夹伤滤棒故障。

图2 磨损的密封槽

2 原因分析

通过对各项影响因素的综合分析，确定引起FT-S2 滤嘴棒发射机故障的主要因素为发射机构气密性降低，解决气密性问题可以提高发射机输出气流速度，从而消除故障，所以把发射机构确定为改进目标。

本着改动最少的原则，所以改进过程不针对原设备压缩空气输入管路。也就是发射机构在入口气压、大气压和管道等相关条件不变的前提下进行改进，单位时间内输入空气流量也是不变的。根据泊肃叶定律：

式中，Q 为空气流量，r 为管半径，P1为输入气压，P2为大气压，η 为粘滞系数，L 为管长度。

因为输入气体沿流线运动过程中，总压强之和保持不变。所以当发射机构发生漏气现象时，通过发射机构的气流产生损失，使得总压强减小，也就导致发射机构输出总气压减小，出口端空气流量Q 也随之减小。

根据连续性方程：

式中，r 为管半径，V 为气体速度，Q 为出口端空气流量[2]。

由式（5）可知，在管径不变的情况下，单位时间空气流量Q减小，发射机构出口输出的有效工作气流速度也相应降低。

改进前，在输入气压为2.5 bar（1 bar=0.1 MPa）的条件下，各FT-S2 滤棒发射机组发射单元空载状态下输出气流速度平均值见表1。由表1 可知，改进前发射机各发射单元输出气流速度均值为11.71 m/s。

表1 空载状态下输出气流速度m/s

3 改进方案

3.1 改进目的

因为FT-S2 滤棒发射机原密封槽主要表现出来的问题为磨损，所以改进方案以消除密封槽磨损为出发点，主要改进内容有：①发射鼓与密封槽块相互之间不发生接触，彻底消除磨损；②工作面无需润滑，消除滤棒受污染风险；③不产生润滑产生的污垢，无需进行清洁。最终确定了非接触工作方式的改进方案。

3.2 方案设计

结合FT-S2 滤棒发射机设备自身结构特点，决定采用增加发射鼓及密封槽长度，在发射鼓上加装套筒的改造方案来实现发射鼓与密封槽之间的非接触工作方式，消除密封槽的磨损问题。

3.2.1 密封槽与发射鼓之间间隙的确定

在结构上，发射鼓与密封槽之间的配合既要保证发射鼓能高速旋转，又不允许发射鼓与密封槽产生表面摩擦，同时还要使气体泄漏尽可能小。发射鼓与密封槽之间的泄漏量可按缝隙流量公式计算：

式中，d 为发射鼓直径，δ 为间隙宽度，ΔP 为间隙两端压差，μ 为空气动力黏度，L 为间隙长度，ε 为偏心比[3]。

式（6）表明，配合间隙的大小δ 是影响密封性能的最关键因素。

配合间隙的大小可由式（6）变形导出计算：

得到配合间隙δ=0.021 7 mm，最终确定套筒直径为发射鼓直径加0.02 mm[3]。

3.2.2 套筒尺寸以及安装间隙的确定

因为FT-S2 滤棒发射机发射鼓直径为80 mm，参考表2 进行轴承的选型[1]，选定套筒厚度为16 mm，套筒直径为80.04 mm，以支撑发射鼓与密封槽，使发射鼓与密封槽达到非接触的工作方式。

表2 轴承外形尺寸

发射鼓两端分别增加一个套筒，套筒使用立式止推轴承固定于发射鼓轴上，套筒作为支撑面与密封槽接触。根据表3 确定套筒与发射鼓安装间隙为0.05～0.1 mm。

表3 轴承游隙

3.2.3 发射鼓加长尺寸

因为发射鼓两端改进后需分别加装厚度为16 mm 的套筒，所以也需要对发射鼓轴两端进行分别加长16 mm，以满足安装需求（图3）。

图3 发射鼓轴端加长

改进后的发射鼓与密封槽安装如图4 所示。

图4 改进后发射鼓与密封槽安装示意

3.2.4 材料选择

因密封槽块与发射鼓的受力方式由改造前的面接触改为两端部接触，原来加工密封槽材料所使用的树脂材料已不能满足使用要求，在强度和加工精度方面均达不到设计要求，所以改用金属材料替代。因为滚动轴承钢具有很高的抗压强度和疲劳极限，高硬度、高耐磨性、高韧性、淬透性好，所以选为改进后密封槽与套筒的材料。

在确定了发射鼓与密封槽的各项参数之后，改进方案随即实施，发射鼓改进前与改进后对比见图5。密封槽改进前后的对比如图6 所示。

图5 发射鼓改进前后对比

图6 密封槽改进前后对比

改进后，在输入气压为2.5 bar（2.5 MPa）条件下，6#FT-S2 滤棒发射机发射单元空载状态下输出气流速度平均值为13.95 m/s，大于改进前的11.72 m/s。

发射鼓与密封槽之间实现了非接触的工作方式，消除了两者之间的磨损，既降低了备件消耗，又提高了设备运行效率，基本实现了免维修设计。

4 结束语

通过对6#FT-S2 滤棒发射机实验性改进和对改进效果的跟踪调查，证明试验性改进实现的效果已经达到预期目标，取得圆满成功。此后，FT-S2 滤棒发射机的改进方案开始推广到2#、3#滤棒发射机上，通过在2#、3#滤棒发射机上的成功推广使用，进一步说明本次对FT-S2 滤棒发射机发射鼓及密封槽的改进是成功的，有效减少了FT-S2 滤棒发射机的故障，提高了滤棒发射机的运行效率，向着优质、高效、低耗的目标又迈进了一步。另外，1#、4#、7#FT-S2 滤棒发射机的改造工作也在进一步推进中。