摘 要：FOCKE350S硬盒包装机的商标纸吸取装置在工作过程中存在故障率高、维修时间长等问题，跟踪观察设备运行情况后，分析得出商标纸吸取装置负压偏低、连杆轴承易损坏是影响设备正常运转的主要原因。研究采用有限元分析方法对吸风轮传动轴进行静力学分析，对吸风轮传动轴加以改进。通过更改负压通道，并在传动轴与连杆连接处增加一个轴承，由单轴承支撑改为双轴承支撑，有效延长了轴承的使用寿命，极大提高了设备的有效作业率。

关键词：商标纸吸取；传动轴；轴承；有限元；负压通道

1 前言

FOCKE350S硬盒翻盖包装机组整个设备技术成熟，结构复杂，运用一些典型机构，是目前技术较为成熟的中速卷烟包装设备[1]。但在使用过程中发现设备还存在某些缺陷，如FOCKE350S商标纸吸取装置运行不稳定，故障较高，设备有效作业率较低，同时产品质量也受到极大影响。经观察分析该故障与商标纸装置的负压不稳有关，负压偏低导致商标纸吸取不良，引起商标纸输送时发生阻塞；而造成商标纸负压不稳的原因是由于传动轴及连杆处的轴承和油封损坏影响商标纸的吸取，该处所需的维修时间较长，影响了设备的正常运转。对此，围绕FOCKE350S商标纸吸取装置进行改进设计。

2 商标纸吸取装置的故障原因分析

2.1 商标纸吸取装置工作原理

商标纸吸风轮靠曲柄滑块机构驱动，吸风轮正处于最前端位置上，在这个位置，商标纸库的最底层那张商标纸被吸风轮吸出，吸风轮与扇形齿轮相连，曲轴盘带动连杆、扇形齿轮运动，扇形齿轮则沿着齿条边作直线运动边作旋转运动，带动吸杯往复旋转，把商标纸库的最底层商标纸吸取出并进入商标纸的输送通道。图1是商标纸吸风轮的剖面图，吸风轴3经过负压管道、吸风管5供给吸纸盘4[2]。

2.2 商标纸吸取故障现象及原因分析

2.2.1 故障现象

FOCKE350S包装机在生产过程中全速运行时，影响其生产效率的故障较多发生在商标纸吸取部位。在维修过程中发现，商标纸吸取装置在生产中存在商标纸吸取不良的现象，造成设备停机率较高，该现象发生比较频繁，维修耗时多。商标纸吸取装置在曲柄连杆驱动下往复工作，吸取装置自重及所受连杆拉力使直线轴承所受载荷较大，导致轴承磨损较快。商标纸连杆轴承的消耗量大，直接影响各生产班组的产量完成指标和备件消耗指标，同时增加了商标纸的消耗，降低了设备有效作业率。

2.2.2 故障原因分析

通过负压表对卷包车间B线六台套的FOCKE350S包装机的商标纸负压通道进行检测，不同的机台负压实测值不一致。说明在经过一段时间的运转后，随着零件的磨损会导致负压值不同程度的变小。从图2的吸风轮剖面分析，其吸风传动轴3经过负压管道、吸风管5供给吸纸盘4之间的通道比较可靠，负压不易泄漏。再从图4的商标纸吸风轮轴及连接结构示意图分析，负压的泄漏可能发生在负压管接入到商标纸吸风轮传动轴之间。

商标纸吸取所需负压通过与连杆轴承、油封、商标纸吸风轮轴的中空部分形成一个密闭的通道来输送，由于负压直接与轴承端面相通，造成负压管道中的杂质极易进入轴承工作面，使轴承损坏。轴承损坏后的铁屑也会被吸入电磁阀，使其堵塞。

另外，通过对吸风轮传动轴实体模型利用有限元分析软件进行应力分析[4]，其计算结果如图6所示，ANSYS的有限元分析结果表明，传动轴结构满足强度设计要求，但在单轴承情况下，原传动轴在左侧应力明显较为集中。

根据以上分析，原有的FOCKE350S商标纸吸取装置的运行已不能满足FOCKE350S 设备的正常生产需要，因此，有必要对该装置进行技术改进。

3 改进方案与措施

3.1 改进方案的选定

3.1.1 负压通道的改进方案

为避免负压与轴承直接接触，将负压通道的接入点改在轴的端部，该方案既可避免粉尘、杂质进入轴承工作面而导致轴承损坏，也能避免因轴承损坏产生的铁屑进入电磁阀而造成其动作失灵，影响商标纸的吸取效果。同时，更改负压通道也可避免因骨架油封的磨损而引起负压泄漏。

3.1.2 轴承承载能力的改进方案

改进方案是在传动轴靠近曲柄连杆的一侧增加一个轴承，与原来的轴承共同承担传动轴和连杆产生的载荷，改进后的结构如图7所示。

3.2 改进方案的实施

采取改进措施，选取商标纸吸风装置故障频发且负压管实测值最低的机台B-B1#进行试验。以检测商标纸吸风装置经过改进后负压值是否稳定在0.05MPa以上，且商标纸连杆轴承是否出现损坏的現象。

3.2.1 负压通道的改进实施

如图9所示，采用30CrMnSiA合金钢经调质热处理[5]，重新加工一根总长不变的传动轴，将与连杆相连接的部位加长，由13mm改成23mm，同时将原来轴上的4个负压孔取消，在轴的端部攻一个与轴中空部位相通的M10×1的螺纹孔便于固定负压管接头。

3.2.2 轴承承载能力的改进

原来吸风轴的轴承6003-2RS内径是，外径是，宽度是10mm，对连杆的轴承位进行测量，宽度是20mm，刚好可以再装入一个6003-2RS的轴承，只要把两侧端盖的凸沿去掉即可满足要求。

4 效果验证

依据以上改进建议，于2016年4月至2016年6月先后对卷包车间B线的其它6台FOCKE350S设备进行了相同的改造，并于2016年7月至2016年10月每隔一周对6台设备的商标纸吸取装置负压值进行了检测，改进后用于商标纸吸取的负压基本都能稳定在0.052MPa以上，商标纸吸取装置运行平稳，商标纸消耗明显降低，设备有效作业率明显提高。

5 结论

本项目在原机的基础上改进了商标纸吸取装置的传动轴，更改负压通道和增加支撑轴承。此次改进使得主轴支撑更加合理，使得轴承的使用寿命得到延长。并且方案简捷，同时负压偏低引起的商标纸吸取不良的情况得到了控制。减少了设备维修费用，提高了设备有效作业率。

参考文献

[1]侯红玲，彭玉海.包装纸拾取器支撑系统故障分析及再设计[J].包装工程，2010，01.

[2]魏平夷.FOCKE350S条盒商标纸拾取轮总成支撑的改进[J]. 2008，02.

[3]姚二民.卷烟机械[M].北京：中国轻工业出版社，2006.

[4]程明. 叠片联轴器的非线性有限元分析[D].南京航空航天大学硕士论文，2006.

[5]闻邦椿.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社. 2010.

作者简介

黄城宝（1986-），男，硕士研究生，研究方向：烟机设备管理与维护。