賀韌，湯世祥，付繼業(yè)，田晶，張宏，金亞龍

（1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430040；2.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司三峽卷煙廠，湖北 宜昌 443100）

1 前言

如何全力推動高質(zhì)量發(fā)展，嚴格管控各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品質(zhì)量是整個煙草行業(yè)的工作重點內(nèi)容之一。國家局黨組緊密結(jié)合行業(yè)實際，制定印發(fā)了《關(guān)于建設(shè)現(xiàn)代化煙草經(jīng)濟體系推動煙草行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的實施意見》，該意見充分表明了堅持質(zhì)量第一價值導(dǎo)向，樹立全員質(zhì)量觀、條線質(zhì)量觀、整體質(zhì)量觀，大力實施質(zhì)量提升行動，努力提高全員、全過程、全要素質(zhì)量控制水平的整體要求，為推進企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了充分的指導(dǎo)依據(jù)。

目前，國內(nèi)外學(xué)者及管理人員圍繞如何踐行高質(zhì)量發(fā)展做了一些工作和研究。鍛鐵力從整個行業(yè)全局出發(fā)，對整個行業(yè)如何勠力同心推進行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展做了深入思考。許明忠圍繞如何建設(shè)“七個體系”推動浙江中煙高質(zhì)量發(fā)展進行了深入淺出的研究。沈繼權(quán)借鑒YB45型硬盒包裝機的內(nèi)襯紙輸送結(jié)構(gòu)設(shè)計,采用真空吸風(fēng)帶式內(nèi)襯紙輸送方式對YB25型包裝機進行了改進，較好地解決了內(nèi)襯紙跑偏問題,減少了煙包質(zhì)量缺陷,提高了YB25型軟盒包裝機對不同規(guī)格內(nèi)襯紙材料的適應(yīng)性。聶建立針對YB45包裝機在生產(chǎn)過程中，內(nèi)襯紙?zhí)蕹到y(tǒng)存在推桿端沖擊變形、電磁鐵積灰等問題，通過以氣缸驅(qū)動代替電磁鐵驅(qū)動有效解決了該問題，實現(xiàn)了企業(yè)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的生產(chǎn)目的。費橙橙針對YB45型包裝機框架紙在傳送過程中位置偏移的問題，通過對框架紙吸風(fēng)腳的改進，由此提高框架紙傳送過程中吸附穩(wěn)定性，解決了因框架紙傳送過程中位置偏移而引起停機及產(chǎn)品品質(zhì)問題。張慶春等人研究了YB45硬盒包裝機內(nèi)襯紙輸送加速輥壓力不可調(diào)整，導(dǎo)致橡膠加速輥磨損后，輥對之間壓力不夠時，造成內(nèi)襯紙堵塞或下紙歪斜等問題，設(shè)計了加速輪可調(diào)裝置，從而減少加速輥磨損停機換件時間、換件消耗，一定程度上提高了設(shè)備運行效率。郭建娟深入分析了YB45型硬盒包裝機內(nèi)襯紙下紙裝置堵塞而停機的原因后發(fā)現(xiàn)內(nèi)襯紙縱向向外彎曲和水平向外彎成M形,使內(nèi)襯紙撞上擋板造成下紙堵塞而停機。因此，針對內(nèi)襯紙下紙裝置中壓痕結(jié)構(gòu)進行了改進,合理調(diào)整滾輪尺寸,保證了內(nèi)襯紙下紙的通暢,使停機頻率從改進前的8.1%下降為3.1%。

鄧超、陳亮研究分析了操作人員在手動下壓關(guān)閉門架時，使相對應(yīng)的輸送滾輪上的刻痕槽線發(fā)生碰撞而斷裂，使輸送滾輪損壞，造成內(nèi)框紙刻痕損傷的原因。通過對YB45包裝機內(nèi)框紙切割輸送機構(gòu)活動門架開合方式的改進，改變直接用手關(guān)閉活動門架的方式，而采用液壓驅(qū)動來保證活動門架的平穩(wěn)下落，避免因用力按壓門架造成的輸送滾輪上刻痕槽線的磕碰損壞，解決了內(nèi)框紙輸送滾輪頻繁損壞的問題，延長了輸送滾輪的使用壽命，保證內(nèi)框紙弧邊刻痕的質(zhì)量穩(wěn)定。

但是針對YB45包裝機內(nèi)襯紙展開制動裝置的研究相對較少。因此，進一步深入開展YB45包裝機內(nèi)襯紙展開制動裝置研究具有重要意義。本文針對內(nèi)襯紙展開制動裝置使用一段時間后制動效果持續(xù)下降、放卷過程失控頻率逐步增加的問題進行了深入分析，并對內(nèi)襯紙展開制動裝置進行了改進，應(yīng)用了柔性耦合技術(shù)的內(nèi)襯紙展開制動裝置有效降低了內(nèi)襯紙輸送故障率，進一步為企業(yè)生產(chǎn)運營降本增效提供了堅實的保障。

2 內(nèi)襯紙缺陷分析

通過長期觀察發(fā)現(xiàn)，隨之包裝機逐漸老化，內(nèi)襯紙展開制動裝置造成的輸送故障頻次逐年增高，圖1為2016年1～12月的內(nèi)襯紙輸送故障折線圖。

圖1 2016年1～12月的內(nèi)襯紙輸送故障折線圖

由于內(nèi)襯紙輸送速度保持在一個恒定值，隨著內(nèi)襯紙卷筒上紙張不斷消耗，內(nèi)襯紙卷筒直徑逐漸縮小，對制動裝置的制動力需求隨之不斷變化。但是，目前該裝置存在如下幾個方面的缺陷：

（1）制動片工作弧度過小。制動鼓的外圓周長約為1112mm，而制動片的弧長為44mm，在全接觸的情況下制動包角僅為14°。

（2）制動力波動幅度過大，破壞了與內(nèi)襯紙相對恒定的牽引力之間的力矩動平衡。制動片工作行程與制動力成反比。制動片弧長較小，制動有效行程短，其制動力就較大。當(dāng)制動力達到一定峰值，會出現(xiàn)瞬時抱死，卷筒由高速旋轉(zhuǎn)突然進入靜止?fàn)顟B(tài)，壓花輥對與送紙輥對突然受到較大的反作用力，會導(dǎo)致內(nèi)襯紙輸送停頓或者內(nèi)襯紙帶斷裂。而當(dāng)卷筒由瞬時停頓快速進入高速轉(zhuǎn)動時，擺臂卷筒擺動到極限，各拉簧、壓簧也快速拉伸或壓縮至極限，擺臂失去緩沖作用，卷筒將由壓花輥對、輸送輥對直接拉動，卷筒瞬時加速至等于乃至大于內(nèi)襯紙展開的速度，內(nèi)襯紙脫離各導(dǎo)向輥，失去導(dǎo)向輥牽引的內(nèi)襯紙將左右偏移，造成內(nèi)襯紙搭口長短不一或輸送堵塞。

（3）制動片施加在制動鼓上的正壓力較大。制動片工作面材質(zhì)為石棉、鋼絲，沒有彈性，其與制動鼓配合屬于剛性接觸、硬摩擦。為保證制動效果，這就要求制動片施加在鼓上的正壓力足夠大，從而加劇了制動鼓的磨損。

（4）制動鼓磨損不均勻，圓度逐漸下降。制動時片與鼓為點剎，接觸面積小，制動力又較大，造成制動鼓外圓局部摩擦強烈，磨損程度不一，圓度下降，更加劇其與制動片接觸不良，制動性能持續(xù)下降。必須定期更換制動鼓，成本較高。

綜上所述，可以初步推斷，制動片工作弧度過小、施加的正壓力過大、制動力波動幅度大以及剛性點剎制動均是導(dǎo)致內(nèi)襯紙展開制動效果下降的主要因素。

3 設(shè)計思路及方案

3.1 設(shè)計思路

采用帶式柔性制動裝置延長柔性帶，保證其在較大包角范圍內(nèi)工作時達到相同制動效果。運行過程中，隨著制動面積的增加，施加在制動鼓上的正壓力隨之減小。正壓力減小保證制動力波動幅度較小，實現(xiàn)制動片制動與釋放緩慢交替，維持制動力與內(nèi)襯紙牽引力之間力矩動態(tài)平衡，確保了內(nèi)襯紙卷筒在輸送過程中始終處于張緊狀態(tài)，消除了內(nèi)襯紙在輸送過程中因張力瞬間突變而松弛造成的偏移。

帶式制動剎車裝置的原理如圖2所示。

圖2 帶式制動剎車裝置的原理圖

改進后的內(nèi)襯紙展開制動裝置是由制動鼓輪、制動帶、擺臂、拉簧、調(diào)節(jié)絲桿等組成。內(nèi)襯紙被牽引時，拉簧4拉伸，同時擺臂3開始順時針擺動，帶動制動帶2釋放制動鼓1，內(nèi)襯紙卷筒定向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)內(nèi)襯紙展開速度略大于牽引速度，打破兩者之間的力矩動平衡時，拉簧4就拉動擺臂回擺。制動帶接觸制動鼓，開始制動，直至內(nèi)襯紙展開速度低于牽引速度，制動帶再次釋放制動鼓。

3.2 制動帶材料的選擇及包角的確定

石棉與鐵的摩擦系數(shù)是0.25～0.4，橡膠平面的平皮帶與鐵的摩擦系數(shù)是0.4～0.6，根據(jù)摩擦力的計算公式F=μ·N（μ為摩擦系數(shù)，N為壓力）可知，在相同壓力情況下，摩擦系數(shù)越大摩擦力越大，因此選用摩擦力較大的平型皮帶。

制動帶一端安裝在長支架上，另一端安裝在擺臂上。制動帶包裹制動鼓呈一定的角度范圍，理論上要求a≥150度，但考慮到設(shè)備已有結(jié)構(gòu)的局限性，包角設(shè)定在100°～250°范圍內(nèi)，寬度為21mm，制動帶中間設(shè)計有6個直徑為6mm，間距為70mm的圓孔，用于消除接觸面上灰塵的作用，經(jīng)多次測試能夠滿足制動要求。

3.3 制動帶長支架的設(shè)計

原支架直徑為18mm，根據(jù)類比法設(shè)計，長支架采用與原支架一致的直徑18mm，懸臂長度以制動帶安裝位置位于制動鼓寬度中心位置為宜。

如圖3所示，長支架為懸臂梁，制動帶的拉力作用有可能造成長支架的變形，因此有必要對其進行撓度校核。

圖3 懸臂梁

通過受力分析，在制動帶安裝位置中點（距安裝面125mm處）受力變形位移量最大，如圖4所示，在該點進行最大撓度計算較為合適。

圖4 最大撓度分析圖

已知L=125mm，d=18mm，實測F=49N；查表可知：45#鋼材料彈性系數(shù)E=206000N/mm2,截面慣矩I=π·d4/64=5150.385mm4；長支架最大撓度Wmax=F·L3/3EI ≈ 0.03mm；【W(wǎng)】=L·1/400=0.3mm；Wmax＜【W(wǎng)】。

由計算結(jié)果可知，長支架實際撓度小于容許撓度，設(shè)計滿足要求。

4 實施改進

4.1 設(shè)計加工搖臂張緊力調(diào)節(jié)裝置

絲桿安裝座安裝在機箱上，拉簧一端安裝在調(diào)節(jié)絲桿上，另一端固定在擺臂上，調(diào)節(jié)絲桿穿過絲桿安裝座上的通孔，由調(diào)節(jié)螺母進行調(diào)節(jié)和自鎖。當(dāng)張緊力下降，可通過調(diào)節(jié)絲桿進行補償，零件設(shè)計如圖5所示。

圖5 零件設(shè)計圖

4.2 設(shè)計加工短支架

短支架設(shè)計如圖6所示，其穿套在在擺臂上的導(dǎo)向輥軸上，形成轉(zhuǎn)動副；長支架固定在箱體上，兩者上固定制動帶的兩端，制動帶與制動鼓緊密貼合在一起，起到限速及制動的作用。

圖6 短支架設(shè)計圖

5 結(jié)語

新內(nèi)襯紙展開制動裝置投入運行后，經(jīng)過長期跟蹤觀察，內(nèi)襯紙輸送故障率明顯下降，圖7為2017年7～12月的內(nèi)襯紙輸送故障平均停機率折線圖。

圖7 故障平均停機率

從圖7可以看出，改進后內(nèi)襯紙輸送故障率整體上有了明顯改善，故障率呈下降趨勢，由1月份的2次/班下降到12月份的1次/班，下降50%。采用柔性耦合技術(shù)的內(nèi)襯紙展開制動裝置能夠有效降低故障停機率，研究成果可以為煙草生產(chǎn)企業(yè)提供較高的應(yīng)用價值。