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摘 要：CH双联推包器挡板经过长期的往复运动，其零部件之间的配合容易在运行过程中出现松动，导致推板不能及时、准确复位，从而刮伤烟包表面，造成产品质量问题。同时，在挡板高速往复运动中，其拉簧也容易因塑性变形而失效，进而造成设备故障停机，影响生产效率。针对该问题，通过分析烟包在CH双联推包器的输送原理及其挡板的结构特点，在挡板端部以及推杆与挡板连接处加装轴承，增加挡板在往复运动的顺畅性和复位的准确性，同时使用了强度较大的拉簧。应用结果表明，改进后的挡板有效解决了因复位不及时，不到位而造成的产品质量问题，减少了CH小盒透明包装机的故障停机次数，提高了设备的有效作业率。
关键词：CH双联推包器 挡板 惯性 拉簧 轴承
1 前言
随着工业生产自动化程度的不断提高，设备高效运行对于企业效益提升至关重要，同时产品质量更是关乎企业生命的重要因素，因此如何提高设备的有效作业率，如何保障以及提高产品质量是值得每一个企业思考的问题。当今烟草企业着重发展高档卷烟，而且产量要求也越来越大，这对设备的有效作业率有了更严格的要求，然而，在实际生产中，设备中或多或少存在一些问题，包括设备自身存在设计缺陷以及长期高强度使用造成设备疲劳磨损等等。
在精度较高，速度较快的卷烟包装设备中，任何细小问题都容易被放大，造成设备故障停机，加重机台操作工以及维修工的劳动量，影响着设备的有效作业率。为了保证生产设备正常、安全、高效运行，保持其技术状况完好，不断提高和改善装备水平，实现设备管理的目的，涉及设备方面的所有缺陷、隐患必须杜绝或进行改善。因此，本文针对CH透明包装机的双联推包器的挡板存在的缺陷展开研究分析。
CH双联推包器挡板是ZB45型包装机烟包输送系统中的重要零件之一，安装在双联推包器后端，实现将两盒叠加烟包推送进入旋转输送轮中，并及时复位的功能。虽然结构简单，但烟包输送过程中起到较为重要的推送、定位的作用。叠加烟包的输送是否准确、到位直接影响到小盒包装设备运行的稳定性。然而，该挡板是通过销钉连接在双联推包器上，因双联推包器是在长期、高速、反复的环境下运动，容易出现销钉松动和拉簧疲劳，进而造成挡板不能及时、准确复位，刮伤烟包表面，甚至撞坏烟包，导致设备故障停机，影响设备有效作业率。
为了增加CH双联推包器挡板复位的准确性和及时性，保证产品质量，需经常更换对该部件的拉簧，加固挡板与推包器之间的连接销钉，从而加重机台操作工、质检人员的劳动强度。即便如此，烟包表面被挡板刮伤的质量缺陷依然频繁出现。因此，如何通过对CH双联推包器的工作原理，结合挡板的结构特征，对挡板进行改进设计，增加挡板在往复运动的顺畅性，复位的准确性，从而降低烟包表面被挡板刮伤的质量不合格率，减少因挡板不能及时准备复位而造成烟包堵塞的故障停机频次是我们亟需解决的问题。
2 CH双联推包器的工作原理和结构特点
2.1 双联推包器的工作原理
如图1所示，烟包推送器把烟包推入包装成型轮的包装槽内时，已完成“U”形包装和烟包端面的第一折。烟包侧面第二折由活动的折叠器完成。侧面第二折叠由固定的成型轮罩完成。在随后两个位置完成侧面折缝的热封，然后烟包被送至折叠通道完成端面第二、第三以及第四折。
a） 烟包正面
b） 烟包侧面（第一和第二折）
c） 烟包端面（第一折）
d） 烟包端面（第二折）
e） 烟包端面（第三折）
f） 烟包端面（第四折）
图1 烟包各面和各折的名称说明
双联推包器的运动为往复运动，可分为推程和回程，如图2（1）所示，当烟包由叠包推杆推出完成两两叠包后，通过齿轮传动带动凸轮转动，从而带动双联推包器整体向右运动，此时安装在后推杆上的挡板将叠加烟包向前推送至热封区域，推送行程为90mm；当叠加烟包到达预定位置后，双联推包器在凸轮的带动下快速返回，此时挡板在拉簧的作用下被提起，刚好跨过叠加烟包，回到初始位置，为推送下一叠烟包做好准备，由此实现双联推包器推送叠加烟包的整个工艺流程。
（1） （2）
图2 CH双联推包器的工作原理
2.2双联推包器挡板的结构与连接特点
双联推包器主要由前推杆、后推杆、连接轴和箱体四部分组成，如图3（1）所示。其中，后推杆由推杆及两个塑料挡板构成，推杆与挡板之间采用销钉连接，同时用拉簧控制挡板的摆动。如图3所示。
在烟包输送过程中，推杆做高速往复运动，挡板可在烟包的阻力与拉簧的拉力共同作用下摆动，从而在回程中不会损伤烟包，保障产品质量。
（1）后推杆安装示意图 （2）推杆 （3）挡板
图3 挡板的安装位置及结构特点
3. 双联推包器挡板存在的问题分析
3.1 拉簧疲劳因摆动频繁而失效
CH双联推包器中的挡板在高速往复运动中存在惯性，拉簧强度较小，较难克服挡板的惯性，导致在下一推程中不能准确复位，因此会损坏烟包表面，造成质量缺陷，如图4所示。
图4 挡板复位不准确分析示意图
此外，在烟包推送不到位的情况下（即烟包被卡死），挡板摆动的幅度过大，使拉簧发生塑性变形而失效，造成设备故障停机，影响正常生产。在实际生产中，每台设备均不同程度受到挡板影响，其中以12#生产设备最为明显，表1是针对12#生产设备采集的数据。从统计数据可以看出，挡板存在的问题造成的设备停机时间较长，而包装设备的转速较高，因此停机次数多、时间长将对产品产量存在较大影响。
表1 12# 挡板造成设备故障停机时间统计（2011年）
3.2连接销钉因磨损而松动
挡板与推杆的连接方式也同样存在问题。挡板与推杆的连接采用的是光孔与销钉直接相连，如图5所示，而在实际生产中，挡板的摆动频率较大，挡板轴孔没有任何保护措施，无疑会出现磨损。挡板材质为塑料，与推杆之间的摩擦类型为干摩擦，且挡板与烟包直接接触，为了避免对烟包表面造成污损，不能对轴孔进行润滑，导致磨损现象更为严重。轴孔的磨损容易造成挡板松动，使挡板摆动处于一种半自由状态。 图5 挡板轴孔磨损
4. 改进思路及分析
维修人员通常在包装设备进行轮修轮保时对双联推包器挡板进行检查、维护，若拉簧松紧度不符合要求或挡板轴孔磨损较大，均会对拉簧和挡板进行更换。通过查阅包装设备轮修轮保记录发现（表2）：
表2 拉簧和挡板更换频次统计（2011年）
包装设备的转速高，同时挡板摆动的幅度较大，拉簧和挡板容易变形失效、磨损，更换频次高。为了贯彻设备管理维护预防为主、防患于未然的原则，尽量保持零维修、零更换零部件记录和实现设备的高效运转，必须从结构方面对CH双联推包器挡板进行改进。
4.1更换强度较大的拉簧
针对小强度拉簧难以克服挡板惯性的问题，考虑更换强度稍大的拉簧，采用较大的弹性强度来克服挡板的惯性。然而，更换强度较大的拉簧后，挡板能准确复位，但同时也出现了新问题，在挡板的回程中，由于拉簧强度大，挡板受到烟包带来的摩擦阻力会明显增大，容易在烟包表面留下刮痕，造成产品质量缺陷，同时轴孔的磨损也更加严重。因此，单纯更换大强度拉簧在实际生产中不可行。
4.2挡板端部加装滚动轴承
由于更换大强度拉簧后烟包表面出现刮痕，是由于摩擦力过大导致的，而在相同正压力作用的情况下，滚动摩擦系数小于滑动摩擦系数。因此，在挡板端部加装一个滚动轴承，变滑动摩擦为滚动摩擦，减小二者之间的摩擦力。
4.3 在推杆与挡板的连接轴孔处安装滚动轴承
针对挡板轴孔磨损问题，可在连接处安装滚动轴承，使轴与轴承直接接触而不是挡板，从而大大减小挡板轴孔的磨损。
通过对挡板改进思路的论证与分析，提出双联推包器挡板的改进方案：
a. 提高连接挡板与推杆的拉簧强度，使其有效克服挡板惯性；
b. 在挡板轴孔出安装滚动轴承，减小挡板轴孔的磨损；
c. 在挡板端部加装滚动轴承，减小挡板与烟包之间的摩擦力。
图6 轴承安装点位示意图
5. 改进实施
5.1 拉簧的选择
挡板与推杆通过销钉进行连接，同时用拉簧控制挡板的摆动。由于挡板在双联推包器回程中与烟包表面接触，因此拉簧的强度过大会造成烟包表面留下刮痕，形成质量缺陷，拉簧强度过小又会因高速往复运动而易于疲劳失效，因此，选择合适的拉簧对于保障产品质量以及设备有效运行具有重要意义。
已知拉簧计算公式为
其中？姿 为在载荷F作用下弹簧的变形量，D为弹簧中径，n为弹簧有效圈数，G为材料的切变模量，d为簧丝直径。
设备正常运转时，？姿 最大值为5mm，F为0.1N；当烟包在挡板运动位置堵塞时，？姿 将达到10mm，F为0.5N。为保证弹簧寿命，选取优质弹簧钢60Si2Mn，材料切变模量G为79GPa，根据安装位置（预应力较小可忽略不计）n约为30，由此可计算出D/d=6，改进前后使用的拉簧规格对比选择如表3所示。
表3 改进前后拉簧选择对比表
表4 轴承性能对比
5.2 挡板端部加装轴承
为了防止加装的轴承妨碍挡板与烟包的直接接触，轴承外径应与挡板垂直边缘相切，同时，为保证挡板摆动到垂直位置，轴承底端不可超过烟包下表面，即保证垂直距离，因此，轴承的轴心位置便可确定为O，如图7所示。
由于端部轴承尺寸较小，应选择深沟球轴承或滚针轴承，具体性能对比见表4。
图7 挡板端部加装轴承示意图
由于端部轴承与烟包进行摩擦，因此对摩擦性能要求较高，因此选择深沟球轴承，查阅手册选用代号为619/3的深沟球轴承。
5. 3 挡板轴孔处轴承
挡板轴孔处加装轴承可防止挡板轴孔的磨损，从而延长挡板的使用寿命。由于挡板轴孔处主要承受径向载荷，根据表3，应选用承载能力较好的滚针轴承，因此，查阅手册选取代号为K5×8×8的滚针轴承。
6. 效果验证
将改进后的挡板装入设备进行安装调试，经过三个月的效果跟踪验证，统计了该部位设备故障停机时间，如表5所示。
表5 改进前后设备效果数据对比表
从统计结果表明，挡板的改进效果明显，该部位损坏烟包次数和设备故障停机时间均减少，说明改进后的挡板有效降低了包装表面被刮伤的质量缺陷发生频率，保证了产品质量，同时减少了设备的故障停机时间，有效提高了设备的运行效率。
通过改善，维修人员不需要利用轮修轮保的时间对挡板进行维护，拉簧和挡板也不再需要进行更换（如表6所示），实现了设备精益管理的目的。
表6 拉簧和挡板更换频次统计（2012年）
7. 结束语
经过运行观察，改进后的挡板能够有效解决CH双联推包器因运行不稳定而造成产品质量缺陷的问题，减少了该部位烟包堵塞的故障停机频次，保证了包装外观质量的稳定性。同时，设备运行的稳定性明显提高，综合效率得到提升，小停机现象也明显减少。此项目成本低，效果明显，已被推广应用到车间所有的CH小盒透明包装机。
参考文献
[1]《ZB45型包装机组》 中国科学技术出版社
[2]《YB555型盒外透明纸包装机使用说明书》 上海烟草机械有限责任公司
关键词：CH双联推包器 挡板 惯性 拉簧 轴承
1 前言
随着工业生产自动化程度的不断提高，设备高效运行对于企业效益提升至关重要，同时产品质量更是关乎企业生命的重要因素，因此如何提高设备的有效作业率，如何保障以及提高产品质量是值得每一个企业思考的问题。当今烟草企业着重发展高档卷烟，而且产量要求也越来越大，这对设备的有效作业率有了更严格的要求，然而，在实际生产中，设备中或多或少存在一些问题，包括设备自身存在设计缺陷以及长期高强度使用造成设备疲劳磨损等等。
在精度较高，速度较快的卷烟包装设备中，任何细小问题都容易被放大，造成设备故障停机，加重机台操作工以及维修工的劳动量，影响着设备的有效作业率。为了保证生产设备正常、安全、高效运行，保持其技术状况完好，不断提高和改善装备水平，实现设备管理的目的，涉及设备方面的所有缺陷、隐患必须杜绝或进行改善。因此，本文针对CH透明包装机的双联推包器的挡板存在的缺陷展开研究分析。
CH双联推包器挡板是ZB45型包装机烟包输送系统中的重要零件之一，安装在双联推包器后端，实现将两盒叠加烟包推送进入旋转输送轮中，并及时复位的功能。虽然结构简单，但烟包输送过程中起到较为重要的推送、定位的作用。叠加烟包的输送是否准确、到位直接影响到小盒包装设备运行的稳定性。然而，该挡板是通过销钉连接在双联推包器上，因双联推包器是在长期、高速、反复的环境下运动，容易出现销钉松动和拉簧疲劳，进而造成挡板不能及时、准确复位，刮伤烟包表面，甚至撞坏烟包，导致设备故障停机，影响设备有效作业率。
为了增加CH双联推包器挡板复位的准确性和及时性，保证产品质量，需经常更换对该部件的拉簧，加固挡板与推包器之间的连接销钉，从而加重机台操作工、质检人员的劳动强度。即便如此，烟包表面被挡板刮伤的质量缺陷依然频繁出现。因此，如何通过对CH双联推包器的工作原理，结合挡板的结构特征，对挡板进行改进设计，增加挡板在往复运动的顺畅性，复位的准确性，从而降低烟包表面被挡板刮伤的质量不合格率，减少因挡板不能及时准备复位而造成烟包堵塞的故障停机频次是我们亟需解决的问题。
2 CH双联推包器的工作原理和结构特点
2.1 双联推包器的工作原理
如图1所示，烟包推送器把烟包推入包装成型轮的包装槽内时，已完成“U”形包装和烟包端面的第一折。烟包侧面第二折由活动的折叠器完成。侧面第二折叠由固定的成型轮罩完成。在随后两个位置完成侧面折缝的热封，然后烟包被送至折叠通道完成端面第二、第三以及第四折。
a） 烟包正面
b） 烟包侧面（第一和第二折）
c） 烟包端面（第一折）
d） 烟包端面（第二折）
e） 烟包端面（第三折）
f） 烟包端面（第四折）
图1 烟包各面和各折的名称说明
双联推包器的运动为往复运动，可分为推程和回程，如图2（1）所示，当烟包由叠包推杆推出完成两两叠包后，通过齿轮传动带动凸轮转动，从而带动双联推包器整体向右运动，此时安装在后推杆上的挡板将叠加烟包向前推送至热封区域，推送行程为90mm；当叠加烟包到达预定位置后，双联推包器在凸轮的带动下快速返回，此时挡板在拉簧的作用下被提起，刚好跨过叠加烟包，回到初始位置，为推送下一叠烟包做好准备，由此实现双联推包器推送叠加烟包的整个工艺流程。
（1） （2）
图2 CH双联推包器的工作原理
2.2双联推包器挡板的结构与连接特点
双联推包器主要由前推杆、后推杆、连接轴和箱体四部分组成，如图3（1）所示。其中，后推杆由推杆及两个塑料挡板构成，推杆与挡板之间采用销钉连接，同时用拉簧控制挡板的摆动。如图3所示。
在烟包输送过程中，推杆做高速往复运动，挡板可在烟包的阻力与拉簧的拉力共同作用下摆动，从而在回程中不会损伤烟包，保障产品质量。
（1）后推杆安装示意图 （2）推杆 （3）挡板
图3 挡板的安装位置及结构特点
3. 双联推包器挡板存在的问题分析
3.1 拉簧疲劳因摆动频繁而失效
CH双联推包器中的挡板在高速往复运动中存在惯性，拉簧强度较小，较难克服挡板的惯性，导致在下一推程中不能准确复位，因此会损坏烟包表面，造成质量缺陷，如图4所示。
图4 挡板复位不准确分析示意图
此外，在烟包推送不到位的情况下（即烟包被卡死），挡板摆动的幅度过大，使拉簧发生塑性变形而失效，造成设备故障停机，影响正常生产。在实际生产中，每台设备均不同程度受到挡板影响，其中以12#生产设备最为明显，表1是针对12#生产设备采集的数据。从统计数据可以看出，挡板存在的问题造成的设备停机时间较长，而包装设备的转速较高，因此停机次数多、时间长将对产品产量存在较大影响。
表1 12# 挡板造成设备故障停机时间统计（2011年）
3.2连接销钉因磨损而松动
挡板与推杆的连接方式也同样存在问题。挡板与推杆的连接采用的是光孔与销钉直接相连，如图5所示，而在实际生产中，挡板的摆动频率较大，挡板轴孔没有任何保护措施，无疑会出现磨损。挡板材质为塑料，与推杆之间的摩擦类型为干摩擦，且挡板与烟包直接接触，为了避免对烟包表面造成污损，不能对轴孔进行润滑，导致磨损现象更为严重。轴孔的磨损容易造成挡板松动，使挡板摆动处于一种半自由状态。 图5 挡板轴孔磨损
4. 改进思路及分析
维修人员通常在包装设备进行轮修轮保时对双联推包器挡板进行检查、维护，若拉簧松紧度不符合要求或挡板轴孔磨损较大，均会对拉簧和挡板进行更换。通过查阅包装设备轮修轮保记录发现（表2）：
表2 拉簧和挡板更换频次统计（2011年）
包装设备的转速高，同时挡板摆动的幅度较大，拉簧和挡板容易变形失效、磨损，更换频次高。为了贯彻设备管理维护预防为主、防患于未然的原则，尽量保持零维修、零更换零部件记录和实现设备的高效运转，必须从结构方面对CH双联推包器挡板进行改进。
4.1更换强度较大的拉簧
针对小强度拉簧难以克服挡板惯性的问题，考虑更换强度稍大的拉簧，采用较大的弹性强度来克服挡板的惯性。然而，更换强度较大的拉簧后，挡板能准确复位，但同时也出现了新问题，在挡板的回程中，由于拉簧强度大，挡板受到烟包带来的摩擦阻力会明显增大，容易在烟包表面留下刮痕，造成产品质量缺陷，同时轴孔的磨损也更加严重。因此，单纯更换大强度拉簧在实际生产中不可行。
4.2挡板端部加装滚动轴承
由于更换大强度拉簧后烟包表面出现刮痕，是由于摩擦力过大导致的，而在相同正压力作用的情况下，滚动摩擦系数小于滑动摩擦系数。因此，在挡板端部加装一个滚动轴承，变滑动摩擦为滚动摩擦，减小二者之间的摩擦力。
4.3 在推杆与挡板的连接轴孔处安装滚动轴承
针对挡板轴孔磨损问题，可在连接处安装滚动轴承，使轴与轴承直接接触而不是挡板，从而大大减小挡板轴孔的磨损。
通过对挡板改进思路的论证与分析，提出双联推包器挡板的改进方案：
a. 提高连接挡板与推杆的拉簧强度，使其有效克服挡板惯性；
b. 在挡板轴孔出安装滚动轴承，减小挡板轴孔的磨损；
c. 在挡板端部加装滚动轴承，减小挡板与烟包之间的摩擦力。
图6 轴承安装点位示意图
5. 改进实施
5.1 拉簧的选择
挡板与推杆通过销钉进行连接，同时用拉簧控制挡板的摆动。由于挡板在双联推包器回程中与烟包表面接触，因此拉簧的强度过大会造成烟包表面留下刮痕，形成质量缺陷，拉簧强度过小又会因高速往复运动而易于疲劳失效，因此，选择合适的拉簧对于保障产品质量以及设备有效运行具有重要意义。
已知拉簧计算公式为
其中？姿 为在载荷F作用下弹簧的变形量，D为弹簧中径，n为弹簧有效圈数，G为材料的切变模量，d为簧丝直径。
设备正常运转时，？姿 最大值为5mm，F为0.1N；当烟包在挡板运动位置堵塞时，？姿 将达到10mm，F为0.5N。为保证弹簧寿命，选取优质弹簧钢60Si2Mn，材料切变模量G为79GPa，根据安装位置（预应力较小可忽略不计）n约为30，由此可计算出D/d=6，改进前后使用的拉簧规格对比选择如表3所示。
表3 改进前后拉簧选择对比表
表4 轴承性能对比
5.2 挡板端部加装轴承
为了防止加装的轴承妨碍挡板与烟包的直接接触，轴承外径应与挡板垂直边缘相切，同时，为保证挡板摆动到垂直位置，轴承底端不可超过烟包下表面，即保证垂直距离，因此，轴承的轴心位置便可确定为O，如图7所示。
由于端部轴承尺寸较小，应选择深沟球轴承或滚针轴承，具体性能对比见表4。
图7 挡板端部加装轴承示意图
由于端部轴承与烟包进行摩擦，因此对摩擦性能要求较高，因此选择深沟球轴承，查阅手册选用代号为619/3的深沟球轴承。
5. 3 挡板轴孔处轴承
挡板轴孔处加装轴承可防止挡板轴孔的磨损，从而延长挡板的使用寿命。由于挡板轴孔处主要承受径向载荷，根据表3，应选用承载能力较好的滚针轴承，因此，查阅手册选取代号为K5×8×8的滚针轴承。
6. 效果验证
将改进后的挡板装入设备进行安装调试，经过三个月的效果跟踪验证，统计了该部位设备故障停机时间，如表5所示。
表5 改进前后设备效果数据对比表
从统计结果表明，挡板的改进效果明显，该部位损坏烟包次数和设备故障停机时间均减少，说明改进后的挡板有效降低了包装表面被刮伤的质量缺陷发生频率，保证了产品质量，同时减少了设备的故障停机时间，有效提高了设备的运行效率。
通过改善，维修人员不需要利用轮修轮保的时间对挡板进行维护，拉簧和挡板也不再需要进行更换（如表6所示），实现了设备精益管理的目的。
表6 拉簧和挡板更换频次统计（2012年）
7. 结束语
经过运行观察，改进后的挡板能够有效解决CH双联推包器因运行不稳定而造成产品质量缺陷的问题，减少了该部位烟包堵塞的故障停机频次，保证了包装外观质量的稳定性。同时，设备运行的稳定性明显提高，综合效率得到提升，小停机现象也明显减少。此项目成本低，效果明显，已被推广应用到车间所有的CH小盒透明包装机。
参考文献
[1]《ZB45型包装机组》 中国科学技术出版社
[2]《YB555型盒外透明纸包装机使用说明书》 上海烟草机械有限责任公司