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摘要：本文对FOCKE701包装机组铝箔纸压纹装置结构及原理进行分析，并对气缸行程与压纹辊移动距离的相互关系进行了公式推算，为压纹装置的调试与改造提供了理论依据；同时指出了目前FOCKE701与FC800两代包装机机型压纹装置的差异点，介绍了端面花键齿轮及压力胀紧套的技术特点，从设计的角度探讨设备在进行技术创新与改造的思维和方向。
关键词：包装机；铝箔纸压纹装置；膜片夹紧气缸；端面花键齿轮；压力胀紧套
【分类号】：TS45
1 引言
FC800硬盒硬条包装机组是国内引进德国FOCKE公司的超高速包装机组，其额定生产能力为800包/分钟，而FOCKE701是在FC800设备的基础上，通过设备机构和结构的优化设计，以及使用高速分度凸轮机构等先进技术，使其包装速度达到1000包/分钟，是目前全球最先进的高速包装设备之一。铝箔纸压纹装置主要对绕过其间的铝箔纸进行表面压纹和压制相关标识的作用，压纹装置中两压纹辊间的间隙大小直接影响到铝箔纸的压纹质量。本文通过对FC800与FOCKE701两代产品的压纹装置的工作原理进行分析并就部分结构进行比较，加深对FOCKE包装设备的理解的同时加快对其技术的消化吸收和再创新。
2 工作原理
2.1 原理介绍
FC800包装机的压纹装置与FOCKE701压纹装置的工作原理从具体功能上来说，基本是一致的，只是FOCKE701在FC800基础上作了部分的改动。下面以FOCKE701为例介绍其工作原理。如图1，动力由传动齿轮箱经系列齿轮传递最后带动齿轮（1）转动，从而带动压纹辊对相向运动。为保证内衬纸经辊对后能压出理想的压纹，两压纹辊间需要保持一定的压力，这个压力通过气缸（3）实现，当旋开开关（6）接通气路时气缸动作，在连杆机构的作用下带动从动压纹辊（4）动作，从而实现辊对靠近动作，压纹纹路的平衡由螺栓（8）进行控制。
图1 FOCKE701内衬纸压纹装置
2.2 压纹辊对的调整
2.2.1 压纹辊对平行度的调整：如图1所示，如果内衬纸带出现跑偏或者内衬纸上产生褶皱，应重新根据调整压纹辊对间的平行关系。调整时，松开紧固螺栓，旋入或者旋出调节螺栓（8），使滑块（6）左右移动、从而改变压纹辊（4）的侧压。当调整达到理想效果时，重新拧紧紧固螺栓。
2.2.2 压纹辊对间隙的调整：如图1所示，压纹辊对的间隙主要是设备投入生产前或是生产时出现内衬纸断纸时方便人工绕纸用的。把开关（6）切换到关闭位置，使夹紧气缸卸载缩回，在弹簧的作用下压纹辊对 （4）分开，然后松开锁紧紧固螺母，旋入或者旋出调节螺栓 （2） ，把压纹辊 （4） 与对辊之间的距离调整到0.3–0.5mm。调整完毕后拧紧锁紧螺母，重新把开关 （6） 切换到接通位置，完成整个调整过程。
2.3 压纹辊运动机构分析
如图2所示，内框纸切割辊调节机构主要由固定块（1）、螺栓（2）、齿轮（3）、压辊（4）和（5）、气缸（6）、轴（7）、垫块（10）和滑块（11）等组成。机构原理图中连杆L1为偏心法兰（12）偏心的距离；连杆L2为连杆（13）构件；连杆与偏心法兰通过连接螺钉固结；连杆L3为M8调节螺栓（14）构件；滑块A0表示M8调节螺栓与调节面板（2）配合进行调节时，连杆（4）接触端面的运动轨迹。
图2 压纹装置剖切图
如图3所示，根据压纹辊对的动作原理，可以推导出压纹装置辊对在气缸正常工作时的机构运动原理简图。该机构主要由连杆L1段和L2段、摇块M等零件组成。该机构中，夹紧气缸动作时产生的力F1带动连杆L1摆动，从而带动与L1连接的连杆L2动作，力F2推动压纹辊两侧的滑块动作完成压纹辊对的靠近动作。
夹紧气缸的移动行程与压纹辊对中活动辊的运动距离可以采用运动学分析的原理进行求解。如图4所示，当气缸行程推出ΔA时，活动辊靠近距离为ΔX，ψ连杆L1段和L2段所夹锐角，则：
由式（1）（2）（6）得出ΔA与ΔX的关系式为：
（7）
从式中可以得出，气缸运动时活动辊行程由L1、L2、L3和夹角ψ决定的，当ψ=0°时， 。
3 改进内容
FOCKE701内衬纸压纹装置在FC800原来设计的基础上，根据实际操作与生产需要，对一些部位作了相应的改进，其中主要的两个改进内容为动力传递的改进和增加内衬纸拉片位置调整装置。
3.1 动力传递改进
如图5所示，FC800压纹辊的动力通过传递的键与轴联接的方式直接带动压纹辊转动，而FOCKE701则将动力依次通过胀紧套和端面花键齿轮进行动力传递。
3.1.1 胀紧套的应用：内衬纸压纹装置的动力齿轮箱位于机身的后侧，采用FC800键联接的方式时，受齿轮箱内部空间局限性的影响，对于压纹辊的对位和安装，都需要花费较长的时间。而采用胀紧套的形式因为齿轮轴向位置不受限制，可以在完成精确对齿后在拧紧端盖处的螺栓，简化了操作。同时胀紧套的使用寿命长，强度高，胀套依靠摩擦传动，对被联接件没有键槽削弱，也无相对运动，几乎不会产生磨损；当胀套超载时，将失去其联接作用，可以保护设备不受损坏。
图5 FC800与FOCKE701压纹装置动力输入示意图
3.1.2 端面花键齿轮的应用：端面花键齿轮从联接方式上看，类似于法兰盘联接，只不过在法兰盘的端面增加了齿牙，但在传递扭矩过程中，齿轮联接的两个部件的动力靠端面花键齿牙传递，并不是通过联接螺栓，正常工作情况下联接螺栓不受剪切力，只受轴向拉紧力，这样传递的力矩由多个齿牙来分担，受力均匀，避免应力集中，螺栓也不易失效，拆装方便，适合高速、大功率的转动联接。
当今烟草包装设备不断朝着部件模块化的趋势发展，压纹装置作为一个部件模块，在进行辊对更换等维护时，一般都要整套从设备上拆卸后再进行相应操作。FC800的联接方式要求其拆卸时必须打开机身齿轮箱对传动齿轮进行拆卸操作，不仅动作繁琐，而且容易导致赃物进入齿轮箱，污染润滑油。FOCKE701采用端面花键齿轮的联接方式满足了快速拆卸的需要，操作时只需将机身外压纹装置的固定螺丝拆卸即可完成装置与机身的分离。
3.2 拉片位置精调装置
内衬纸拉片（pull）上的图标在上下位移方向上如果发生较大偏差时，一般通过调整传动齿轮的啮合位置进行调整，而随着烟草产品质量的不断提高，这种粗犷的调整方式已经无法满足生产的需要。因此FOCKE701在不改变压纹装置原来其他功能的情况下，在部件底部增加了一个精细调整装置，如图6所示。该装置主要由旋钮、螺杆、滑架、导纸辊和支架等组成，调整时，通过旋钮由螺杆带动滑架进行前后的滑动，从而改变内衬纸裁切时拉片标志相对于切割刀的位置，从而达到最终位置要求。
图6 FOCKE701拉片位置精调装置
4 结束语
本文对FOCKE701内衬纸装置的工作原理进行了分析，对压纹辊的工作状态进行了运动学研究，并给出了气缸行程与压纹辊移动的关系表达式。同时对F0CKE701在FC800基础上所进行的改进内容做了相应的分析和讲解，以小见大的理论支撑了烟机包装设备不断的向更快的包装速度，更好的包装质量以及更人性化的操作维护等方向发展，有助于对FOCKE设备技术的消化与吸收，有助于进行创新设计。
参考文献
[1] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京： 化学工业出版社， 2000.
[2] 田茂权. 端面花键参数设计及计算方法研究[J]. 期刊论文.
[3] FCOKE公司. 701型硬盒翻盖包装机维修保养手册（中文版）[M]
关键词：包装机；铝箔纸压纹装置；膜片夹紧气缸；端面花键齿轮；压力胀紧套
【分类号】：TS45
1 引言
FC800硬盒硬条包装机组是国内引进德国FOCKE公司的超高速包装机组，其额定生产能力为800包/分钟，而FOCKE701是在FC800设备的基础上，通过设备机构和结构的优化设计，以及使用高速分度凸轮机构等先进技术，使其包装速度达到1000包/分钟，是目前全球最先进的高速包装设备之一。铝箔纸压纹装置主要对绕过其间的铝箔纸进行表面压纹和压制相关标识的作用，压纹装置中两压纹辊间的间隙大小直接影响到铝箔纸的压纹质量。本文通过对FC800与FOCKE701两代产品的压纹装置的工作原理进行分析并就部分结构进行比较，加深对FOCKE包装设备的理解的同时加快对其技术的消化吸收和再创新。
2 工作原理
2.1 原理介绍
FC800包装机的压纹装置与FOCKE701压纹装置的工作原理从具体功能上来说，基本是一致的，只是FOCKE701在FC800基础上作了部分的改动。下面以FOCKE701为例介绍其工作原理。如图1，动力由传动齿轮箱经系列齿轮传递最后带动齿轮（1）转动，从而带动压纹辊对相向运动。为保证内衬纸经辊对后能压出理想的压纹，两压纹辊间需要保持一定的压力，这个压力通过气缸（3）实现，当旋开开关（6）接通气路时气缸动作，在连杆机构的作用下带动从动压纹辊（4）动作，从而实现辊对靠近动作，压纹纹路的平衡由螺栓（8）进行控制。
图1 FOCKE701内衬纸压纹装置
2.2 压纹辊对的调整
2.2.1 压纹辊对平行度的调整：如图1所示，如果内衬纸带出现跑偏或者内衬纸上产生褶皱，应重新根据调整压纹辊对间的平行关系。调整时，松开紧固螺栓，旋入或者旋出调节螺栓（8），使滑块（6）左右移动、从而改变压纹辊（4）的侧压。当调整达到理想效果时，重新拧紧紧固螺栓。
2.2.2 压纹辊对间隙的调整：如图1所示，压纹辊对的间隙主要是设备投入生产前或是生产时出现内衬纸断纸时方便人工绕纸用的。把开关（6）切换到关闭位置，使夹紧气缸卸载缩回，在弹簧的作用下压纹辊对 （4）分开，然后松开锁紧紧固螺母，旋入或者旋出调节螺栓 （2） ，把压纹辊 （4） 与对辊之间的距离调整到0.3–0.5mm。调整完毕后拧紧锁紧螺母，重新把开关 （6） 切换到接通位置，完成整个调整过程。
2.3 压纹辊运动机构分析
如图2所示，内框纸切割辊调节机构主要由固定块（1）、螺栓（2）、齿轮（3）、压辊（4）和（5）、气缸（6）、轴（7）、垫块（10）和滑块（11）等组成。机构原理图中连杆L1为偏心法兰（12）偏心的距离；连杆L2为连杆（13）构件；连杆与偏心法兰通过连接螺钉固结；连杆L3为M8调节螺栓（14）构件；滑块A0表示M8调节螺栓与调节面板（2）配合进行调节时，连杆（4）接触端面的运动轨迹。
图2 压纹装置剖切图
如图3所示，根据压纹辊对的动作原理，可以推导出压纹装置辊对在气缸正常工作时的机构运动原理简图。该机构主要由连杆L1段和L2段、摇块M等零件组成。该机构中，夹紧气缸动作时产生的力F1带动连杆L1摆动，从而带动与L1连接的连杆L2动作，力F2推动压纹辊两侧的滑块动作完成压纹辊对的靠近动作。
夹紧气缸的移动行程与压纹辊对中活动辊的运动距离可以采用运动学分析的原理进行求解。如图4所示，当气缸行程推出ΔA时，活动辊靠近距离为ΔX，ψ连杆L1段和L2段所夹锐角，则：
由式（1）（2）（6）得出ΔA与ΔX的关系式为：
（7）
从式中可以得出，气缸运动时活动辊行程由L1、L2、L3和夹角ψ决定的，当ψ=0°时， 。
3 改进内容
FOCKE701内衬纸压纹装置在FC800原来设计的基础上，根据实际操作与生产需要，对一些部位作了相应的改进，其中主要的两个改进内容为动力传递的改进和增加内衬纸拉片位置调整装置。
3.1 动力传递改进
如图5所示，FC800压纹辊的动力通过传递的键与轴联接的方式直接带动压纹辊转动，而FOCKE701则将动力依次通过胀紧套和端面花键齿轮进行动力传递。
3.1.1 胀紧套的应用：内衬纸压纹装置的动力齿轮箱位于机身的后侧，采用FC800键联接的方式时，受齿轮箱内部空间局限性的影响，对于压纹辊的对位和安装，都需要花费较长的时间。而采用胀紧套的形式因为齿轮轴向位置不受限制，可以在完成精确对齿后在拧紧端盖处的螺栓，简化了操作。同时胀紧套的使用寿命长，强度高，胀套依靠摩擦传动，对被联接件没有键槽削弱，也无相对运动，几乎不会产生磨损；当胀套超载时，将失去其联接作用，可以保护设备不受损坏。
图5 FC800与FOCKE701压纹装置动力输入示意图
3.1.2 端面花键齿轮的应用：端面花键齿轮从联接方式上看，类似于法兰盘联接，只不过在法兰盘的端面增加了齿牙，但在传递扭矩过程中，齿轮联接的两个部件的动力靠端面花键齿牙传递，并不是通过联接螺栓，正常工作情况下联接螺栓不受剪切力，只受轴向拉紧力，这样传递的力矩由多个齿牙来分担，受力均匀，避免应力集中，螺栓也不易失效，拆装方便，适合高速、大功率的转动联接。
当今烟草包装设备不断朝着部件模块化的趋势发展，压纹装置作为一个部件模块，在进行辊对更换等维护时，一般都要整套从设备上拆卸后再进行相应操作。FC800的联接方式要求其拆卸时必须打开机身齿轮箱对传动齿轮进行拆卸操作，不仅动作繁琐，而且容易导致赃物进入齿轮箱，污染润滑油。FOCKE701采用端面花键齿轮的联接方式满足了快速拆卸的需要，操作时只需将机身外压纹装置的固定螺丝拆卸即可完成装置与机身的分离。
3.2 拉片位置精调装置
内衬纸拉片（pull）上的图标在上下位移方向上如果发生较大偏差时，一般通过调整传动齿轮的啮合位置进行调整，而随着烟草产品质量的不断提高，这种粗犷的调整方式已经无法满足生产的需要。因此FOCKE701在不改变压纹装置原来其他功能的情况下，在部件底部增加了一个精细调整装置，如图6所示。该装置主要由旋钮、螺杆、滑架、导纸辊和支架等组成，调整时，通过旋钮由螺杆带动滑架进行前后的滑动，从而改变内衬纸裁切时拉片标志相对于切割刀的位置，从而达到最终位置要求。
图6 FOCKE701拉片位置精调装置
4 结束语
本文对FOCKE701内衬纸装置的工作原理进行了分析，对压纹辊的工作状态进行了运动学研究，并给出了气缸行程与压纹辊移动的关系表达式。同时对F0CKE701在FC800基础上所进行的改进内容做了相应的分析和讲解，以小见大的理论支撑了烟机包装设备不断的向更快的包装速度，更好的包装质量以及更人性化的操作维护等方向发展，有助于对FOCKE设备技术的消化与吸收，有助于进行创新设计。
参考文献
[1] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京： 化学工业出版社， 2000.
[2] 田茂权. 端面花键参数设计及计算方法研究[J]. 期刊论文.
[3] FCOKE公司. 701型硬盒翻盖包装机维修保养手册（中文版）[M]