包装机弧形阀故障分析及改进方法

李胜男

（唐山三友化工股份有限公司成品车间，河北 唐山 063305）

我公司在纯碱包装系统中，采用重力式定量包装机，此类包装机结构简单，运行可靠，受外因素影响小。包装机的给料控制和排料，全部采用气缸动力弧形阀，弧形阀是否稳定运行，直接影响称重合格率及包装速度，是影响整个包装系统的一个主要因素。在实际工作中，弧形阀存在不能自动开启、开关不到位等情况。结合实际工作中常见故障，本文对弧形阀的结构、受力等各方面进行了全面分析，并提出了改造方案，以提高弧形阀的可靠性。

1 弧形阀结构介绍

以动作较多的给料弧形阀为例（图1所示），主要由箱体、阀体、气缸、拐臂、密封条、轴及轴承等部分组成。给料弧形阀由双行程气缸控制，动作为全开（粗给料）→半开（细给料）→全关（隔断），因为控制给料精度，阀口三面由硅橡胶密封。

图1 给料弧形阀

2 弧形阀的受力分析

由图2可知，在整个机构中，气缸是弧形阀的动力来源，所以气缸杆产生推力或拉力（F），拐臂受气缸F力作用，产生转矩（M）。因为轴与拐臂配合，所以轴受转矩（M）作用。轴和阀面支腿由键连接，带动阀面摆动，克服物料与阀面产生的正压力和摩擦力的合力距（M′），M＞M′，从而阀面打开。弧形阀的动作分为全开（双向气缸同时收缩）、细给料（气缸一侧收缩）、全关（双向气缸同时伸出）。在这三个动作中，当弧形阀由全关到全开时，由于阀面与物料接触面积最大，产生的正压力和摩擦力最大，同时气缸活塞的受力面积最小，气缸杆产生的拉力最小，所以这个动作是弧形阀不能正常工作的主要原因。

图2 弧形阀受力分析

3 存在问题与改进方法

3.1 加工精度与装配质量

由图1可知，阀体由箱体、阀面、轴、拐臂、关节轴承、气缸等组成。气缸一端与气缸箱由关节轴承相连，另一端连接关节轴承后与拐臂相连，拐臂和轴装配，轴与阀体装配。每个部件的精度均会影响到整体装配质量。这就要求箱体和阀面的制作尺寸必须与图纸要求相同，符合焊接要求。轴和拐臂的机械加工精度满足技术要求。组装时必须保证气缸活塞杆与导向装置不倾斜，活塞可以平滑移动。关节轴承和气缸灵活可靠，拐臂和轴过盈配合，没有相对运动、保证两侧轴承同心，轴和阀体的键连接符合装配要求。气缸杆的轴向固定与箱体侧面平行，确保气缸的动作为平面运动。

3.2 更改气缸型号

弧形阀的动力来源是气缸，正常使用时，压缩空气的压力不变（我公司现用压缩空气压力为0.5 MP），通过更改气缸型号来增大推动弧形阀的转矩。现用弧形阀气缸为PMC－PSM型气缸，缸径为φ40，气缸行程各不相同，但不影响气缸的动力。以PMC－PSM40－50－35为例，选用相同类别，缸径为φ50，在压缩空气不变的情况下，由F＝P×S，S＝π×r2可知：

型号 气缸活塞直径mm气缸杆直径mm空气压力MPa收缩时受力面积≈cm2伸出时受力面积≈cm2气缸拉力N气缸推力N PMC－PSM40 φ40 φ16 0.5 11 13 550 650 PMC－PSM50 φ50 φ20 0.5 17 20 850 1 000

3.3 增加拐臂长度

气缸和拐臂安装在气缸箱体内，气缸箱体的大小影响拐臂的长度。在改造中，为了尽量减少对原有设备的更改，将现用弧形阀拐臂的有效长度100 mm，更改为115mm，由M＝F×L可知，在气缸型号不变的情况下，增加拐臂的有效长度，就可以增加作用在轴上的转矩，从而增大阀面转动力。

3.4 更改密封条断面形状

在选用密封条时，应考虑到纯碱的腐蚀性和特殊情况下物料的高温（100℃左右）对密封条的影响。保证阀口两侧密封条表面平整，阀口处切面整齐，具有一定的塑性。

由图3所示将阀口两侧面密封条的端面形状由矩形改为楔形，减小了弧面打开时两侧面产生的正压力，增大了弧面动作时的导向力，从而弧面动作更灵活可靠。

图3 阀口两侧的密封条

3.5 调整气缸箱体的位置

气缸箱体和阀体由螺栓装配固定，常规意识是气缸箱和阀体水平安装，这样两个箱体各个边和面都处于平行，比较美观。将气缸箱以弧形阀轴的端面为圆心旋转，从而带动气缸以和拐臂装配的关节轴承为圆心旋转，增大气缸和拐臂的夹角，增大力臂。由M＝F×L可知，在气缸原作用力下，增大力臂，从而增大了拐臂产生的转矩。此方法只限于现有使用设备，且设备安装空间不受限制。

4 结 语

本文通过对重力式定量包装机弧形阀的结构及受力分析，总结了增大弧面作用力的几种改进措施。我公司已经对部分弧形阀气缸改为PMC－PSM50，拐臂有效长度增加至115mm，密封条端面已改为楔形，还对部分弧形阀气缸箱体调整了角度，使气缸与拐臂的夹角增大，改进后效果均非常明显。

［1］ 崔振勇，印建平.机械制图［M］.北京：机械工业出版社，2003

［2］ 张聪.自动化食品包装机［M］.广东：广东科技出版社，2003