YJ17卷烟机刀头进刀机构的改进

重庆中烟工业有限责任公司黔江卷烟厂，重庆 40900

一、前言

YJ17[1]卷烟机是目前卷烟机主要型号之一，由于YJ17卷烟机自身的刀头进刀机构零件易变形[2]，故障率较高[3]，故障后维修时间较长，且对产品质量带来隐患[4]，影响设备的有效作业率。

为此，对YJ17卷烟机的刀头进刀机构进行改进，重新设计内部构件，减少相应的维护时间和劳动强度，提高设备的运行稳定性和可靠性，从而有效保证设备的有效作业率。

二、存在问题

1、工作流程

YJ17卷烟机进刀机构由棘轮、棘爪与进刀盒组成，分自动和手动两种方式[5]。当机械达到设定的切割次数时，PLC输出一个脉冲信号，接通电磁阀Y11，压缩空气（2.5×105Pa）推动气缸活塞，带动推杆推动棘爪，由棘爪推动棘轮带动刀盒齿轮轴转动，齿轮轴再通过齿轮把动力传给进刀轴，实现一次进刀量为0.06mm的进刀，约3s后，电磁阀失电，切断压缩空气，在弹簧作用下复位，完成一次自动进刀。

如图1所示，进刀程序启动后，压缩空气进入气室，推动推杆套8带动进刀推杆1实现进刀，动力从推杆套8传给传递轴7，再通过轴承6在克服弹簧弹力下推着进刀推杆1一起向右运动。安装在支座上的气腔，为自动进刀机构提供了一个气室，气室的密封主要依靠防尘密封圈5和O型密封4保证。轴承6安装在进刀推杆1上，在弹簧作用下与半轴2一起随设备运行作高速旋转。推杆套8在轴承6、传递轴7和推杆套8上的销钉作用下，保持静止，减少对密封件的磨损，降低自动进刀故障。

2、问题分析

（1）密封件磨损情况分析。YJ17刀头采用的是双刀双切式，正常运行时，刀盘转速一般在1750r/min,进刀频率为切割4000次时进一次刀，该部位转速高，动作频繁，导致轴承6的使用寿命短。轴承损坏后，半轴2会通过推杆套8上的销钉带动推杆套旋转，加速对密封件的磨损，使气室因密封不良出现漏气，降低对进刀推杆的推力，无法完成正常进刀[6]。

（2）对轴承所受载荷进行分析。进刀刀头装置工作时，刀片每切割4000次进刀一次，每次进刀，电磁阀打开，气腔充气，压强P=0.25MPa，推杆套的 直 径d=36mm，r=d/2=18mm，S=πr2= 1017mm2，F=PS=254N。推杆套以254N的推力向前推动连接轴，通过607深沟球轴承推动推杆完成进刀；进刀后，电磁阀关闭，气腔放气，推杆在弹簧的作用下带动推杆套一起复位，推杆套没有轴向限位装置，由于惯性的作用，在推杆套与传递轴之间产生轴向间隙，导致下次进刀时，推杆套对607深沟球轴承产生冲击[7]。

通过上述分析可知，607深沟球轴承要承受间歇的轴向冲击载荷，而间歇的冲击载荷对轴承的作用力远远大于气腔压力，使轴承内、外滚道与滚动体的接触处产生过量的塑性变形，形成不均匀凹坑，长期变形而导致607深沟球轴承失效。因此，607深沟球轴承承受较大的轴向冲击载荷是其频繁损坏的关键原因，在转速较高的情况下，也会缩短轴承寿命[8]。

（3）YJ17卷烟机自动进刀机构采用的非标准件的设计思路。当轴承损坏时，会带来推杆套、密封件等的更换，对备件消耗也带来相应的影响；进刀推杆是靠弹簧复位，卡簧限位，更换很不方便，需拆卸半轴，维修时间长；备件更换后，安装半轴需仔细校正，对维修技术要求高，若安装不到位，会带来其他零件的非正常损坏。

三、改进方法

1、自动进刀装置的改进

单作用气缸9通过螺钉固定于气缸座10上，端盖7和法兰6通过螺钉固定于支座3上，气缸座10通过螺钉固定于端盖7上， 钢球压盖5把钢球装在进刀推杆上。当进刀机构得到进刀信号后，电磁阀动作，高压脉冲打开，单作用气缸9的气缸头3向前移动3mm后顶住钢球推动进刀推杆10，推杆推动棘爪，由棘爪推动棘轮转动，棘轮带动进刀蜗杆转动，带动蜗轮转动，在蜗轮和滚轮的共同作用下推动切刀进给一次。当电磁阀关闭时，气路闭合，进刀推杆在弹簧的作用下复位。如此循环动作，实现刀片稳定可靠的自动进给。

2、主要改进要点

（1）采用标准气缸代替原来的气动机构。用标准气缸取代原来的气动机构。原来的气动机构安装在支座里，不利于维护、维修。加工一个气缸座并把标准气缸安装在上面，再把它们一起安装在端盖上。不但结构简单，维修、维护方便，而且延长调心球轴承2206-2RS1的使用寿命。

（2）取消深沟球轴承607及两种密封等相关部件。取消易坏的深沟球轴承607，取消传动轴、推杆套、气腔、防尘密封圈、O型密封圈等。在不改变进刀顶杆的结构和尺寸情况下，去掉深沟球轴承607和传动轴，加工一个钢球压盖，把直径为11mm的钢球安装在进刀顶杆的轴心线上。钢球压盖与进刀顶杆过盈配合，钢球与钢球压盖间隙配合。在安装时加注润滑脂，使得钢球在不进刀时与进刀顶杆一起转动，进刀时钢球滚动，这样既减少了摩擦力，又增强了抗冲击的能力[9]。

（3）重新设计加工气缸座、端盖、法兰、钢球压盖和支座。去掉支座上的O型密封圈（密封气腔和推杆套），去掉气腔和气腔上的防尘密封圈，去掉推杆套，加工一个法兰安装在原气腔安装位置，并把支座车掉14mm，并加工一个端盖安装在支座上，这样使得与原支座在外形尺寸上一致[10]。

四、改进效果

通过对ZJ17卷烟机进刀机构进行改进和重新设计，使进刀机构的稳定性和可靠性得以提高，降低了进刀机构的故障率，缩短了维护保养的时间，减轻了维修工作量和劳动强度，提高了设备的运行效率。