浅析FHZ型条盒包装机无级变速机构的改造

张世典

摘 要 FHZ型条盒包装机的无级变速机构由主电机驱动，工作时通过调节装置来改变锥形皮带轮的工作直径，从而使主动轮与从动轮的传动比发生变化，以实现传动系统的无级调速。由于该传动机构采用皮带传动方式，结构复杂，且传动功率大，因此零件的磨损比较严重，故障较多，传动不平稳，直接影响设备的有效运行。通过对该机构的改造，增加了联轴器和传动轴，由联轴器把主电机输出轴和传动轴连接在一起来驱动变速箱进行工作，由变频器来实现主传动系统的调速与刹车制动，节约了维修费用，提高了设备运行的稳定性。

关键词 FHZ型条盒包装机;无级变速机构;联轴器;改造

1FHZ型条盒包装机无级变速机构的工作原理分析

1.1 改造原因

B1包装机组是德国斯慕门公司生产的包装机组，已连续使用多年。经过长时间的满负荷运行，部分机械传动部位磨损严重，性能下降，特别是FHZ型条盒包装机无级变速机构近几年来故障出现频繁，直接影响生产和设备的有效作业率，为此我们决定对该机构进行技术改造。

1.2 原结构介绍

原无级变速机构主要有涨缩式皮带轮、皮带、皮带轮调节装置、压簧、轴套等部分组成。皮带轮的工作面为锥形，有固定部分和活动部分构成。主动带轮由主电机带动，主动带轮的活动部分可以通过调节装置相对固定部分做轴向移动，当活动部分向前移动靠近固定部分时，主动轮的工作面直径变大，这时由于皮带的长度不变，从动轮的活动部分受皮带的拉力而克服弹簧压力远离固定部分向后移动，从动轮的工作面直径变小。反之，当主动轮的活动部分通过调节装置远离固定部分时，主动轮的工作面直径会变小，从动轮的活动部分受弹簧压力向固定部分靠近，从动轮的工作面直径变大。随着主动带轮与从动带轮传动比的变化，条盒包装机的速度会发生相应变化。

1.3 设备现状

该机构采用皮带传动，传动时带与带轮接触面的摩擦力较大，造成带与带轮的工作面磨损，皮带寿命较短，皮带更换频繁。该机构采用多级传动，结构复杂，容易产生磨损的部位较多，故障率高、更换零配件频繁、维修操作不方便。经过长期的满负荷运行，近几年整套机构都磨损比较严重，工作时噪音大、振动大、传动不平稳，对条盒包装机运转速度的控制能力差，使FHZ型烟包输送通道内烟包过多，引起计数器计数混乱，停车次数增多。对该机构进行彻底的项修，仅维修资金达20多万元，资金的占用较高[1]。

2条盒包装机无级变速机构改造过程

2.1 技术论证

通过对该传动机构进行观察、测绘、并查找资料进行分析和论证后认为：变频器的变频调速技术经过几十年的发展，至今变频技术已日臻成熟，可根据变频器有无级变速功能和刹车制动功能的特点，通过加装变频器，应该完全有能力对条盒包装机进行无级调速和刹车制动。

2.2 夹壳联轴器的设计

夹壳联轴器可用作对中性较好的两短轴之间的连接，使它们一起回转，并传递转矩，且具有结构简单、使用方便、载荷能力强、性能可靠、传动平稳的特点。为了代替现有的传动系统，决定根据夹壳联轴器的特点及作用，设计加工一套夹壳联轴器，再根据变速箱部位的装配要求，设计加工传动轴，把轴装配在与变速箱相连接的箱体上，轴的一端装配上驱动变速箱机构的斜齿轮，轴的另一端通过联轴器与电机主轴相连，然后把主电机的法兰面与箱体的法兰面用螺丝固定，用以支承电机及改造后的传动部分。这样一来，主电机的动力经联轴器传递到变速箱机构，从而可实现电机对主传动系统的驱动。

2.3 连接轴的设计

拆下主电机、无级变速机构、变速箱及变速箱传动轴、刹车制动单元及变速箱输出齿行带后，拆除原无级变速机构的皮带轮、皮带、带轮调节装置、压簧、轴套。拆除变速箱传动轴及刹车制动单元。根据变速箱内齿轮的装配要求，与主电机主轴的连接要求，所传递功率的大小，箱体的长度尺寸及箱体内轴承的配合要求，通过测量和计算，绘制加工一件轴。

2.4 整体装配测试

根据所设计的轴和电机主轴的连接要求，箱体的安装尺寸要求，以及所传递功率，运转速度的要求，绘制加工一套夹壳联轴器。将与减速箱相连接的箱体的一侧开一个长方形窗口，以方便锁紧联轴器螺钉。另加工一块窗口防护罩，用与联轴器装配完毕后，封盖窗口，防止灰尘进入箱体。在箱体上装配加工好的轴，将轴的一端装配上驱动变速机构的斜齿轮，然后把箱体与变速箱箱体连接固定，使轴上的斜齿轮与变速箱内的齿轮正确啮合。

2.5 无级变速机构的安装调试

将所加工轴的另一端和主电机主轴分别插入联轴器后，使轴上的键及主电机主轴的键与联轴器的键槽正确配合，把主电机的法兰与箱体的法兰紧贴后，从箱体所开的窗口处调整联轴器的位置，调整合适后，对角均匀锁紧联轴器螺钉。将主电机的法兰与箱体的法兰用四个螺钉连接固定后，盖好窗口防护罩，把装配好的传动机构安装在原来的位置上。安装变频器及电器控制线路，点动机器调整电机正反转，最后挂上同步齿形带进行试车[2]。

3改造后的使用效果

3.1 投入明細

改造的投入，仅增加一台变频器，一套联轴器和轴及相关自制零件，就取代了原来的无级变速机构及刹车制动单元，完成了对条盒包装机无级变速机构的改造。改造前，该机构各部分零件已磨损严重，故障率高，每台机器每月所造成的停机时间累计达6小时以上。每月需要更换2条1千多元的进口皮带几其他相关零件。如进行彻底维修费用多达20多万元。

3.2 实际效果

改造后，该传动机构结构简单，零件数量少，承载能力强，运转可靠，传动精度高。经过2年来的观察使用，改造后的部位运转良好，从未出现返修现象。这样，不仅节约了数额可观的维修费用，解决了改造前故障率高，零部件磨损严重，维修困难等问题，还提高了设备的稳定性和设备的有效作业率。

参考文献

[1] 汪家驹，周培请，程宪赢，等.卷烟包装设备[M].北京：北京出版社，1994：266，806-807.

[2] 陈海奎.机械基础[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007：7-8.