YF17提升机内转弯弧板的设计改进方案.docx

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YF17提升机内转弯弧板的设计改进方案

【摘要】文章针对YF17卷烟储存输送装置提升机内转弯弧板喷塑涂层磨损后,平皮带与内转弯弧板表面摩擦力增大，导致输送链板带出现间歇性停顿，使烟支排列混乱、设备停机率高等现象，提出了以滚动输送替代滑动输送的思路，并以平皮带与内转弯弧板接触方式为切入点，对提升机烟支大半径转弯输送通道进行分析、论证，提出了改进思路，利用排辊支撑平皮带转弯运行，减小输送带的摩擦力，杜绝了由于平皮带运行时滑动摩擦力过大，造成的提升机链板输送带间歇性停顿现象，提高了设备的运行效率，降低了残烟消耗。

【关键词】提升机内转弯圆弧板摩擦力

1.引言:

YF17卷烟储存输送设备装置主要用于卷接包生产线上，将卷接机生产出的烟支通过包装设备进行包装，起柔性地连接作用，完成烟支的自动输送、储存和缓冲调节，使卷接包生产线现场干净美观，实现卷接包设备高速自动化生产。

为保证烟支在输送过程中的质量及卷、包机组连续运行的可靠性，采用工程塑料链板将烟支从卷烟机输送到包装机上部的下降装置内，开发了大半径转弯提升机，内带为柔性平皮带，外带为工程塑料链板，使烟支在转弯提升通道内平稳过渡输送，使烟支在该通道内无滚动、搓挤现象，有效保护了烟支的外观质量。

2.存在问题:

YF17卷烟储存输送装置在生产过程中，经常出现以下故障：

1.提升机大半径内转弯平皮带打滑停转，烟道内最上层烟支，转弯提升时失去辅助输送力，与平皮带搓挤倾斜，残次烟支量增大，如图1所示：

图1内转弯平皮带打滑后残烟支图

2.烟道塑料链板输送带运行中出现间歇性停顿现象,伴随出现链板卡顿“咯噔”的声音，垂直烟道内烟层出现停顿，使烟支倾斜拥挤，在提升机入口处烟层堆积厚度过高，造成YF17频繁报警停机。

如图2所示：

图2塑料链板停顿停机图

通过对设备运行状态观察分析，提升机转弯平皮带停转（打滑）故障和塑料链板输送带运行中出现间歇性停顿的主要原因是：

（1）.皮带张得过紧或过松；

（2）.主动（聚胺酯）轮磨损；

（3）.提升机后传动链条跳齿。

（4）.提升机右提升链板带变形或夹有异物（残烟支或咀棒）；

（5）.输送通道传动链条跳齿；

（6）.提升机左提升链板带变形或夹有异物；

（7）.提升链板带受力拉伸后松弛（需减少塑料链板节数）。

从上述几方面对故障进行检查，在故障出现时对下链板带停顿故障排除后，只维持较短时间后又会出现停顿现象。

在实际维修工作中时常无从下手，使故障持续存在。

严重影响卷接包机组的有效作业率。

经过多次在现场维修及调整，同时对故障进行观察分析和论证，认为YF17提升机内转弯平皮带弧面板对烟支输送故障的产生起关键作用。

3.问题分析:

1.取样输送带2.取样电机3.转弯平皮带4.过渡园皮带5.从动带轮6.主动皮带轮7.从动链轮

8.提升机右提升带9.从动带轮10.右提升带传动链轮11.张紧链轮12.链条13.高架及左提升带

14.下降装置推力带15.推力带主动轮16.提升带高架电机17.张紧链轮18.链条

图3YF17提升机及高架输送器传动原理图

见图示3所示，减速电机驱动塑料链板（高架及左提升带），链板长达12m以上，链轮及链条又是通过塑料链板驱动，链条又同时驱动右提升带（塑料链板）和平皮带主动聚胺酯轮，聚胺酯轮带动内转弯平皮带运动，从而达到辅助左提升链板带垂直提升输送烟层的目的。

由于传动距离较长，中间联接件又为塑料链板。

塑料链板在长距离高负载的情况下，易产生拉伸现象；且提升机采用大半径转弯设计，造成辅助输送平皮带工作时内带面完全与转弯弧板面贴合，形成内带面与转弯弧板面的摩擦，如图4所示。

图4内转弯弧板图

辅助输送平皮带转弯弧度由不锈钢弧形板面所决定，为降低辅助输送平皮带内带面与转弯弧板面摩擦力，弧板表面采用了喷塑处理技术。

通过多次检修发现频繁出现链板输送带停顿故障时：

要么是辅助输送平皮带张力过紧或者是弧板喷塑涂层磨损。

辅助输送平皮带张紧力过大，会造成辅助输送平皮带对转弯弧板的正压力增大，加大与弧板喷塑涂层磨损；而弧板喷塑涂层磨掉后，平皮带与弧形钢板直接接触，钢板摩擦力远大于喷塑涂层的摩擦力；这两方面都易造成辅助输送平皮带与弧板的摩擦阻力增大。

当平皮带与弧板的摩擦力大于驱动平皮带的聚胺酯轮与平皮带间的摩擦力时，辅助输送平皮带会出现打滑或者塑料链板输送带间歇性停顿现象，如图5所示。

图5内转弯弧板面涂层磨损图

当物体运动时物体间存在着相对运动，在物体的接触面上就会产生的阻碍相对运动的力，称为滑动摩擦力Ff。

滑动摩擦力的大小与正压力FN成正比，即：

Ff=µFN，式中的µ叫动摩擦因数，也叫滑动摩擦系数，它只跟材料、接触面粗糙度有关，与接触面积无关。

由《机械设计手册》中材料摩擦因数表查得，摩擦副材料为皮革-铸铁或钢：

无润滑时摩擦因数µ=0.30～0.35；

有润滑时摩擦因数µ=0.12～0.15（指摩擦副间有润滑脂或表面涂层的情况下）。

皮革-聚胺酯轮的摩擦因数µ=0.2～0.25。

带的张紧力一般要求为：

在带的中心位置上施加与带垂直的测试力F=25N,检查松弛量f，f=12～15mm，如图6所示：

图6平皮带张力示意图

烟支垂直提升时，内转弯弧板位于烟层上方，不存在烟层重量压力，只受平皮带张紧力作用。

因此，弧板的正压力FN应为平皮带的张紧力。

平皮带的运动主要依靠聚胺酯轮与皮带的摩擦力。

根据摩擦力公式可计算出聚胺酯轮与平皮带的摩擦力为:

Ff1=µFN=（0.2～0.25）×25=（5～6.25）N

喷塑涂层未磨损情况下，转弯弧板与平皮带的摩擦力为：

Ff2=（0.12～0.15）×25=（3～3.75）N

此时Ff1﹥Ff2，辅助输送平皮带运动正常。

而塑涂层磨损后，转弯弧板与平皮带的摩擦力为：

Ff3=（0.30～0.35）×25=（7.5～8.75）N

此时Ff1﹤Ff3，辅助输送平皮带运动受到阻滞。

由于此处的结构特殊性，维修时一般不会刻意去张紧平皮带而使摩擦阻力增大，因此造成塑料链板带停顿的主要原因就是弧板面喷塑涂层的磨损。

YF17新机在运行一年以上均会出现不同程度的弧板面涂层磨损。

起初维修时，我们采取了在磨损弧板面粘贴透明胶带、高温胶带等方法减小摩擦力，但只能作为应急手段，因为用不了多久胶带就会被磨掉。

延长使用寿命最有效方法就是拆卸弧板后进行重新涂层，但这无法从根本上解决问题，一定期限后仍然会出现涂层磨损问题。

为杜绝这种重复性维修工作，决定从提升机结构入手，对此处进行改进。

查阅资料，分析平带传动的受力情况可知，带的两边（紧边和松边）拉力的大小取决于预紧力和带传动的有效拉力。

当带所需传递的有效拉力超过带与轮面间的极限摩擦力时，带与带轮将发生显著的相对滑动—打滑。

而通过增大包角或增大摩擦系数，都可提高带传动所能传递的圆周力,即有效拉力。

结合平带传动受力情况，提出了以下方案：

YF17提升机改进方案表

序号

改造措施

优点

缺点

1

辅助输送平皮带采用单独电机直接驱动

避开中间塑料链板驱动环节，增大主驱动力

需加装电机，且新电机必须与减速电机16保持同步，机电配合完成，复杂系数较高。

没有根本解决转弯弧板磨损后摩擦阻力增大问题，反而会加剧聚胺酯主动轮的磨损

2

辅助输送用多楔带（或同步齿形带）代替平皮带

增大驱动摩擦力或将摩擦传动变为啮合传动

需改造主驱动轮和从动轮，由于多楔带（或同步齿形带）厚度决定转弯弧板弧面必须也进行相应下陷改进，加工复杂化。

且保证转弯弧度不变的情况下，带齿一直与转弯弧板面滑动摩擦接触，也不能明显降低摩擦阻力

3

增大主动轮直径或加装张紧轮

增大带轮包角，增大有效拉力

受结构限制；增大包角，会加剧平带与弧板磨损

4

改进内转弯弧板，用排辊代替圆弧面

保证弧度的前提下，将原有滑动摩擦变为滚动摩擦，有效降低了摩擦阻力。

改进相对简单,加工件单一

对弧板的加工精度要求较高

前三种方案的目的是增大有效拉力，需增大有效拉力的平带传动适用于对功率和输送载荷有一定要求的场合，而此处只起辅助输送作用，采用增大有效拉力的办法只能加剧辅助输送平带与聚氨酯轮的磨损，不能彻底解决弧板涂层磨损后摩擦力增大问题。

因此，经过对上述四种方案的探讨、分析、论证，从结构性能、改进风险、经济性及适用性综合考虑，决定采用第四种方案。

既在保持原传动不变的前提下，通过降低平皮带与圆弧板面的摩擦力来解决问题。

4.解决方法:

为验证可行性，考虑到去掉圆弧板面后皮带的运行轨迹，根据弧板长度及主要磨损区域，在弧面上不等分试加工了九个小轴孔，安装了九个Φ30圆柱型辊子进行初次尝试，如图7所示：

图7初试加工效果示意图

加工后上机验证，安装辅助输送平皮带运行时发现：

（1）平皮带有跑偏现象，但受到两侧挡板的限制。

因为两辊子间隔大，切线较长，即平皮带处于两辊子切线区域时外带面明显低于弧板两侧挡板。

（2）最大限度张紧皮带（增大正压力），塑料链板输送带运行平稳，无停顿现象。

通过初次实验说明两个问题：

一是：

证明采用滚动摩擦后摩擦力明显降低，此改进完全可行。

但由于完全切除了弧面，弧板强度降低，加之辊子数量偏少，加工安装后两侧挡板出现变形，且辅助输送平皮带转弯时带面曲线明显呈多边形状态，需增加辊子数量。

二是：

辅助输送平皮带有跑偏现象。

检查分析，由于两侧板变形，配打的安装轴孔平行度误差增大，圆柱辊子存在明显的轴向窜动，可能是形成辅助输送平皮带跑偏的主要原因。

此处的大半径转弯设计,限制了平皮带沿设定的圆弧运动。

因此改进必须保证提升机内转弯的弧度，既平皮带的运行轨迹尽可能的接近于圆弧板曲线。

在考虑辊子直径、多点布局和轴承类型选用的因素下，新设计方案如图8所示：

图8新设计示意图

由三十个Φ19辊子沿弧面均布排列，每个辊子内装有两个深沟球轴承（共计60个深沟球轴承）。

对原平带运行曲线和改造后两辊子切线间的垂直距离理论计算方法见图9所示：

图9弧弦理论示意图

根据图9理论公式可以做下列运算：

弧弦差为：

X=402-402×cos（3.2°/2）≈0.15304315mm，见图10：

图10弧线差示意图

通过理论计算，最终设计方案的两辊子切线与平带圆弧运行曲线相差仅为0.15304315mm（可以忽略不计），已做到了最大限度的接近于原弧度。

深沟球轴承：

（径向载荷）摩擦因数µ=0.001～0.0015。

计算摩擦力最大为：

Ff=0.0015×60×25=2.25N，低于弧板面喷塑涂层未磨损时的最小摩擦力（0.12×25=3N）。

确定辊子和小轴材料，尺寸规格及相关技术要求后，联系外协单位进行加工。

加工安装后，对其进行二次验证：

1.连续运行过程中又出现辅助输送平皮带跑偏现象；

2.增大或减小皮带张紧力，辅助输送平皮带跑偏现象依然存在。

分析原因：

1.排辊连续形成的近似弧面低于弧板面两侧挡板1mm,安装辅助输送平皮带后外带面高于两侧挡板1mm，加工符合设计要求。

2.在原来的主传动系不变的情况下，此处圆弧转弯提升，辅助输送平皮带需圆辊排列支撑，由原来面接触变为线接触；改进后辊子数量较多，排辊的同心度偏差、辊子直径的微小变化均会造成个辊的圆跳动增大。

这些误差使得辅助输送平皮带在运动时线接触位置受力不均匀，从而产生跑偏现象。

为了防止跑偏，辅助输送平皮带主驱动、从动轮和张紧轮均采用了腰鼓形。

根据鼓形设计原理，决定将排辊圆柱型外表面也加工成鼓型，以增加辅助输送平皮带中部位置的受力，使辅助输送平皮带实现自动纠偏功能。

图11腰鼓形皮带轮受力示意图

如图11所示，辅助输送平皮带张紧后受到来自皮带轮的反作用力F，可分解为X轴和Y轴。

皮带各处周长都相等。

由于皮带轮两端直径减小，在鼓形皮带轮上，越靠近端部张紧力及其反作用力F越小，从而X也越小。

假如皮带向左跑偏，左边就比右边松弛，左F、左X将小于右F、右X，较大的右X便推使皮带向右复位。

反之亦然。

因此皮带轮采用腰鼓形设计，能可靠地防止皮带跑偏。

1.辊子2.轴3.长隔套4.短隔套5.轴承6.卡簧

图12辊子最终设计图

见图12所示：

对辊子重新设计，保证原外径最大尺寸Φ19，鼓型辊子曲率半径R316mm，长度保持不变；小轴采用通轴，两端卡簧定位，直径由Φ8减小为Φ7；根据小轴尺寸选用匹配深沟球轴承；隔套尺寸相应变化；加工弧板，配打排孔。

5.改进效果:

加工安装后，辅助输送平皮带无跑偏现象，检查烟支表面无压痕。

YF17提升机转弯弧板在ZJ19-FK21#机组安装运行一年后，运转平稳可靠，杜绝了由于弧板涂层磨损造成的输送链板停顿现象，有效的提高了设备运行效率，降低了残烟消耗，确保烟支外观质量。

如图14所示:

图14弧板最终改进实物图

6.结束语:

通过对YF17提升机转弯弧板的改进，大大增强了同事们在工作中发现问题、解决问题的信心和能力。

同时，通过不断地论证、实践和翻阅资料，拓展了思路，开阔了视野，提高和丰富了对理论知识运用能力，受益匪浅。

参考文献资料：

[1]《机械设计手册》新编软件版2008--化学工业出版社

[2]《YF17卷烟储存输送系统技术培训教材》--许昌烟草机械有限责任公司