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摘 要：PROTOS70 卷烟机的平准器是将吸丝通道中多余的烟丝削去，保证烟丝束密度达到目标要求的装置。在生产过程中，因烟丝里常含有的杂质，随烟丝进入吸丝通道后，容易使劈刀卡死而引起过载，造成劈刀、传动齿形带以及传动箱内的零部件的损坏，修复设备的停机时间较长。通过在平准器传动系统上设计安装一柱销剪切式过载保护装置，解决了因烟丝内杂物引起的零件损坏、同步偏离等问题。加装过载保护装置，保护效果可靠，制作简单，维修方便，当平准器过载时只需要更换一铜质安全销，调整同步即可。通过过载保护装置的应用节约了设备维修费用，降低了故障停机率，提高了设备有效作业率。
关键词：平准器 过载保护装置 应用
中图分类号：TH6 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-041-03
1 前言
PROTOS70平准器是烟支重量控制系统的主要组成部分之一，主要控制对吸丝成形系统形成的烟丝束的修剪任务, 使修剪后的烟丝条卷制成烟支后符合重量要求。平准器利用劈刀通过对其上方的烟丝束进行修剪，在修剪过程中有时烟丝里含有的杂物或较硬的烟梗通过劈刀和刷丝轮之间，由于没有过栽保护装置，平准器传动系统不能和主传动脱开，在劈刀受阻，产生位移的情况下，与刷丝轮产生碰撞、变形，严重的会使劈刀和传动系统部件损坏。分析以上原因，借鉴PASSIM卷烟机平整器过载保护装置原理，设计安装平准器传动系统过载保护装置，解决了平准器传动系统损坏，同时在很大程度上减少了维修次数，也缩短了修复时间。
2 存在的问题
PROTOS70卷烟机的烟支重量控制，是通过平准器上的两个劈刀按相反方向转动和上下移动，根据烟支设定重量要求，按需要修剪吸丝带下的多余烟丝，将符合设定重量的烟条送到卷制成形机成形系统的烟枪中。它决定了烟支的重量，压实端位置和压实端增量，直接影响烟支的空头，吸阻等物理指标。机器在运行过程中，由于烟丝里的烟梗、杂物等不可避免，烟丝在经过磁选装置时，铁磁性杂物被清除，而非铁磁性杂质有的落入粗粒内，有的就随烟丝一起进入吸丝通道经过劈刀。使劈刀转动忽然受阻，产生劈刀打坏,齿轮轴变形，同步带损坏等严重故障。我厂在2009年6月引进安装3台PROTOS70，到2009年9月，辟刀常被打变形，最严重的一次，劈刀传动系统的齿轮打坏，劈刀总成差点报废。在排除故障时，需要打开齿轮箱，更换轴、齿轮、劈刀、调整平准器劈刀凹槽与烟支切割系统刀片的相对位置、造成修理时间过长,维修费用增大(一个平整器总成约29000.00元）。
3 原因分析
3.1 故障原因分析
针对存在的问题，对VE供料成条机平准器受阻原因，进行分析查找，发现影响的因素有，尽管机器装有铁质除杂装置，但烟丝中混有的非铁质物质不能被清除，在被削减时，造成平准器上的劈刀移位与刷丝轮产生碰撞被打坏。
3.2 原设计缺陷分析
平准器传动路线原理图如图3（无增加部分）。平准器传动系统与主传动的连接原设计是靠摩擦传动。动力输入传动轴通过键将动力传给轴套，同步带轮压盖上有4个固定螺丝，与轴套连接，拧紧后在同步带轮与轴套间产生磨擦力，然后通过同步齿形带传给平准器传动系统。
原设计传动结构装配示意图如图1。磨擦力是通过同步带轮压盖上4个固定螺丝拧紧后压盖与同步带轮端面产生的，摩擦力的大小不能掌握，当平准器上的劈刀由于异物受阻，产生的力矩大于该摩擦力时，该摩擦力起不到保护作用，造成劈刀或平准器传动系统损坏。
1.平准器传动系统动力输入轴； 2.传动键；3.同步带轮轴套；4.压盖螺钉；5.同步带轮压盖；6.同步齿形带；7.同步带轮轮体
图1 改造前过渡传动装配示意图
4 解决方法
4.1 改进思路
按照机械原理设计理论，任何传动系统传动链上，应有一强度最弱的零件或部件，在载荷大于正常工作载荷的情况下，该部件失效，使整个传动系统受到保护。针对原平准器过渡传动装置设计的不足，决定加装过载保护装置。
4.1.1 过载保护装置的选择
常用的过载保护装置按照品种可分为牙嵌式、齿式、圆盘摩擦片式、圆锥摩擦式、固定式安全销钉式等。
牙嵌式离合器：由于同时参与啮合的齿数较多，故承载能力大。
齿式离合器：适用于传递大转矩场所，对所联两轴的相对径向和角向偏移有一定的补偿能力。
圆盘摩擦片式离合器：通过轴向压紧产生摩擦来传递转矩。
圆锥摩擦式离合器：脱离彻底，结构简单，结合面较平稳，但转动惯量较大。
固定式安全销钉式离合器靠安全销连接传递转矩，当转矩大于安全销的许用剪应力时，安全销被剪切断，实现脱离。更换安全销后实现接合。特点：脱离彻底，结构简单，结合较平稳。
从设备结构紧凑性、加工精度等级、加工费用、维修的便捷性、维修费用考虑以及上述离合器优缺点的对比，我们选择采用固定式安全销离合器。
4.1.2 改进方案
固定式安全销过载保护装置以剪切力传动替代摩擦力传动，同步带轮与轴套间加一滚针轴承。改造后传动路线原理图如图2。
图2 改造后过渡传动路线原理图
按照上述设计原理，当异常工况出现时，安全销被剪断，滚针轴承与轴套产生相对转动，使平准器传动系统与主传动系统脱开，从而达到保护目的。
图3 改造后过装配示意图
改进思路以安全销传动取代摩擦传动，我们决定在同步带轮压盖与同步带轮轮体同一直径的位置上设计一安全销销孔，安装一合适直径的安全销，在轴套外圆与同步带轮轮体内孔之间加一滚针轴承(滚针轴承：RNA49/32，同步带轮内孔改为 52mm，轴套的轴肩改为 40mm)。在机组正常工作时，同步带轮轮体与滚针轴承相对静止，主传动的动力通过安全销的剪切力传递给平准器传动系统；当烟丝中有杂物产生阻力时，安全销被切断，对劈刀和平准器传动系统起到保护作用。
按照确定的改造方案，我们把过渡传动部分部件结构设计如图3。
4.2 相关零部件改进
(1)改造后动力传动靠安全销，同步齿形带压盖与同步齿形带带轮之间就不能存在摩擦力，因此压盖与带轮轮体不能接触。所以在压盖靠近轮体方向上设计一凸台，4个固定螺栓固定后，保证压盖与轮体不接触（间隙在0.2mm—0.3mm）,所以轴套的轴肩将加长4.3mm（4mm厚的压盖和0.3mm的间隙），并在与轮体同圆半径的位置开安全销固定螺孔（M6螺孔）。将固定螺丝孔改成腰孔,使平准器部件和SE卷烟机的同步关系调整更加方便。
(2)将同步齿形带带轮内径增加到轴承外圆的外径尺寸,轴套外经减小为轴承的内径，并保证公差尺寸，并在轮体上与压盖同直径位置加工4个安全销销孔（均布），为方便安全销加工和更换，销孔公称直径设计为 6。
(3)按照装配尺寸，设计安全销零件结构。安全销受剪切力，超负荷时必须被切断，因此，材料采用黄铜H65。但受剪面直径的确定是很关键的，该直径必须保证平准器系统正常工作，在异常情况下，必须被剪断，才能达到保护作用。
按照剪切理论，受剪面上的剪应力 =Q/A，其中，Q为受剪面承受的剪力，即安全销工作时受到的剪力；A为受剪面积。
在正常工作状况下，设受剪面积A1、受剪面承受的剪力Q1、剪应力 1；则剪应力 1=Q1/A1≤[ ](许用剪应力)。
即：A1≥Q1/[ ]。
在异常工作状况下，设受剪面积A2、受剪面承受的剪力Q2、剪应力 2；则剪应力 2=Q2/A2≥[ ](许用剪应力)。
即：A2≤Q1/[ ]。
按照上述理论分析，安全销受剪面积应满足：
A1 ≤ A≤A2。
(4)安全销剪切面大小的确定。
* 安全销剪切面的大小与材料的许用剪应力，安全销安装位置所在的圆周半径以及设备正常运行时齿型带轮4所受的转矩有着直接关系。该安全销选用硬质纯铜，从《简明五金手册》查出，H65黄铜的抗拉强度 ＝390N/mm2，安全销所在的圆周半径为36mm，经测量在齿型带轮4上加16NM的转矩能
关键词：平准器 过载保护装置 应用
中图分类号：TH6 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）002-041-03
1 前言
PROTOS70平准器是烟支重量控制系统的主要组成部分之一，主要控制对吸丝成形系统形成的烟丝束的修剪任务, 使修剪后的烟丝条卷制成烟支后符合重量要求。平准器利用劈刀通过对其上方的烟丝束进行修剪，在修剪过程中有时烟丝里含有的杂物或较硬的烟梗通过劈刀和刷丝轮之间，由于没有过栽保护装置，平准器传动系统不能和主传动脱开，在劈刀受阻，产生位移的情况下，与刷丝轮产生碰撞、变形，严重的会使劈刀和传动系统部件损坏。分析以上原因，借鉴PASSIM卷烟机平整器过载保护装置原理，设计安装平准器传动系统过载保护装置，解决了平准器传动系统损坏，同时在很大程度上减少了维修次数，也缩短了修复时间。
2 存在的问题
PROTOS70卷烟机的烟支重量控制，是通过平准器上的两个劈刀按相反方向转动和上下移动，根据烟支设定重量要求，按需要修剪吸丝带下的多余烟丝，将符合设定重量的烟条送到卷制成形机成形系统的烟枪中。它决定了烟支的重量，压实端位置和压实端增量，直接影响烟支的空头，吸阻等物理指标。机器在运行过程中，由于烟丝里的烟梗、杂物等不可避免，烟丝在经过磁选装置时，铁磁性杂物被清除，而非铁磁性杂质有的落入粗粒内，有的就随烟丝一起进入吸丝通道经过劈刀。使劈刀转动忽然受阻，产生劈刀打坏,齿轮轴变形，同步带损坏等严重故障。我厂在2009年6月引进安装3台PROTOS70，到2009年9月，辟刀常被打变形，最严重的一次，劈刀传动系统的齿轮打坏，劈刀总成差点报废。在排除故障时，需要打开齿轮箱，更换轴、齿轮、劈刀、调整平准器劈刀凹槽与烟支切割系统刀片的相对位置、造成修理时间过长,维修费用增大(一个平整器总成约29000.00元）。
3 原因分析
3.1 故障原因分析
针对存在的问题，对VE供料成条机平准器受阻原因，进行分析查找，发现影响的因素有，尽管机器装有铁质除杂装置，但烟丝中混有的非铁质物质不能被清除，在被削减时，造成平准器上的劈刀移位与刷丝轮产生碰撞被打坏。
3.2 原设计缺陷分析
平准器传动路线原理图如图3（无增加部分）。平准器传动系统与主传动的连接原设计是靠摩擦传动。动力输入传动轴通过键将动力传给轴套，同步带轮压盖上有4个固定螺丝，与轴套连接，拧紧后在同步带轮与轴套间产生磨擦力，然后通过同步齿形带传给平准器传动系统。
原设计传动结构装配示意图如图1。磨擦力是通过同步带轮压盖上4个固定螺丝拧紧后压盖与同步带轮端面产生的，摩擦力的大小不能掌握，当平准器上的劈刀由于异物受阻，产生的力矩大于该摩擦力时，该摩擦力起不到保护作用，造成劈刀或平准器传动系统损坏。
1.平准器传动系统动力输入轴； 2.传动键；3.同步带轮轴套；4.压盖螺钉；5.同步带轮压盖；6.同步齿形带；7.同步带轮轮体
图1 改造前过渡传动装配示意图
4 解决方法
4.1 改进思路
按照机械原理设计理论，任何传动系统传动链上，应有一强度最弱的零件或部件，在载荷大于正常工作载荷的情况下，该部件失效，使整个传动系统受到保护。针对原平准器过渡传动装置设计的不足，决定加装过载保护装置。
4.1.1 过载保护装置的选择
常用的过载保护装置按照品种可分为牙嵌式、齿式、圆盘摩擦片式、圆锥摩擦式、固定式安全销钉式等。
牙嵌式离合器：由于同时参与啮合的齿数较多，故承载能力大。
齿式离合器：适用于传递大转矩场所，对所联两轴的相对径向和角向偏移有一定的补偿能力。
圆盘摩擦片式离合器：通过轴向压紧产生摩擦来传递转矩。
圆锥摩擦式离合器：脱离彻底，结构简单，结合面较平稳，但转动惯量较大。
固定式安全销钉式离合器靠安全销连接传递转矩，当转矩大于安全销的许用剪应力时，安全销被剪切断，实现脱离。更换安全销后实现接合。特点：脱离彻底，结构简单，结合较平稳。
从设备结构紧凑性、加工精度等级、加工费用、维修的便捷性、维修费用考虑以及上述离合器优缺点的对比，我们选择采用固定式安全销离合器。
4.1.2 改进方案
固定式安全销过载保护装置以剪切力传动替代摩擦力传动，同步带轮与轴套间加一滚针轴承。改造后传动路线原理图如图2。
图2 改造后过渡传动路线原理图
按照上述设计原理，当异常工况出现时，安全销被剪断，滚针轴承与轴套产生相对转动，使平准器传动系统与主传动系统脱开，从而达到保护目的。
图3 改造后过装配示意图
改进思路以安全销传动取代摩擦传动，我们决定在同步带轮压盖与同步带轮轮体同一直径的位置上设计一安全销销孔，安装一合适直径的安全销，在轴套外圆与同步带轮轮体内孔之间加一滚针轴承(滚针轴承：RNA49/32，同步带轮内孔改为 52mm，轴套的轴肩改为 40mm)。在机组正常工作时，同步带轮轮体与滚针轴承相对静止，主传动的动力通过安全销的剪切力传递给平准器传动系统；当烟丝中有杂物产生阻力时，安全销被切断，对劈刀和平准器传动系统起到保护作用。
按照确定的改造方案，我们把过渡传动部分部件结构设计如图3。
4.2 相关零部件改进
(1)改造后动力传动靠安全销，同步齿形带压盖与同步齿形带带轮之间就不能存在摩擦力，因此压盖与带轮轮体不能接触。所以在压盖靠近轮体方向上设计一凸台，4个固定螺栓固定后，保证压盖与轮体不接触（间隙在0.2mm—0.3mm）,所以轴套的轴肩将加长4.3mm（4mm厚的压盖和0.3mm的间隙），并在与轮体同圆半径的位置开安全销固定螺孔（M6螺孔）。将固定螺丝孔改成腰孔,使平准器部件和SE卷烟机的同步关系调整更加方便。
(2)将同步齿形带带轮内径增加到轴承外圆的外径尺寸,轴套外经减小为轴承的内径，并保证公差尺寸，并在轮体上与压盖同直径位置加工4个安全销销孔（均布），为方便安全销加工和更换，销孔公称直径设计为 6。
(3)按照装配尺寸，设计安全销零件结构。安全销受剪切力，超负荷时必须被切断，因此，材料采用黄铜H65。但受剪面直径的确定是很关键的，该直径必须保证平准器系统正常工作，在异常情况下，必须被剪断，才能达到保护作用。
按照剪切理论，受剪面上的剪应力 =Q/A，其中，Q为受剪面承受的剪力，即安全销工作时受到的剪力；A为受剪面积。
在正常工作状况下，设受剪面积A1、受剪面承受的剪力Q1、剪应力 1；则剪应力 1=Q1/A1≤[ ](许用剪应力)。
即：A1≥Q1/[ ]。
在异常工作状况下，设受剪面积A2、受剪面承受的剪力Q2、剪应力 2；则剪应力 2=Q2/A2≥[ ](许用剪应力)。
即：A2≤Q1/[ ]。
按照上述理论分析，安全销受剪面积应满足：
A1 ≤ A≤A2。
(4)安全销剪切面大小的确定。
* 安全销剪切面的大小与材料的许用剪应力，安全销安装位置所在的圆周半径以及设备正常运行时齿型带轮4所受的转矩有着直接关系。该安全销选用硬质纯铜，从《简明五金手册》查出，H65黄铜的抗拉强度 ＝390N/mm2，安全销所在的圆周半径为36mm，经测量在齿型带轮4上加16NM的转矩能