PROTOS M5-14卷接机组烟支传递装置骨架油封拆卸专用工具的研究与应用

 孙晓亮 高远 王应峰 张明东杨彬  杨启龙

摘要：在实际的生产过程中蜘蛛手传递装置骨架油封会出现损坏或者密封性不良等一系列情况，将蜘蛛手完全拆解后卸下骨架油封，费时费力，严重制约了维修人员的工作效率。因此针对此问题对PROTOS M5-14卷接机组烟支传递装置骨架油封拆卸的专用工具进行开发与研究。

关键词：PROTOS M5-14；蜘蛛手；骨架油封

引言

PROTOS M5-14型卷接机组的蜘蛛手装置由于需要较强的润滑效果，采用油润滑，需要在蜘蛛手传送臂转动所围绕的齿轴上安装小孔径骨架油封来防止润滑油的泄露。油封损坏更换耗时长一直是制约高速卷接机组生产净效率的一个难题。

1 需求提出

PROTOS M5-14超高速卷接机组的蜘蛛手机构骨架油封出现磨损漏油，对磨损油封进行拆卸更换，经调查平均更换一个油封耗时40min/个，在整个故障（事后）维修过程中更换油封成为关键时间损耗点。

2 形成研发思路并提出设计方案                         

2.1提出设计方案

通过查新查阅相关资料确定如下图1方案：

图1设计方案

3 各部件的设计及选型

3.1 材料的选择

（1）金属材料的选择：从抗拉强度、硬度、成本等方面对比选用45号钢各性能均满足设计要求。

（2）缓冲材料的选择：从适用性、材料性能、经济性多方面综合对比尼龙材料各性能均满足设计要求。

3.2 张紧部件的设计

3.2.1钩头杆的设计

    （1）钩头杆尺寸确定

1）钩头杆的宽度2R：根据有效钩取成功率试验确定2R=8mm。

2）勾头尖角β：根据能够有效插入的空间试验范围确定β=40º。

3）凹槽长度B：蜘蛛手骨架油封沿轴向的长度为8mm，为了有效卡紧，需保证凹槽长度等于骨架油封的轴向长度，凹槽长度确定B=10mm。

4）凹槽部分高度A:

根据数据统计，能够将蜘蛛手骨架油封拉出的力为：

受拉截面的面积为：

截面所受正应力为：

式中：为截面所受正应力，为勾头杆所受拉力，为了确定拉应力，

校核通过的标准为：

式中：为45#钢材料的抗拉强度，通过查表可得：

联立上述几式，可得：

为了便于加工和校验，确定A的尺寸为：

同时根据理论分析可知：截面形变能力：半圆形＞圆形＞方形。故确定钩头杆截面形状为半圆形。

（2）钩头杆数量选择

为确保钩取过程的拉力均衡且稳定，选用3爪。

3.2.2钩头安装座设计

（1）钩头安装座尺寸设计

1)勾头安装座直径r：根据周向容纳三根勾头杆和拆卸空间的测量结果，为保证勾头杆能在勾头座上能够有效安装，同时预留一部分安装空间，选定：

2）勾头安装座厚度B：使用45#钢板，钢板厚度为10mm，即为勾头安装座厚度：

3.3锁止部件设计

3.3.1锁止机构

根据需要能够进行轴向调整且能有效实现自锁特性，首选螺杆螺母机构。

3.3.2螺杆螺母机构设计

（1）螺纹大径设计

通过实验确定勾头杆有效卡紧时锁紧机构所需承受轴向力，初选螺纹大径为10mm，通过查表可知D为10mm时，d为8mm，则螺纹的受力面积为：

则螺纹牙的挤压应力计算公式为：

校核通过的条件为：

式中，[σ]为45#钢的屈服强度，通过查阅《机械设计手册》可知，[σ]=355MPa。

联立上述多个式子，可计算出：

故确定螺纹大径为10mm。

（2）螺纹牙形选择

选用三角形螺纹，其具备自锁性能好，牙根强度高满足设计要求。

3.4支承部件设计

3.4.1内套设计

（1）内套沟槽尺寸设计

根据钩头杆尺寸以及钩头杆接触面的确定，使钩头杆在内套沟槽内窜动量最少且实现钩头压紧效果最佳，将钩头杆内套钩槽尺寸确定为确定为厚度4mm，宽度3mm，长度80mm。

（2）内套凸台尺寸设计

1）内套内套凸台厚度b：确定为2mm。

2）内套凸台高度a：确定为2mm。

3）内套凸台小径c：根据勾头杆安装位置确定。根据勾头杆安装座的中心距为14mm，勾头杆的直径为8mm，确定内套凸台的小径为：

          

3.4.2外套设计

1）外套内径d：等于内套凸台小径d=36mm。

2）外套外径D：等于外套凸台大径D=36mm+2mm×2=40mm。

3）外套长度L：根据内套沟槽长度和凸台厚度确定。

L=80mm-2mm=78mm

   3.5 轴向拉拔机构设计

3.5.1施力部件选择

（1）手动施力部件打锤尺寸设计

设打锤的外径为D，内径为d，则打锤的底面积为：

设打锤的高度为h，则打锤的体积为：

校核通过的条件为：

通过查阅机械设计手册可知，45#钢的密度为，根据密度公式：

式中，为密度，m为打锤质量。

螺杆尺寸为M10，打锤内径为12mm，确定外径尺寸为40mm，联立上述各式，得出打锤的长度为29.32mm，最终确定打锤的长度为30mm。故，确定内套内径为12mm；外径为40mm；长度为30mm。

（2）手动施力部件拉锤杆尺寸设计

1）拉杆长度a：根据实验得出的打锤摆动长度为105mm，预留35mm的螺纹长度，最终确定拉杆长度为a=140mm。

2)拉锤手柄直径D：直径确定为D=30mm。

3）拉锤手柄长度b：为便于操作，拉锤手柄的长度为b=100mm。

3.6缓冲部件设计

能够在拆卸骨架油封时对壳体的内圆表面和齿轮轴形成良好的保护。

1）缓冲部件内径d：内径为20mm。

2）缓冲部件外径D：外径为32mm。

4 组装调试并运行验证

4.1组装调试

根据设计骨架油封拆卸工装装配示意图，并按照示意图进行组装，如图2所示。

图2拆卸工装装配示意图

4.2效果检查

使用骨架油封专用拆卸工装，PROTOS-M5蜘蛛手骨架油封拆卸成功率100%且平均拆卸时间≤40min/个在规定指标范围内，且有很大的提高。

参考文献：

［1］《机械制造技术基础》.中国计量出版社出版．2009年2月第3版．2009年2月第4次印刷.

[2]《机械设计手册第三卷》.机械工业出版社.1991年9月北京第一版.1992年9月北京第3次印刷.

[3]《YJ17-YJ27卷接机组》.中国科学技术出版社.2001.YJ17-YJ27卷接机组[M].

[4]《PROTOS-M5蜘蛛手装置功能实现的原理分析》[J].中小企业管理与科技(上旬刊). 2019(01).