摘 要：根据啤酒灌装机的运行原理，通过对灌装机的进出瓶系统的传动结构进行分析，运用滑动轴承和滚动轴承运行的特点，对啤酒灌装机进出瓶传动系统的三联传动进行改造，在实际使用中降低了设备故障率，减轻了维修人员的劳动强度、节约了维修成本同时也提高了生产效率，取得了良好的经济效益。
关键词：啤酒灌装机 三联星轮 铜套 滚动轴承
引言：啤酒作为一种口味独特的风味饮料，深受人们的喜爱，随着人们生活水平的不断提高，物质生活的多样化，啤酒作为一种大众饮料已经成为很多人的生活消费品。因此要保持产品的市场占有率，就必须要有好的产品。为了降低成本和提高工作效率，在对其结构进行剖析和研究后，我对该传动系统进行了具体的改造和改进工作，收到了良好的效果。
1、啤酒灌装机工作原理
啤酒灌装机是围绕整个灌装的工艺流程展开的（如图1），其工作原理是：从洗瓶机出来的洁净瓶子由输送带进入灌装机的进瓶螺旋，经进瓶星轮送至回转台的托瓶气缸上并被升高后，瓶口在定中装置的导向下紧压灌装阀的下料口，形成密封，瓶子在抽真空后，通过CO2进行背压，当瓶子内的气压与酒缸内的背压气体压力相等时，由中间星轮送入压盖机压盖，再由出瓶星轮送上出瓶输送带。（如图2）
干净瓶子→进瓶螺旋→进瓶星轮→酒机→抽真空→CO2背压→灌装→关阀→卸压→中间星轮→压盖→出瓶星轮→出瓶输送带
图1 啤酒灌装工艺流程图
从以上的灌装原理可以看出，各进出瓶星轮与酒缸及压盖机的同步与否对灌装和压盖的质量有很大的影响。
2、改造前情况
我公司2万线啤酒灌装机进出瓶系统采用三联星轮传动结构（如图3），轴承部分原厂家设计为铜套结构，由于同步轮的压力很大且铜套润滑效果不好，所以经常造成星轮轴磨损、铜套磨损。间隙增大，会造成进出瓶星轮抖动严重，从而直接影响到灌酒质量及生产效率，主要表现为：
2.1进瓶星轮与酒缸不同步，使瓶子在进入托瓶气缸托盘时便会发生或迟或早的情况，这时瓶子便不能准确地被送到托瓶气缸托盘上，同时瓶口也就无法对准灌装阀，从而导致各阀门不能有效动作，使灌装工作无法完成并且会造成酒液的浪费。
2.2间星轮与压盖机拨轮不同步，会造成压盖时瓶子被挤破、挤爆或被压盖头压断瓶口，从而造成压盖机各部件受损，造成压盖机故障，使各项损耗如瓶损、盖损、酒损的增加，使生产成本上升。
2.3出瓶时容易造成倒瓶，给下一道工序增加了工作量，影响了整条生产线线效率的提高。
由于灌装机的进出瓶星轮系统稳定性下降，增加了维修人员的维修时间和维修费用。附改造前维修时间及维修费用统计如下：
3、改造原理与实施方案
3.1改造预想达到目的。
3.1.1除大修外，三联星轮部分不用更换轴承和轴，达到减少维修的工作量及降低维修成本的目的。
3.1.2全年三联皮带使用量不大于1根。
3.2改造原理
现在啤酒灌装机的三联星轮轴承为铜套，其结构如图4，从前面三联传动示意图可以看出，由于同步带的拉力在轴承部分产生的径向力很大，所以铜套部分产生不了油膜，这个部位的磨损为铜套与轴之间的磨擦所造成，从力学上分析，在很短的时间内铜套将磨损至一边椭圆状态，具体见图5。
通过以上的分析可以看出，星轮轴承（铜套）在F1和F2的作用力下会产生一个F3的反作用力，经分析后认为，铜套虽然结构简单，但并不适用于这种需承受较大径向负荷的场合，因此只要将啤酒灌装机三联皮带部分的星轮轴承改为向心球滚动轴承就可以解决以上的问题，该类轴承以承受径向负荷为主，具有设计简单、工作期间不需保养等优点，并且在低中速状态下用脂类进行润滑能承受很高的径向力，完全可解决轴承磨损。
3.3改造可能带来的不利因素分析
从维修角度上考虑，部分备件的更换较原结构要复杂一点，但由于该结构能达到基本免维护状态，所以这一不利因素也就不是要考虑的主要因素。
3.4改造的具体步骤
3.4.1单列向心球轴承的选用
经过测量，星轮轴的直径为φ40，在查找轴承手册后，决定采用6208的轴承，具体参数如下：内孔=φ40，外径=φ80，厚度=18，润滑采用脂类润滑。
轴承内孔与轴的配合，在生产过程中，同步带轮通过轴带动星轮转动，旋转方式为轴转动，内圈载荷为循环载荷，工作规范为正常载荷，所以轴承内孔与轴的配合选用k5，轴尺寸应在φ40.002mm～φ40.013mm之间。经测量，轴的实际尺寸为φ40.008mm，所以轴的尺寸在公差范围内，不需另外加工。
轴承外圆与外壳的配合，根据手册，轴承外圆与外壳的配合为J6，所以，轴承孔位的加工尺寸为φ79.094mm～φ80.013mm。
3.4.2单向平底推力球轴承的选用
轴承内孔与星轮轴的配合与向心球轴承一样为k5，轴承外径与外壳的配合J6，轴承孔位的加工尺寸为φ89.094mm～φ90.016mm。
3.4.3密封圈的选用
在灌装过程中，为了防止液体及其它杂物的渗入，在轴承的上部添加了一个φ40×φ80×10的唇形密封圈，这样基本上解决了轴承因液体的渗入而损坏的问题。
3.4.4孔用挡圈的选用
3.4.5润滑系统
为了保证润滑，提高轴承的使用周期，在铜套内孔加工一条轴向方向的油槽，并在孔壁上钻孔。同时，在轮毂的相应部位钻孔并加装一润滑嘴，以保证轴承的充分润滑。具体见图6，改造后星轮轴壳体见图7：
4、效果确认
实施以上改进措施后，各星轮运行平稳，皮带受力均匀，啤酒灌装机的运行平稳、顺畅。各项损耗也明显下降，实现了成本可控制性。
5、经济效益
经过改造后，设备各配件只在大修期间才进行更换工作，平时基本不用更换，备件的损耗明显降低，仅此一项就为企业节省了近4万元的维修费用，另外随着设备故障率的降低，线效率得到了明显的提升，一个生产旺季就可为企业多创造10万元以上的经济效益。
通过这次对啤酒灌装机三联星轮的改造，使我认识到，只要对设备多分析、多研究，用科学的态度进行认真的探讨，不断实践、总结并提出合理的方案，往往实施的改造方案都可取得事半功倍的效果。对出现的设备故障进行分析、研究，从实际出发，才能逐步将设备使用和管理走向完善。
参考资料：
1.《机械设计手册》（机械工业出版社1995年）
2.《VVF60/12啤酒灌装机使用说明书》（广东轻工业机械集团公司）
3.《滚动轴承》（洛阳轴承厂）
4.《VVF60/12啤酒灌装机易损件图册》（广东轻工业机械集团公司）
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文