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淺析橫切機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下紙板切不斷的原因

2020-06-09 11:14:28湖北京山輕工機(jī)械股份有限公司彭銀喜
上海包裝 2020年4期
關(guān)鍵詞:刀輥刀軸螺旋線

■文/湖北京山輕工機(jī)械股份有限公司彭銀喜

橫切機(jī)是瓦楞紙板生產(chǎn)線上的專用設(shè)備,是按設(shè)定長度精確切斷紙板。通過在一對螺旋刀軸上安裝刀片,刀軸旋轉(zhuǎn),再通過控制系統(tǒng)設(shè)定紙板規(guī)格,將紙板按設(shè)定的長度切斷。

一、橫切機(jī)切不斷紙板現(xiàn)狀

現(xiàn)在的橫切機(jī)出于高效率生產(chǎn)的要求,大部分具有高速度、門幅寬的特點(diǎn)。高速度一般是指生產(chǎn)速度大于400m/min。橫切機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時,經(jīng)常出現(xiàn)瓦楞紙板切不斷(俗稱“連刀”)的情況,特別是切短尺寸規(guī)格的紙板時切不斷,容易造成后續(xù)堆碼不齊,影響正常收紙。一旦出現(xiàn)連刀現(xiàn)象,就需要降低車速,或停機(jī)調(diào)刀;如果出現(xiàn)降速或頻繁調(diào)刀,不僅影響生產(chǎn)效率,而且降低刀片使用壽命。如圖1為橫切機(jī)上下刀輥圖。

因此,要解決橫切機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下又能保證切斷瓦楞紙板,就需要解決上述兩個問題:其一,避免出現(xiàn)切斷過程中的連刀情況;其二,設(shè)備能確保高速正常運(yùn)轉(zhuǎn)不停機(jī)。

二、影響因素分析

筆者根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),并通過理論分析,認(rèn)為一個科學(xué)合理的優(yōu)化橫切機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、部件的精密加工及精細(xì)安裝調(diào)試、正確使用與維護(hù),是保證橫切機(jī)高速正常運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)鍵。

下面先介紹一下橫切機(jī)核心的刀片刃部,以及基本情況,這樣有助于后續(xù)的問題解決。

橫切機(jī)上螺旋刀由上刀筒1和下刀筒5組成,上刀筒1、下刀筒5通過齒輪嚙合,每個刀筒上安裝一把刀片。具體圖示見圖2。

圖2橫切機(jī)刀片嚙合示意圖

橫切機(jī)刀片刃部制作采用硬質(zhì)合金,耐熱耐磨,使用壽命長;通常情況下,刀片可使用800萬次。一款高速橫切機(jī)必須機(jī)電完美結(jié)合,兼顧結(jié)構(gòu)剛性和低慣量設(shè)計(jì)。這樣才能保證切紙的精度(一半是±0.5 mm)、切口光滑、刀片使用壽命長、能耗低。

進(jìn)一步分析出現(xiàn)連刀的主要因素以及相應(yīng)對策:

1.動力匹配:高速橫切機(jī)一般選擇雙驅(qū)或多驅(qū),主要根據(jù)車速及紙板的切長確定電機(jī)功率及電機(jī)數(shù)量。對于要求高速切割短紙板的橫切機(jī),因速度與功率二次方成比例,需要增大電機(jī)驅(qū)動功率。如果選擇單臺大功率伺服馬達(dá)時,因電流大,溫升高,應(yīng)該選擇冷卻效果好的水冷伺服馬達(dá)。而采用2臺伺服驅(qū)動或多驅(qū)方式,因雙驅(qū)或多驅(qū)電機(jī)功率小,電流小,有利于散熱;同時可以根據(jù)不同速度選擇驅(qū)動電機(jī)數(shù)量。見圖3。

圖3速度曲線

2.合理選擇刀軸螺旋線角度θ:根據(jù)推導(dǎo)橫切機(jī)同步角度β。

其中:L:輥筒幅寬D:輥筒直徑θ:螺旋角β:同步切割角度

當(dāng)螺旋線角度θ越大,同步切割區(qū)間也越大,切割省力。但螺旋角越大,刀片隨螺旋線安裝,要求刀片彈性要好,刃部變形大,變形會出現(xiàn)不均勻,導(dǎo)致上下刀刃嚙合時會出現(xiàn)局部崩刀。特別是幅寬2500mm以上機(jī)型,螺旋線角度不應(yīng)該超過20°,建議螺旋線角度1.70左右。

3.合理選擇嚙合角度γ:從圖1中,上下刃口開始接觸嚙合,根據(jù)螺旋刀切割原理,γ越大,切割瞬時水平分量越小,垂直分量越大,會造成紙板切割聲音大,同時導(dǎo)致刀片刃口不耐磨。合理選擇嚙合角度γ,有利于改善切割紙板力。

4.利用橫切機(jī)上反轉(zhuǎn)功能:一副新的螺旋刀片,一片刀刃上開有鋸齒,另一片刀刃上沒有齒;安裝調(diào)試好后,啟動反轉(zhuǎn)功能,有鋸齒刀片將在無鋸齒刀片刃口上對應(yīng)開出鋸齒。這樣有利于減小切削力,降低切斷紙板噪音。特別是安裝新刀片后,利用反轉(zhuǎn)功能,開鋸齒后,方便檢測上、下刀片鋸齒是否均勻;上下刀間隙是否一致(間隙0.1—0.15mm)。另外,在工作一段時間后,特別是長期使用一種規(guī)格紙幅,更換其它幅寬中,利用停機(jī)時間,啟動反轉(zhuǎn)功能,開齒磨刀,保證刃口鋒利,切口整齊,紙板不會出現(xiàn)切不斷的情況。

5.刀輥剛性不足:高速橫切機(jī)采用刀筒式結(jié)構(gòu),刀筒外徑在206~210mm,比實(shí)心刀軸慣量低,需要力矩小,配用功率小。如果在高速切割時,經(jīng)常連刀會出現(xiàn)在刀輥中間,可能跟刀輥剛性不足有關(guān)。應(yīng)采取措施:一是改進(jìn)刀輥(刀筒)加工工藝,提高刀輥(刀筒)平衡精度,并消除刀軸(刀筒)變形。二是采用高強(qiáng)度材料,從45碳鋼到42CrMo,再到復(fù)合材料CFRP碳纖維。碳纖維是鋼密度1/4;是鋼強(qiáng)度5倍。具有高強(qiáng)度,變形小,低轉(zhuǎn)動慣量。特別適合做刀輥。在切割紙板時,刀筒隨芯軸高速旋轉(zhuǎn),為了減低噪音,改善軸承潤滑,在刀筒內(nèi)加入潤滑劑,起到內(nèi)部阻尼作用,有效降低高速切割時噪音。

三、小結(jié)

隨著橫切機(jī)機(jī)器幅寬從1.8m增大到3.2m,速度從100m/min增加到400m/min。保證橫切機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下能夠切割紙板,避免連刀現(xiàn)象,減少停機(jī)次數(shù),提高生產(chǎn)效率。必須合理設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu),優(yōu)化螺旋線參數(shù),精密加工刀筒,保證高強(qiáng)度、低慣量刀輥與控制系統(tǒng)有機(jī)匹配,正常使用、操作橫切機(jī),才能解決寬幅、高速橫切機(jī)出現(xiàn)連刀問題,總體來說,建議做到以下幾點(diǎn):

1.降低刀輥轉(zhuǎn)動慣量,提高刀輥的剛性,刀輥采用高強(qiáng)度合金鋼或碳纖維CFRP刀筒結(jié)構(gòu)。

2)優(yōu)化刀輥螺旋線角度θ和嚙合角度γ,改善切割性能,提高刀片使用壽命,減少因連刀而停機(jī)。

3)優(yōu)化橫切機(jī)動力配置,滿足高速切割時動力需要,根據(jù)不同速度,選擇雙驅(qū)或多驅(qū)。

4)正確使用、操作、維護(hù)橫切機(jī)也是保證橫切機(jī)在高速切斷必要條件之一。

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