魏 輝，張 鵬

（駐馬店市白云紙業(yè)有限公司，駐馬店 463100）

壓榨部是整臺(tái)紙機(jī)中非常重要又非常脆弱的部分，一旦壓榨部壓區(qū)出現(xiàn)振動(dòng)，紙幅的脫水均勻性會(huì)受到嚴(yán)重影響，還往往會(huì)縮短軸承的使用壽命，造成計(jì)劃外停機(jī)，從而影響生產(chǎn)[1-4]。本公司采用2640/500長(zhǎng)網(wǎng)多缸紙機(jī)生產(chǎn)70～180 g/m2的各類(lèi)型文化用紙。該紙機(jī)的設(shè)計(jì)車(chē)速為500 m/min，但是當(dāng)運(yùn)行車(chē)速提高到380 m/min后，紙機(jī)壓榨部開(kāi)始出現(xiàn)振動(dòng)。本文對(duì)振動(dòng)發(fā)生的原因進(jìn)行分析，并給出了解決方案。

1 紙機(jī)壓榨部的配置

紙機(jī)壓榨部的配置如圖1所示。該紙機(jī)壓榨部的布置形式為：真空吸移輥引紙+四輥二壓區(qū)+一道正壓+一道光壓，機(jī)架、走臺(tái)等為標(biāo)準(zhǔn)型設(shè)計(jì)；有3組運(yùn)行毛毯，每組毛毯配備自動(dòng)張緊、自動(dòng)校正器等裝置；采用氣動(dòng)加壓方式。

圖1 2640/500紙機(jī)壓榨部配置示意圖

其中，壓榨部真空吸移輥為Φ550 mm×3400 mm單室真空輥，錫青銅離心澆鑄；第一壓區(qū)、第二壓區(qū)和正壓區(qū)下輥均為Φ650 mm×3150 mm鑄鐵包膠輥，表面包膠硬度為96+2“A”，溝紋輥面；真空壓榨輥為Φ750 mm×3400 mm雙室真空壓榨棍，不銹鋼材質(zhì)，表面包膠硬度為92+2“A”；二壓區(qū)上輥和正壓區(qū)上輥為Φ800 mm×3150 mm天然石輥。各壓區(qū)工作壓力分別為一壓區(qū)60 kN/m2、二壓區(qū)90 kN/m2、正壓區(qū)110 kN/m2、光壓區(qū)30 kN/m2。壓區(qū)氣胎直徑分別為加壓氣胎Φ400 mm、泄壓氣胎Φ320 mm，行程為250～400 mm。

2 紙機(jī)壓榨部振動(dòng)的原因分析

2.1 振動(dòng)原因的初步排查

（1）為消除振動(dòng)，對(duì)各壓榨輥進(jìn)行靜、動(dòng)平衡校驗(yàn)；

（2）為消除旋轉(zhuǎn)引起的設(shè)備振動(dòng)，采用SKF軸承，并嚴(yán)格按照要求裝配和緊固；

（3）對(duì)各壓區(qū)的安裝尺寸按照設(shè)計(jì)位置進(jìn)行系統(tǒng)校正，確保水平度和方正度，消除機(jī)架可能發(fā)生的振動(dòng)；

（4）適當(dāng)提高毛毯克重和透氣度，改善平整性；

（5）排查壓縮空氣系統(tǒng)，包括管線、元件、壓力表等，確保施壓穩(wěn)定、可靠；

（6）校驗(yàn)壓榨部傳動(dòng)裝置，包括傳動(dòng)控制、電機(jī)、減速機(jī)及聯(lián)軸器等，確保運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、可靠；

（7）對(duì)機(jī)架、操作平臺(tái)、走梯等的緊固螺栓進(jìn)行排查和緊固，消除隱患；

（8）對(duì)真空脫水系統(tǒng)的元件進(jìn)行檢查和更換，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行清洗，確保工作穩(wěn)定、可靠。

在通過(guò)上述排查后，紙機(jī)提速到380 m/min時(shí)仍然發(fā)生振動(dòng)，且隨著紙機(jī)車(chē)速增加，振動(dòng)有逐漸增強(qiáng)趨勢(shì)。

2.2 振動(dòng)原因分析

在排查中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)振動(dòng)最突出的部位是壓榨部的施壓氣胎，且隨著紙機(jī)車(chē)速升高，在壓力不變條件下，壓榨部施壓氣胎振動(dòng)加劇，降低車(chē)速則振動(dòng)幅度也會(huì)降低。根據(jù)此現(xiàn)象進(jìn)行了進(jìn)一步分析。

壓縮空氣介質(zhì)的特性是黏度小，流動(dòng)阻力小，壓力損失小，環(huán)境適應(yīng)性能好，不易發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象，便于集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送，且成本低。但是，其也存在著工作壓力低、在相同輸出壓力情況下的可壓縮性大、速度穩(wěn)定性差、信號(hào)有較大的失真和停滯等不足。

因氣胎的壓強(qiáng)來(lái)源于壓縮空氣，氣體的壓強(qiáng)遵循克拉伯龍方程式[5]，通常表示為

式中：p為壓強(qiáng)；V為氣體體積；n為物質(zhì)的量；T為絕對(duì)溫度；R為氣體常數(shù)。在使用同一氣源(壓縮空氣)，又在相同的環(huán)境、壓力條件下，方程中n、T、R是不變的，只有V和p變化。在壓力一定時(shí)，可發(fā)生變化的只有V。壓縮空氣本身具有可壓縮、速度穩(wěn)定性差的特性，同時(shí)系統(tǒng)中的元件（氣胎）又具有彈性變形性，在紙機(jī)提速過(guò)程中V值是唯一變化的參數(shù)，也是導(dǎo)致振動(dòng)的主要原因。

3 紙機(jī)壓榨部振動(dòng)的解決方案

3.1 解決壓榨部振動(dòng)的思路

目前，在紙機(jī)壓榨部采用的加壓方式主要有機(jī)械加壓、氣動(dòng)加壓和液體加壓三種方式。其中，機(jī)械加壓方式只適用于低速紙機(jī)，中高速紙機(jī)多采用氣動(dòng)加壓和液壓加壓。液壓系統(tǒng)具有以下特性：（1）在相同體積下，液壓裝置能產(chǎn)生出更大的動(dòng)力；（2）容易做到對(duì)速度的無(wú)極調(diào)速，而且調(diào)節(jié)范圍大；（3）運(yùn)行均勻平穩(wěn)、換向沖擊?。唬?）自潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；（5）對(duì)溫度比較敏感，容易污染環(huán)境；（6）控制系統(tǒng)復(fù)雜，投資大，對(duì)使用和維修技能要求高，運(yùn)行費(fèi)用高；（7）裝置需要一定的空間?？梢?jiàn)，采用液壓加壓方式能夠克服由于壓縮空氣本身特性引起的振動(dòng)。

但是，對(duì)現(xiàn)有裝置的進(jìn)行改造也存在下列問(wèn)題：（1）空間位置不足，不論是機(jī)架還是附屬設(shè)備的布置都難以實(shí)現(xiàn)；（2）需要重新制作機(jī)架，新增液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，投資大；（3）改造周期長(zhǎng)，嚴(yán)重制約生產(chǎn)。因此，采用常規(guī)以液壓油為主導(dǎo)的液壓系統(tǒng)改造在該紙機(jī)上是不可行的，必須另辟蹊徑。

對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行深入研究后，提出了只對(duì)各壓區(qū)的加壓側(cè)進(jìn)行改造，在現(xiàn)有裝置不變、以水為液壓介質(zhì)條件下，利用原壓縮空氣為動(dòng)力，采取氣/液裝置混合使用的改造設(shè)想。

3.2 改造設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和實(shí)現(xiàn)途經(jīng)

（1）理論依據(jù)：流體應(yīng)遵循帕斯卡定律[6-7]，即液體內(nèi)部朝著各個(gè)方向都有壓強(qiáng)。同一深度各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等。加在密封液體上的壓強(qiáng)，能按照它原來(lái)的大小由液體向各個(gè)方向傳遞。不同液體在同一深度產(chǎn)生的壓強(qiáng)與液體的密度有關(guān)，密度越大，液體的壓強(qiáng)越大。液體壓強(qiáng)的計(jì)算公式為

式中：p為液體壓強(qiáng)，Pa；ρ為液體密度，kg/m3；g為重力加速度；h為深度，m。

（2）設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)途徑：根據(jù)帕斯卡定律，液體內(nèi)朝著各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，同一深度各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等。如果利用液壓機(jī)原理，在現(xiàn)有加壓系統(tǒng)的氣胎加壓裝置前增設(shè)一個(gè)承壓容器，使氣胎和承壓容器中注入液體，以壓縮空氣提供壓力，即可建立一套液壓裝置，實(shí)現(xiàn)液體加壓。

3.3 改造方案

2640/500紙機(jī)壓榨部有4個(gè)壓區(qū)，其中光壓不產(chǎn)生振動(dòng)，不在本次改造范圍。其他3個(gè)壓區(qū)的操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)共計(jì)6個(gè)改造點(diǎn)。在每個(gè)改造點(diǎn)的加壓側(cè)氣胎前增設(shè)一組氣/液體承壓容器，容器體積為氣胎施壓體積的5～6倍，串聯(lián)接入原系統(tǒng)，并在串入容器中注入50%體積的液體(水)，容器上部接入壓縮空氣、下部與氣胎連接形成閉環(huán)，使該系統(tǒng)改造成氣/液串連系統(tǒng)。以正壓區(qū)為例的改造設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2。

圖2 正壓區(qū)氣/液串聯(lián)改造設(shè)計(jì)圖

3.4 改造方案的實(shí)施

依據(jù)改造方案制作了6個(gè)Φ600 mm×1200 mm的壓力罐，在其上安裝排氣閥、進(jìn)水閥、排水閥、壓力表和快速進(jìn)出/氣液接頭，分別布置在紙機(jī)壓榨部不影響操作的地面和操作機(jī)架平臺(tái)上。利用工藝備品更換期間的4 h時(shí)間進(jìn)行安裝調(diào)試，在開(kāi)機(jī)試運(yùn)行2 h后開(kāi)始提速驗(yàn)證，當(dāng)車(chē)速由380 m/min提高到450 m/min時(shí)，紙機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，壓榨部沒(méi)有發(fā)生振動(dòng)，問(wèn)題得到圓滿解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

在將2640/500紙機(jī)壓榨部加壓系統(tǒng)由氣動(dòng)加壓改造為氣/液串聯(lián)后，壓榨部運(yùn)行時(shí)振動(dòng)的問(wèn)題得到有效解決。而且，改造后的生產(chǎn)車(chē)速由380 m/min提高到450 m/min，可以使70 g/m2產(chǎn)品的日產(chǎn)能由90 t提高到120 t，年增產(chǎn)能約1萬(wàn)t。

本次紙機(jī)壓榨部加壓系統(tǒng)改造共投入資金約1.5萬(wàn)元，以較少投入獲得了較高的收益。本次改造最大的啟示是，在對(duì)現(xiàn)有紙機(jī)的改造中，要盡可能利用現(xiàn)有資源，靈活運(yùn)用科學(xué)原理。