ZJ116型卷接機(jī)組切紙輪的改進(jìn)設(shè)計(jì)

潘恒樂， 關(guān)存春

（常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，湖南常德415000）

0 引言

水松紙切割是卷煙機(jī)上的一道非常關(guān)鍵的工藝,水松紙切割裝置的優(yōu)劣直接影響機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠性,同時(shí)也關(guān)系到卷煙質(zhì)量、原輔材料消耗和使用成本[1]。切紙輪是卷接機(jī)組水松紙切割的核心部件，它的作用就是與刀輥將連續(xù)地將吸附在切紙輪上的水松紙切割成一張張紙片，并分開一段距離，再將紙片一一對(duì)應(yīng)地粘在“組煙”上[2-3]。在實(shí)際使用過程中，切紙輪的鑲塊刀片平均使用壽命是4000 h，每次更換刀片的工作量非常大，切紙輪的吸風(fēng)孔容易被膠垢堵塞，需要定期拆卸切紙輪，切紙輪質(zhì)量較重，又進(jìn)一步增大了維護(hù)保養(yǎng)的難度。因此，需要對(duì)切紙輪進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，以達(dá)到降低維護(hù)保養(yǎng)切紙輪的難度。

1 問題分析

目前ZJ116型卷接機(jī)組的水松紙切割，采用的是剪切式切紙[4]。其使用的切紙輪的輪體的材質(zhì)是HT250，即灰鑄鐵，該材質(zhì)密度約為7.35 g/cm3,經(jīng)過測(cè)量,整個(gè)切紙輪質(zhì)量達(dá)到了11.5 kg。根據(jù)不同煙廠的反饋情況來看，切紙輪的質(zhì)量偏高，對(duì)工作人員的維保工作造成了不小的負(fù)擔(dān)，而且增大了電動(dòng)機(jī)功率的消耗和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的磨損，最終影響到整個(gè)設(shè)備設(shè)使用壽命。

如圖1所示，切紙輪主要由輪體和12個(gè)鑲塊刀片組成，在工作時(shí)，負(fù)壓空氣通過負(fù)壓通道，再經(jīng)過吸風(fēng)孔將水松紙吸附在切紙輪表面，有時(shí)切紙輪表面會(huì)沾染上水松紙上的乳膠，乳膠會(huì)粘上一些粉塵，漸漸地在吸風(fēng)口形成膠垢，逐漸堵塞吸風(fēng)孔，影響水松紙剪切效果，導(dǎo)致出現(xiàn)煙支質(zhì)量問題。所以需要對(duì)切紙輪進(jìn)行定期清理。

清理切紙輪時(shí)，先將切紙輪從設(shè)備上拆卸出來，然后用φ1.9 mm的專用鉆頭，將被堵塞的吸風(fēng)孔清理干凈，再用毛刷將負(fù)壓通道清理干凈，最后將切紙輪安裝并進(jìn)行調(diào)試。由于切紙輪的鑲塊刀片刃口與刀輥的切刀刃口是相互接觸嚙合的[5]，配合精度非常高，必須對(duì)切紙輪和刀輥重新進(jìn)行對(duì)刀調(diào)校，耗時(shí)就比較長(zhǎng)了，整個(gè)過程平均耗時(shí)達(dá)到了1.5 h。

圖1 切紙輪結(jié)構(gòu)示意圖

設(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，鑲塊刀片會(huì)逐漸出現(xiàn)磨損，產(chǎn)生水松紙切不斷的現(xiàn)象，此時(shí)必須更換切紙輪上的鑲塊刀片。但是切紙輪的加工精度特別高。其外圓表面的粗糙度為Rz4 μm,全跳動(dòng)誤差不超過0.02 mm。鑲塊刀刃的等分要求更高，位置度要求為0.01 mm[6]。鑲塊刀片拆下后再裝配，很難再達(dá)到原來的配合狀態(tài)，一般都需要用加工機(jī)床對(duì)切紙輪重新磨削加工，基本無法實(shí)現(xiàn)在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)換刀。

2 解決方案

2.1 調(diào)研參考

降低切紙輪的維護(hù)強(qiáng)度是國內(nèi)煙廠普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，目前國內(nèi)某公司對(duì)切紙輪進(jìn)行了一項(xiàng)改進(jìn)設(shè)計(jì)，達(dá)到了對(duì)吸風(fēng)孔清潔免拆卸的目的，降低了維護(hù)保養(yǎng)的強(qiáng)度。其改進(jìn)示意圖如圖2所示。

這種改進(jìn)方法的本質(zhì)是將吸風(fēng)孔由盲孔變?yōu)橥譡7]，并在切紙輪外端增加一個(gè)堵蓋，將吸風(fēng)孔外端密封，不影響設(shè)備的正常工作。清潔吸風(fēng)孔時(shí)，不需要將切紙輪拆卸出來，將堵蓋取出，然后用專用鉆頭將吸風(fēng)孔清理干凈，再用毛刷清潔負(fù)壓通道，最后將堵蓋裝好，整個(gè)清潔工作就完成了。由于沒有拆卸切紙輪，也就不需要對(duì)切紙輪與刀輥再重新進(jìn)行對(duì)刀調(diào)校，吸風(fēng)孔的清潔保養(yǎng)強(qiáng)度大大降低。

圖2 某公司切紙輪改進(jìn)示意圖

圖3 PROTOS-M5切紙輪切刀安裝方式圖

德國Hauni公司設(shè)計(jì)的PROTOS-M5切紙輪能夠?qū)崿F(xiàn)切刀快速換裝。如圖3所示，M5切紙輪上的切刀是一個(gè)獨(dú)立零件,被壓條固定在輪體上，當(dāng)切刀出現(xiàn)磨損后，只需要將螺釘松開取出切刀，再更換新切刀，實(shí)現(xiàn)了切刀的快速更換。相對(duì)于原來的切紙輪，大幅減少了工作量與時(shí)間。

2.2 設(shè)計(jì)方案

以上2種方案，都具有便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，所以決定參照以上2種方案，結(jié)合ZJ116卷接機(jī)組的實(shí)際情況，利用CREO參數(shù)化設(shè)計(jì)工具重新設(shè)計(jì)一種切刀可換式鋁體切紙輪，來改善切紙輪的保養(yǎng)難度。

如圖4所示，使用CREO工具做出的刀片可換式鋁體切紙輪示意圖，它主要由壓塊、堵蓋、輪體、12個(gè)壓條、12個(gè)切刀以及耐磨環(huán)組成。改進(jìn)后的切紙輪有以下4個(gè)特點(diǎn)：1）切紙輪的輪體采用的是7075鋁合金材料，該材質(zhì)密度約為2.85 g/cm3，經(jīng)過反復(fù)鍛打和熱處理，具有高強(qiáng)度，高速旋轉(zhuǎn)不變形的特點(diǎn)[8]；并在輪體外表面使用超音速噴涂上了超細(xì)的硬質(zhì)合金，硬度達(dá)到72 HRC，耐磨性好。在滿足切紙輪工作要求下，減少了切紙輪的重量。2）將輪體上的負(fù)壓通道做出通孔，并設(shè)計(jì)堵蓋將負(fù)壓通道的外端密封。3）設(shè)計(jì)出類似M5切紙輪快速換刀的機(jī)構(gòu)，并采用YL10.2（鎢鋼）作為切刀的材質(zhì)，使切刀具有很好的耐磨性[10]。4）將切刀的四邊均設(shè)計(jì)成刀刃，使每個(gè)切刀都可以調(diào)邊使用4次。

圖4 新型切紙輪結(jié)構(gòu)示意圖

3 應(yīng)用效果

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果，將刀片可換式鋁體切紙輪加工出來，經(jīng)過測(cè)量，新型切紙輪重量只有5.6 kg,與原切紙輪相比，重量減輕50%以上，大大降低了電動(dòng)機(jī)的載荷，減少了齒輪傳送的磨損，增加設(shè)備使用壽命，也方便切紙輪的維護(hù)工作。

如圖5所示，將新型切紙輪安裝在ZJ116卷接機(jī)組上，運(yùn)行半年后，運(yùn)行情況依然表現(xiàn)良好，滿足了設(shè)備的工作需求。

圖5 新型切紙輪的工作位置

清潔吸風(fēng)孔的工作量大大降低，整個(gè)清理過程只需30 min。相對(duì)于原切紙輪吸風(fēng)空清理時(shí)間減少了66.7%，方便了設(shè)備的維護(hù)。

切刀磨損后，可以在現(xiàn)場(chǎng)換刀，方便設(shè)備使用人員的工作，提高了設(shè)備的有效作業(yè)率，而且新切刀有4個(gè)刀刃，每個(gè)刀片可以重復(fù)使用4次，延長(zhǎng)了切刀的使用壽命，降低了使用成本，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目的。

4 結(jié)論

切刀可換式鋁體切紙輪是參考了國內(nèi)其他公司的對(duì)切紙輪的改進(jìn)方案以及PROTOS-M5卷接機(jī)組的切紙輪的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合ZJ116卷接機(jī)組的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出來的。改進(jìn)后的切紙輪經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)運(yùn)行，完全滿足設(shè)備的工作需求，并且方便了設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，提高了設(shè)備的有效作業(yè)率。根據(jù)卷煙機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，該裝置還可以用于ZJ17、ZJ112、ZJ118以及ZJ116A等卷接機(jī)組上，具有極大的推廣價(jià)值。

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