PROTOS-M5快速转换型切纸轮结构分析

2014-04-21赖晖

机械工程师 2014年2期

赖晖

（厦门烟草工业有限责任公司，福建厦门361026）

0 引言

烟用接装纸是卷烟产品的主要材料之一［1］，切纸轮是卷接机组接装纸切割系统中的核心部件。目前，ZJ17等国产化卷接机组主要采用更换不同型号切纸轮的方式来实现不同宽度接装纸牌号的更换。近年来，德国虹霓公司的超高速卷接机组PROTOS-M5在接装纸宽度转换、烟支长度转换、滤棒长度转换等处应用了快速转换（QSC）技术，即通过机械改装或设定快速更换牌号［2］，大幅减少了换牌所需的工作量和时间。为了研究国际先进技术，加快国产化超高速卷接包机组的研制进程，运用Pro/E三围建模软件建立了PROTOS-M5快速转换型切纸轮的仿真模型，并进行结构分析。

1 工作原理及问题分析

PROTOS-M5的接装纸切割采用剪切式切纸［3］，切纸轮将接装纸拉至切割位置，并在切割工艺完成后，将接装纸片一一对应地粘在“组烟”上［4］。PROTOS-M5 之前的卷接机组，其切纸轮主要存在以下问题：

1）通过更换切纸轮的方式实现不同宽度接装纸牌号的转换，拆装、校对耗时超过15 min；

2）轮体的大风孔未通至轮体前端面，清洁时需拆下整个鼓轮，仅拆装、校对耗时就需15 min以上；

3）刀刃位于吸风块上，刀刃磨损后需更换切纸轮，耗时超过15 min；磨损的切纸轮需经过加工后才能继续作为备件使用；

4）石墨配气盘的主要配气区域都在右下方，不符合密封环结构应简单对称的要求。

2 快速转换型切纸轮结构分析

2.1 基本结构

PROTOS-M5切纸轮分成回转和固定支承两部分，如图1所示。

回转部分主要由手轮、前端盖、前配气环、轮体、后配气环、后端盖、轴、轴套内圈、消隙齿轮组等组成。手轮固定于前端盖，前、后配气环分别固定于前、后端盖，两个端盖、轮体、轴、齿轮依次通过螺钉连接，12把切刀通过夹杆固定在轮体上。

图1 快速转换型切纸轮结构示意图

固定支承部分主要由前环、轴承座、轴套外圈、后环、石墨配气盘、法兰等组成。前环、后环、法兰分别通过螺钉与轴承座相连，石墨配气盘嵌套于轴承座的套筒上，轴承座通过螺钉固定在箱体上。

2.2 配气部分

2.2.1 配气通道

轴承座上的套筒、石墨配气盘构成配气通道，并与回转部分的通道相通。为实现接装纸宽度尺寸的快速转换，前排风孔、后排风孔与中间风孔的通道路径各不相同：1）前排风孔→前配气环→前端盖→轮体大风孔→后端盖→石墨配气盘→套筒→（箱体）；2）中间风孔→轮体大风孔→后端盖→石墨配气盘→套筒→（箱体）；3）后排风孔→后配气环→后端盖→石墨配气盘→套筒→（箱体）。

2.2.2 石墨配气盘的配气区域

A区：负压由真空泵M102.1M提供；负责将接装纸拉至切割位置。根据测量辊上的压力传感器B30M持续检测到的接装纸张力变化情况，通过一条旁路管道上的调节阀Y21M来调节该负压大小。

B区：负压由真空泵M102.2M提供，负责输送并转交接装纸片。

C区：负压由气动真空泵提供，负责取出设备启动、停止阶段未上胶的接装纸片。

D区：正压由中央压缩空气系统提供，负责吹出设备启动、停止阶段未上胶的接装纸片至接装纸片抽吸装置，及在设备运行过程中定时吹气清洁切纸轮。

图2 快速转换型切纸轮模型及其配气区域1.切纸轮 2.石墨配气盘

3 快速转换型切纸轮的使用效果

3.1 接装纸宽度尺寸的快速转换

如图3所示，PROTOS-M5通过转动前、后配气环可设定两种不同的接装纸宽度［5］，无需拆装和校对，仅需2 min即可实现不同宽度接装纸牌号的更换：

图3 PROTOS-M5切纸轮配气区域宽度调整示意图（前部）

1）使用工装，将前、后配气环往“+”方向旋转，前、后配气环上的风道分别与轮体前、后排风孔相通，所有风孔均有配气。

2）使用工装，将前、后配气环往“-”方向旋转，前、后配气环上的风道分别与轮体前、后排风孔不相通，仅有中间风孔具有配气。

两配气环的转动极限位置由定位销确定，锥端紧定螺钉将两配气环分别固定在两端盖上。

3.2 切纸轮大风孔的快速清洁

切纸轮的风孔和大风孔长期运行后会累积胶垢，需定期清洁。清洁PROTOS-M5切纸轮的大风孔时，只需拆下前端盖即可用钻头直接清洁，拆装仅需2 min，大幅提高了设备维护效率。

3.3 切刀的快速安装与更换

PROTOS-M5的切刀作为一个独立的零件，通过夹杆固定在轮体上，拆装不超过5 min，实现了易损件的快速更换。PROTOS-M5的切刀四边均为刀刃，每把刀可使用4次，大幅延长了切刀的使用寿命，降低了易损件的使用成本。

图4 PROTOS-M5与PROTOS 2-2切刀安装方式对比

3.4 石墨配气环磨损不均情况的杜绝

PROTOS-M5 切纸轮采用机械密封［6］，石墨配气环为静环，后端盖为动环，弹簧作为弹力补偿机构使两者始终贴合，形成端面密封摩擦副，避免漏气。由于石墨配气盘的主要配气区域都在右下方，造成石墨配气盘与前端盖的接触面积左、右不等，而摩擦副接触面积对磨损存在影响［7］。为避免石墨配气环左、右部分磨损程度不同，PROTOS-M5在其左上方增加了宽6 mm，深2 mm的圆弧槽（E区）。