大型复卷机高效接纸装置设计

解祥文

（金东纸业（江苏）股份有限公司，江苏 镇江 212132）

1 设计任务和目的

金东纸业有限公司进口芬兰METSO 公司制作铜板纸的涂布、压光生产线中，一条涂布线匹配二条压光、复卷生产线，流水线作，节奏紧凑，但在复卷机更换大纸卷过程中，人工做纸接头、引纸，需多人操作，时间长，效率低下，所做接头不平滑，不整齐，且在此过程中产生较多损纸，本设计改造的目的就是为了解决原设计的不足，提高换卷接纸效率，提高接头质量，减少损纸量。

2 原设备换卷方式及缺陷

原设计（见图1）在更换大纸卷时，需人工将整幅宽（9770mm）的纸做成小于800mm 宽的小纸接头，并人工引至接纸皮带上，再由小纸幅引至全幅宽，此过程需人工3～4 人，耗时11～15min，产生损纸15m×9.77m。

图1 原设备换卷方式设计

3 改进设计

改进后的设计无需做小的纸接头至引纸皮带上，换卷时间只需4～5min，产生损纸量也只需0.4×9.77m，需人工2 人，接头整齐平滑，高效经济（见图2）。

步骤1：在大纸卷剩余纸达到换卷要求时，减速停车，抽真空管道阀门开启，将整幅纸吸附在抽真空箱上，人工推动贴胶带小车沿幅宽方向从头走到尾，即自动地将不干胶带纸粘在了整个纸幅宽上，在自动粘胶带同时用裁纸刀沿抽真空箱下沿将纸幅整齐地割断，此时原纸幅分为2 部分：前部为小纸卷—张紧辊—真空箱，保持连接状态，并有一定的张力；后部被切断的部分则随需更换的大纸卷辊一起吊走。

步骤2：新的大纸卷就位，人工将整幅纸头牵引至真空箱贴胶带纸的上方25～30cm 左右，启动压纸气缸，带动压纸横梁，将大纸卷纸头整幅压在胶带纸上，数秒后即将新纸卷纸头与吸在真空箱上的原纸头成功粘接。

步骤3：沿压纸横梁上的刀刃口撕去引纸剩余纸头，整个接头即告完成，既平滑又整齐。

步骤4：关闭真空管道阀门，启动气缸，放下压纸横梁，复卷机重新启动，整个换卷、接纸即告顺利完成。

图2 设备换卷方式改进设计

4 结构设计

新增机构主要有2 大部分组成：机械执行机构和抽真空风吸系统。

4.1 机械执行机构

（1）贴胶带小车：安置在真空箱上，推动小车行走，即能将不干胶带自动粘在纸幅上。

（2）真空吸纸箱：将整幅纸吸附住，并在与原大纸卷割断后，与小纸卷保持在有一定的张力连接状态。同时小车轨道也安置在真空箱背面。

（3）气动压纸横梁：压实纸头与胶带，上侧边缘的刃口用来整齐地撕去粘接后的纸头。

（4）张紧辊：在贴胶带、裁断纸、压实纸头的过程中，使纸幅有一定的张力。

（5）方钢管横梁及其立柱：是整个机械执行机构的承载横梁及支柱，真空箱及张紧棍都安装在方钢管横梁上而行走，小车及其导轨都安装在真空箱上。

（6）气缸及其同步机构：本机构设有5 支直径为80mm 的气缸，均安装在一根横梁上，有一组同步轴来保证各气缸同时升降。

4.2 抽真空风吸系统

其功用就是换纸卷时在整个幅宽上吸住纸，保证换纸接头的顺利粘接。

主要由离心风机、升缩软管、镀锌管道、三通、弯头、风门、进出口消音器、相关支架等。

综合现场设备布置情况，风机布置在零米层，抽真空箱位于8m 层复卷机前沿。整个管道长约80 米。

5 理论计算

5.1 支撑方钢管横梁刚性校核（见图3）

图3 支撑方钢管横梁刚性校核

G—真空箱及导轨自重；q—方管自重；E—弹性模量；Wsε横梁分段系数；I—截面轴惯性矩。

结论：挠度几乎为零，刚性满足。

5.2 风机功率计算

（1）吸风口风速及风量计算

卷纸宽度9.77m，卷纸克重：80～220g/m2，设计按最大值220g/m2计算

卷纸抽吸接触面0.1m×10m，开孔率30%，计算如下：

卷纸单位压力：Pd=0.22kg/m2×9.77m=2.15Pa

悬浮速度V=（2×Pd/1.2）^0.5=1.89m/s

吸口风速取悬浮速度的7 倍即：V吸风口=7×1.89m/s=13.2m/s

吸风口所需动压Pd1：=0.5×1.2kg/m3×（13.2m/s）^2=104.5Pa

吸口处静压估算：Pst1=1044.5Pa/0.2=522.5Pa

吸风口风量：Q吸风口=0.1m×10m×0.3×13.2m/s×3600s=14256m3/h

（2）风管直径选择

风机安装位置至设备处L=80m，考虑管道制造、安装空间及安装成本，选择高速气流输送，设计选择主管道气流速度45m/s。

管道直径D=［4×（0.1m×10m×0.3×13.2m/s）/（45m/s×3.14）］^0.5=0.335m=335mm

选取管道直径D=350mm

（3）风量、风压计算

管道压力损失Pst2=ξ×V^2×ρ/2=4.57×45×45×1.2/2=5552.5Pa

ξ=0.02×L/D=0.02×80000/350=4.57

风机所需负压值P=Pd1+Pst1+Pst2=104.5+522.5+5552.5=6179.5Pa

风机所需风量Q=14256m3/h

（4）电机功率计算

风机选型增加10%系统余量，则风机设计参数为：

风量：Q=14256×1.1=15682m3/h

压力：P=6179.5×1.1=6797.4Pa

则：风机功率N=风量×风压÷风机效率×电机储备系数=15682m3/h÷3600s×6797.4Pa÷0.8×1.25=46264.8W=46.26kW

选择55kW 电机

6 功效

此次技术改造有效节降了换卷时间，并节省了人工，每次换卷时间节省6min 以上，每次减少损纸146.5m2，约17.58kg，每天换24 个大纸卷，共节省144min，减少损纸421kg，目前在金东4 条压光线上使用，年收益在¥300 万以上，效益可观。