滚刀式切丝机压刀板弹性变形压紧力分析

苏玉龙

摘 要：根据滚刀式切丝机切削原理，分析了刀片在切削烟草物料时的受力情况，得到了滚刀式切丝机刀片所需压紧力的理论计算方法；通过有限元模拟分析，得出了压刀板的弹性变形结果，分析了在不同的压刀螺钉压紧角度和不同拧紧力矩时压刀板发生弹性变形产生压紧力的大小规律，得出了设计压刀板应该考虑的关键因素是设计合适的压刀螺钉压紧角度，从而为定量设计压刀板提供了新的途径。

关键词：滚刀式切丝机 弹性变形 压刀板 压紧力

中图分类号：TS43 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（c）-0009-02

烟草制丝工艺中的切丝是将经过前期处理后的片烟或烟梗切割成合格的叶丝或梗丝[1]，目前制丝生产线中大量采用的是滚刀式切丝机[2]。滚刀式切丝机依靠分布在其圆周方向上的刀片，对烟草物料进行连续的旋转切削，而压刀板所起的作用是压紧固定刀片，保证刀片切削过程的稳定[3]。

若压刀板压刀过紧，刀片进刀系统受阻导致切丝质量下降[4]；反之，切丝过程中刀片失稳影响切丝甚至发生事故。刀片压紧力由压刀板弹性变形产生，应用有限元法对压刀板的弹性变形进行数值模拟[5]，定量求解压刀力对于压刀板的优化设计及改进具有重要意义。

1 刀片所需压紧力的理论计算

刀片所需压紧力主要包括两部分，一是切削力沿刀片法向的分力，二是刀片旋转的离心力。

2 压刀板产生弹性变形压紧力的模拟

该厂设计的SQ36切丝机压刀板的外形以及受力模型如图2，利用solidwork simulation插件对其单件进行弹性变形的模拟[5，8]。在压刀板的四个螺钉孔位置施加垂直于刀辊体支撑面方向的螺钉压紧载荷，模拟螺钉对压刀板的压紧作用。

螺钉拧紧力矩与螺钉压紧力关系可参考机械设计手册[9]，如表1。

3 压刀板弹性变形压紧力的模拟结果分析

根據模拟结果，提取压刀板前端的压紧反力，得到在不同的拧紧力矩及螺钉压紧角时，压刀板对刀片的压紧力结果，如图3、图4。

从图3、图4可以看出：在同一扭矩时，刀片压紧力随螺钉压紧角呈现线性关系，曲线斜率较大；在同一螺钉压紧角时，刀片压紧力随螺钉扭矩呈现线性关系，曲线斜率较小。从数值上看，螺钉压紧角从0.4增大到0.56，刀片所受到的压紧力的增加量超过4 000 N，而拧紧力矩从40 NM增大到80 NM，刀片所受到的压紧力的增加量不会超过300 N。

4 结语

（1）螺钉压紧角对于刀片压紧力的影响作用较大，合理设计螺钉压紧角及公差是压刀板设计的关键；（2）现场调试用力矩扳手精确控制每个压刀螺钉的拧紧力矩，可准确控制每个压刀螺钉的压紧力，保证每把刀片压紧力均匀；（3）压刀板前端设计为线接触，减小出刀阻力，更有利于出刀顺畅；（4）通过有限元的模拟并进行定量分析，为压刀板的设计开辟了一种新的途径。

参考文献

[1] 国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[M].北京：中央文献出版社，2003.

[2] 《卷烟机械》编写组.卷烟机械[M].北京：北京出版社，1989.

[3] 杨晓春，王雷.SQ3A系列烟草切丝机的设计与应用[J].产品与市场，2005（9）：67-68.

[4] 焦跃层.SQ31A型切丝机进刀系统的改进[J].硅谷，2012（23）：56-57.

[5] 陈永当，鲍志强，任慧娟，等.基于SolidWorks Simulation的产品设计有限元分析[J].计算机技术与发展，2012，22（9）：177-180.

[6] 刘志翎，郭飚.滚刀式切丝机切丝刀切削角度分析[J].烟草科技，2012（5）：22-25.

[7] 郭飚，刘志翎.一种滚刀式切丝机切削力及切削功率的计算方式[J].烟草科技，2011（8）：21-23.

[8] （美）DS Solidworks公司.SolidWoks Simulation高级教程（2013）[M].北京：机械工业出版社.2013.

[9] 成大先.机械设计手册第2卷[M].5版.北京：化学工业出版社，2007.