浅析横切机高速运转下纸板切不断的原因

■文/湖北京山轻工机械股份有限公司彭银喜

横切机是瓦楞纸板生产线上的专用设备，是按设定长度精确切断纸板。通过在一对螺旋刀轴上安装刀片，刀轴旋转，再通过控制系统设定纸板规格，将纸板按设定的长度切断。

一、横切机切不断纸板现状

现在的横切机出于高效率生产的要求，大部分具有高速度、门幅宽的特点。高速度一般是指生产速度大于400m/min。横切机在高速运转时，经常出现瓦楞纸板切不断（俗称“连刀”）的情况，特别是切短尺寸规格的纸板时切不断，容易造成后续堆码不齐，影响正常收纸。一旦出现连刀现象，就需要降低车速，或停机调刀；如果出现降速或频繁调刀，不仅影响生产效率，而且降低刀片使用寿命。如图1为横切机上下刀辊图。

因此，要解决横切机在高速运转下又能保证切断瓦楞纸板，就需要解决上述两个问题：其一，避免出现切断过程中的连刀情况；其二，设备能确保高速正常运转不停机。

二、影响因素分析

笔者根据多年实践经验，并通过理论分析，认为一个科学合理的优化横切机结构设计、部件的精密加工及精细安装调试、正确使用与维护，是保证横切机高速正常运转关键。

下面先介绍一下横切机核心的刀片刃部，以及基本情况，这样有助于后续的问题解决。

横切机上螺旋刀由上刀筒1和下刀筒5组成，上刀筒1、下刀筒5通过齿轮啮合，每个刀筒上安装一把刀片。具体图示见图2。

图2横切机刀片啮合示意图

横切机刀片刃部制作采用硬质合金，耐热耐磨，使用寿命长；通常情况下，刀片可使用800万次。一款高速横切机必须机电完美结合，兼顾结构刚性和低惯量设计。这样才能保证切纸的精度（一半是±0.5 mm)、切口光滑、刀片使用寿命长、能耗低。

进一步分析出现连刀的主要因素以及相应对策：

1.动力匹配：高速横切机一般选择双驱或多驱，主要根据车速及纸板的切长确定电机功率及电机数量。对于要求高速切割短纸板的横切机，因速度与功率二次方成比例，需要增大电机驱动功率。如果选择单台大功率伺服马达时，因电流大，温升高，应该选择冷却效果好的水冷伺服马达。而采用2台伺服驱动或多驱方式，因双驱或多驱电机功率小，电流小，有利于散热；同时可以根据不同速度选择驱动电机数量。见图3。

图3速度曲线

2.合理选择刀轴螺旋线角度θ：根据推导横切机同步角度β。

其中：L：辊筒幅宽D：辊筒直径θ：螺旋角β：同步切割角度

当螺旋线角度θ越大，同步切割区间也越大，切割省力。但螺旋角越大，刀片随螺旋线安装，要求刀片弹性要好，刃部变形大，变形会出现不均匀，导致上下刀刃啮合时会出现局部崩刀。特别是幅宽2500mm以上机型，螺旋线角度不应该超过20°，建议螺旋线角度1.70左右。

3.合理选择啮合角度γ：从图1中，上下刃口开始接触啮合，根据螺旋刀切割原理，γ越大，切割瞬时水平分量越小，垂直分量越大，会造成纸板切割声音大，同时导致刀片刃口不耐磨。合理选择啮合角度γ，有利于改善切割纸板力。

4.利用横切机上反转功能：一副新的螺旋刀片，一片刀刃上开有锯齿，另一片刀刃上没有齿；安装调试好后，启动反转功能，有锯齿刀片将在无锯齿刀片刃口上对应开出锯齿。这样有利于减小切削力，降低切断纸板噪音。特别是安装新刀片后，利用反转功能，开锯齿后，方便检测上、下刀片锯齿是否均匀；上下刀间隙是否一致（间隙0.1—0.15mm)。另外，在工作一段时间后，特别是长期使用一种规格纸幅，更换其它幅宽中，利用停机时间，启动反转功能，开齿磨刀，保证刃口锋利，切口整齐，纸板不会出现切不断的情况。

5.刀辊刚性不足：高速横切机采用刀筒式结构，刀筒外径在206～210mm,比实心刀轴惯量低，需要力矩小，配用功率小。如果在高速切割时，经常连刀会出现在刀辊中间，可能跟刀辊刚性不足有关。应采取措施：一是改进刀辊（刀筒）加工工艺，提高刀辊（刀筒）平衡精度，并消除刀轴（刀筒）变形。二是采用高强度材料，从45碳钢到42CrMo,再到复合材料CFRP碳纤维。碳纤维是钢密度1/4；是钢强度5倍。具有高强度，变形小，低转动惯量。特别适合做刀辊。在切割纸板时，刀筒随芯轴高速旋转，为了减低噪音，改善轴承润滑，在刀筒内加入润滑剂，起到内部阻尼作用，有效降低高速切割时噪音。

三、小结

随着横切机机器幅宽从1.8m增大到3.2m，速度从100m/min增加到400m/min。保证横切机在高速运转的情况下能够切割纸板，避免连刀现象，减少停机次数，提高生产效率。必须合理设计机械结构，优化螺旋线参数，精密加工刀筒，保证高强度、低惯量刀辊与控制系统有机匹配，正常使用、操作横切机，才能解决宽幅、高速横切机出现连刀问题，总体来说，建议做到以下几点：

1.降低刀辊转动惯量，提高刀辊的刚性，刀辊采用高强度合金钢或碳纤维CFRP刀筒结构。

2)优化刀辊螺旋线角度θ和啮合角度γ，改善切割性能，提高刀片使用寿命，减少因连刀而停机。

3)优化横切机动力配置，满足高速切割时动力需要，根据不同速度，选择双驱或多驱。

4)正确使用、操作、维护横切机也是保证横切机在高速切断必要条件之一。