BOB-M 盘纸自动更换机刹车机构稳定性研究

王传许，李映蓉

（红云红河烟草（集团）有限责任公司红河卷烟厂，云南红河 652399）

0 引言

滤嘴纸卷盘通过盘纸自动更换机实现开卷和输送，盘纸输送过程中需保持恒定张力以确保盘纸供应速度和成型机车速一致。生产过程中盘纸自动更换机刹车机构是否稳定直接影响盘纸张力是否恒定，进而影响滤棒卷制过程的稳定性。为提升盘纸自动更换机刹车机构运行稳定性，在滤棒生产过程中，盘纸自动更换机刹车机构通过摩擦块与摩擦盘接触产生制动力给盘纸施加拉力，使盘纸保持一定的张力而平稳地输送。设备运行过程中如果刹车机构的刹车臂发生剧烈的摆动，将会导致盘纸张力忽大忽小，降低滤棒卷制过程的稳定性，造成滤棒圆周大幅波动。如果盘纸张力急剧变化，还会导致滤嘴纸断裂，降低滤棒成型机设备效率，生产消耗升高。为此，研究改善盘纸自动更换机刹车机构稳定性对提升滤棒产品质量、成型机设备效率等均尤为重要。

1 盘纸自动更换机刹车机构结构及原理

盘纸自动更换机刹车机构主要由摩擦盘、摩擦块、压簧、杠杆、连杆、刹车臂等组成。摩擦块安装在杠杆上与摩擦盘接触，刹车臂通过连杆与杠杆相接，摩擦块与摩擦盘的接触压力控制刹车臂摆动的力矩，从而控制盘纸的张力。滤嘴纸自动更换机刹车机构如图1 所示。

图1 滤嘴纸自动更换机刹车机构组成

在设备运行过程中，盘纸的线速度与成型机车速保持一致，但随着卷盘直径的减小，卷盘转速逐渐增大，卷盘随着盘纸直径的减小而做加速运动，盘纸张力便会随之增大。盘纸拉动刹车臂向下摆动，刹车臂又拉动杠杆向上摆动，连结在杠杆上的摩擦块向上翘起，摩擦块与摩擦盘接触压力变小，摩擦制动力减小，盘纸张力也减小，刹车臂所受盘纸张力同时减小，刹车臂在拉簧作用下向上回位，此时摩擦块与摩擦盘接触压力再次变大，刹车臂便做往复摆动，使盘纸获得相对恒定的张力。

2 影响盘纸自动更换机刹车机构稳定性的因素

2.1 摩擦块与摩擦盘贴合不良

盘纸自动更换机刹车机构摩擦盘与摩擦块接触压力变化的均匀性是保证盘纸获得稳定张力的关键，刹车臂的小幅摆动能有效调节刹车机构对盘纸的制动力。但随着摩擦块使用时间的延长、刹车机构拉簧拉力的减弱，摩擦块与摩擦盘之间由面接触变为线接触、甚至点接触。摩擦块与摩擦盘接触面积的变化将直接影响刹车机构摩擦制动力，同时摩擦块的不均匀磨损将导致刹车臂摆动幅度加剧，致使刹车机构在动作过程中导致盘纸晃动，甚至拉断盘纸。

2.2 刹车机构响应不及时

随着设备运行年限的增长，盘纸自动更换机刹车机构各机械部件出现不同程度的磨损，机械传动精度降低，导致刹车机构动作响应速度变慢。例如：在盘纸拉动刹车臂向下摆动时，摩擦块对摩擦盘的接触压力变小，摩擦盘瞬间加速转动，但受制于其传动精度，摩擦盘响应滞后，盘纸需要更大的张力来拉动刹车臂，此时刹车臂向下摆动的幅度会比理想状态下更大，回位的幅度也就越大，也正是这个原因，导致不同BOB-M 机组刹车臂摆动幅度有大有小。由于设备投用年限长，加之纯机械式刹车机构特点，难以保证刹车机构动作响应达到理想状态。

2.3 卷盘外形尺寸的差异

卷盘直径在生产过程中随盘纸消耗而逐渐减小，受运输、存放、卷盘生产等因素的影响。部分卷盘外形尺寸存在差异，如卷盘整体圆度不好、盘纸存在分层等现象。外形异常的卷盘在上机过程中，高速转动时卷盘将会出现明显跳动，盘纸的线速度随之发生变化，导致盘纸张力忽大忽小，从而引起盘纸自动更换机刹车机构刹车臂不均匀摆动，影响刹车机构的稳定性。

综上，盘纸自动更换机刹车稳定机构的响应速度、卷盘辅料等因素难以彻底消除，而摩擦块与摩擦盘贴合不良则易于改善，故针对摩擦块工作原理进行研究，并采取适当的措施制约摩擦块与摩擦盘之间接触面积的变化，便能有效提升刹车机构工作过程的稳定性。

3 盘纸自动更换机刹车机构稳定性优化方案

3.1 摩擦块工作受力分析

摩擦块通过一颗光杆螺栓固定在杠杆上，摩擦块在右侧压缩弹簧的作用下与摩擦盘接触。在盘纸供给过程中，随着刹车臂的往复摆动，摩擦块也在一定幅度内绕光杆螺栓转动。摩擦块右侧长期与摩擦盘接触，导致摩擦块右侧磨损加剧。随着磨损的变化，摩擦块制定稳定性越来越差，导致刹车臂摆动幅度越来越大，刹车机构稳定性不断下降。摩擦块工作方式如图2 所示。

图2 摩擦块工作方式

设备运行过程中，摩擦块在右侧固定压簧的作用下与摩擦盘贴合以实现制动的作用，压缩弹簧对摩擦块的压力N 可分解为摩擦块用于制动作用的分力N2和沿圆弧切线方向的分力N1。因此摩擦块在工作过程中表现为左侧向上翘起，右侧压向摩擦盘，其与摩擦盘的接触不好。摩擦块受力分析如图3 所示。

图3 摩擦块受力分析

3.2 刹车机构优化方案

结合现有摩擦块与摩擦盘的接触方式，在摩擦块左侧施加一个压力以平衡右侧压缩弹簧产生的压力。增大摩擦块与摩擦盘的接触面积，减小摩擦块与摩擦盘接触压力的变化幅度。降低摩擦块的不均匀磨损，盘纸张力变化时摩擦块与摩擦盘始终保持面接触，提升摩擦制动力变化的稳定性，刹车机构优化具体实施方案如图4 所示，可调压簧结构如图5 所示。

图4 刹车机构优化

图5 可调压簧结构

实施方案中，利用杠杆在摩擦块右侧加装一个可调节压缩弹簧，可调压缩弹簧一端伸入摩擦块右侧工艺孔内，另一端伸入杠杆端螺孔内，杠杆上加装一个加强块用于辅助可调螺栓的安装，通过旋入和旋出可调螺栓调节弹簧的压缩量，从而调节摩擦块左侧接触压力大小。设备运行过程中，通过调节摩擦块左侧接触压力以平衡右侧固定压簧产生的压力，使摩擦块与摩擦盘在分离、制动过程中始终保持均匀贴合。同时可根据不同设备特性，调整摩擦块与摩擦盘接触压力，使摩擦盘相对于摩擦块始终处于相对平衡状态，延长摩擦块的使用寿命。

优化后摩擦块左侧受到可调压簧产生的接触压力F，该压力可分解为压向摩擦盘的制动力F2和沿圆弧切线方向的分力F1，通过调整摩擦块左侧的接触压力，使摩擦块左侧和右侧产生沿圆弧切线的分力相抵，摩擦块与摩擦盘均匀接触产生稳定的制动力。优化后摩擦块受力如图6 所示。

图6 优化后摩擦块受力

4 盘纸自动更换机刹车机构优化方案特点

方案通过优化盘纸自动更换机刹车机构摩擦块的工作方式，不改变现有刹车机构的整体结构，实现刹车机构工作过程动作平稳。其主要特点有：

（1）结构简单，易于安装实施。该优化方案结合摩擦块结构及安装方式，仅需对杠杆进行加工改造，所使用的调节螺栓及压缩弹簧便可便捷安装，实现对摩擦块接触压力的调整。

（2）可实现摩擦块接触压力的精确调节。该优化方案通过螺栓旋入和旋出调整压簧弹簧的压缩量，利用压缩弹簧的弹力对摩擦块施加压力，调整过程中可根据右侧固定压簧产生的压力进行精确调整，以确保摩擦块相对于摩擦盘处于相对平衡的状态。

（3）消除摩擦块圆弧切线方向的受力，延长摩擦块的使用寿命。通过调节摩擦块左侧的接触压力，与右侧固定弹簧产生的圆弧切线方向的力相抵，将摩擦块工作过程中线接触转变为均匀的面接触。在摩擦块发生磨损后，可进一步调节摩擦块左侧接触压力达到平衡，延长摩擦块的使用寿命。

5 结语

综上所述，通过对盘纸自动更换机现有刹车机构进行优化，改变摩擦块与摩擦盘的接触方式，控制摩擦块与摩擦盘之间的制动力变化幅度，能有效避免盘纸张力变化时导致的摩擦块与摩擦盘接触压力的急剧变化。从而提升刹车机构运行的稳定性，摩擦块与摩擦盘产生的制动力能够较好地平衡盘纸张力的变化，保证盘纸的平稳输送，避免由于刹车机构刹车臂剧烈摆动导致盘纸断裂，提升滤棒产品的圆周质量。