淺析橫切機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下紙板切不斷的原因

■文/湖北京山輕工機(jī)械股份有限公司彭銀喜

橫切機(jī)是瓦楞紙板生產(chǎn)線上的專(zhuān)用設(shè)備，是按設(shè)定長(zhǎng)度精確切斷紙板。通過(guò)在一對(duì)螺旋刀軸上安裝刀片，刀軸旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)定紙板規(guī)格，將紙板按設(shè)定的長(zhǎng)度切斷。

一、橫切機(jī)切不斷紙板現(xiàn)狀

現(xiàn)在的橫切機(jī)出于高效率生產(chǎn)的要求，大部分具有高速度、門(mén)幅寬的特點(diǎn)。高速度一般是指生產(chǎn)速度大于400m/min。橫切機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)瓦楞紙板切不斷（俗稱“連刀”）的情況，特別是切短尺寸規(guī)格的紙板時(shí)切不斷，容易造成后續(xù)堆碼不齊，影響正常收紙。一旦出現(xiàn)連刀現(xiàn)象，就需要降低車(chē)速，或停機(jī)調(diào)刀；如果出現(xiàn)降速或頻繁調(diào)刀，不僅影響生產(chǎn)效率，而且降低刀片使用壽命。如圖1為橫切機(jī)上下刀輥圖。

因此，要解決橫切機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下又能保證切斷瓦楞紙板，就需要解決上述兩個(gè)問(wèn)題：其一，避免出現(xiàn)切斷過(guò)程中的連刀情況；其二，設(shè)備能確保高速正常運(yùn)轉(zhuǎn)不停機(jī)。

二、影響因素分析

筆者根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)理論分析，認(rèn)為一個(gè)科學(xué)合理的優(yōu)化橫切機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、部件的精密加工及精細(xì)安裝調(diào)試、正確使用與維護(hù)，是保證橫切機(jī)高速正常運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)鍵。

下面先介紹一下橫切機(jī)核心的刀片刃部，以及基本情況，這樣有助于后續(xù)的問(wèn)題解決。

橫切機(jī)上螺旋刀由上刀筒1和下刀筒5組成，上刀筒1、下刀筒5通過(guò)齒輪嚙合，每個(gè)刀筒上安裝一把刀片。具體圖示見(jiàn)圖2。

圖2橫切機(jī)刀片嚙合示意圖

橫切機(jī)刀片刃部制作采用硬質(zhì)合金，耐熱耐磨，使用壽命長(zhǎng)；通常情況下，刀片可使用800萬(wàn)次。一款高速橫切機(jī)必須機(jī)電完美結(jié)合，兼顧結(jié)構(gòu)剛性和低慣量設(shè)計(jì)。這樣才能保證切紙的精度（一半是±0.5 mm)、切口光滑、刀片使用壽命長(zhǎng)、能耗低。

進(jìn)一步分析出現(xiàn)連刀的主要因素以及相應(yīng)對(duì)策：

1.動(dòng)力匹配：高速橫切機(jī)一般選擇雙驅(qū)或多驅(qū)，主要根據(jù)車(chē)速及紙板的切長(zhǎng)確定電機(jī)功率及電機(jī)數(shù)量。對(duì)于要求高速切割短紙板的橫切機(jī)，因速度與功率二次方成比例，需要增大電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率。如果選擇單臺(tái)大功率伺服馬達(dá)時(shí)，因電流大，溫升高，應(yīng)該選擇冷卻效果好的水冷伺服馬達(dá)。而采用2臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)或多驅(qū)方式，因雙驅(qū)或多驅(qū)電機(jī)功率小，電流小，有利于散熱；同時(shí)可以根據(jù)不同速度選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量。見(jiàn)圖3。

圖3速度曲線

2.合理選擇刀軸螺旋線角度θ：根據(jù)推導(dǎo)橫切機(jī)同步角度β。

其中：L：輥筒幅寬D：輥筒直徑θ：螺旋角β：同步切割角度

當(dāng)螺旋線角度θ越大，同步切割區(qū)間也越大，切割省力。但螺旋角越大，刀片隨螺旋線安裝，要求刀片彈性要好，刃部變形大，變形會(huì)出現(xiàn)不均勻，導(dǎo)致上下刀刃嚙合時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部崩刀。特別是幅寬2500mm以上機(jī)型，螺旋線角度不應(yīng)該超過(guò)20°，建議螺旋線角度1.70左右。

3.合理選擇嚙合角度γ：從圖1中，上下刃口開(kāi)始接觸嚙合，根據(jù)螺旋刀切割原理，γ越大，切割瞬時(shí)水平分量越小，垂直分量越大，會(huì)造成紙板切割聲音大，同時(shí)導(dǎo)致刀片刃口不耐磨。合理選擇嚙合角度γ，有利于改善切割紙板力。

4.利用橫切機(jī)上反轉(zhuǎn)功能：一副新的螺旋刀片，一片刀刃上開(kāi)有鋸齒，另一片刀刃上沒(méi)有齒；安裝調(diào)試好后，啟動(dòng)反轉(zhuǎn)功能，有鋸齒刀片將在無(wú)鋸齒刀片刃口上對(duì)應(yīng)開(kāi)出鋸齒。這樣有利于減小切削力，降低切斷紙板噪音。特別是安裝新刀片后，利用反轉(zhuǎn)功能，開(kāi)鋸齒后，方便檢測(cè)上、下刀片鋸齒是否均勻；上下刀間隙是否一致（間隙0.1—0.15mm)。另外，在工作一段時(shí)間后，特別是長(zhǎng)期使用一種規(guī)格紙幅，更換其它幅寬中，利用停機(jī)時(shí)間，啟動(dòng)反轉(zhuǎn)功能，開(kāi)齒磨刀，保證刃口鋒利，切口整齊，紙板不會(huì)出現(xiàn)切不斷的情況。

5.刀輥剛性不足：高速橫切機(jī)采用刀筒式結(jié)構(gòu)，刀筒外徑在206～210mm,比實(shí)心刀軸慣量低，需要力矩小，配用功率小。如果在高速切割時(shí)，經(jīng)常連刀會(huì)出現(xiàn)在刀輥中間，可能跟刀輥剛性不足有關(guān)。應(yīng)采取措施：一是改進(jìn)刀輥（刀筒）加工工藝，提高刀輥（刀筒）平衡精度，并消除刀軸（刀筒）變形。二是采用高強(qiáng)度材料，從45碳鋼到42CrMo,再到復(fù)合材料CFRP碳纖維。碳纖維是鋼密度1/4；是鋼強(qiáng)度5倍。具有高強(qiáng)度，變形小，低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。特別適合做刀輥。在切割紙板時(shí)，刀筒隨芯軸高速旋轉(zhuǎn)，為了減低噪音，改善軸承潤(rùn)滑，在刀筒內(nèi)加入潤(rùn)滑劑，起到內(nèi)部阻尼作用，有效降低高速切割時(shí)噪音。

三、小結(jié)

隨著橫切機(jī)機(jī)器幅寬從1.8m增大到3.2m，速度從100m/min增加到400m/min。保證橫切機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下能夠切割紙板，避免連刀現(xiàn)象，減少停機(jī)次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。必須合理設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，優(yōu)化螺旋線參數(shù)，精密加工刀筒，保證高強(qiáng)度、低慣量刀輥與控制系統(tǒng)有機(jī)匹配，正常使用、操作橫切機(jī)，才能解決寬幅、高速橫切機(jī)出現(xiàn)連刀問(wèn)題，總體來(lái)說(shuō)，建議做到以下幾點(diǎn)：

1.降低刀輥轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高刀輥的剛性，刀輥采用高強(qiáng)度合金鋼或碳纖維CFRP刀筒結(jié)構(gòu)。

2)優(yōu)化刀輥螺旋線角度θ和嚙合角度γ，改善切割性能，提高刀片使用壽命，減少因連刀而停機(jī)。

3)優(yōu)化橫切機(jī)動(dòng)力配置，滿足高速切割時(shí)動(dòng)力需要，根據(jù)不同速度，選擇雙驅(qū)或多驅(qū)。

4)正確使用、操作、維護(hù)橫切機(jī)也是保證橫切機(jī)在高速切斷必要條件之一。