PROTOS-M5快速轉換型切紙輪結構分析

賴暉

（廈門煙草工業有限責任公司，福建廈門361026）

0 引言

煙用接裝紙是卷煙產品的主要材料之一［1］，切紙輪是卷接機組接裝紙切割系統中的核心部件。目前，ZJ17等國產化卷接機組主要采用更換不同型號切紙輪的方式來實現不同寬度接裝紙牌號的更換。近年來，德國虹霓公司的超高速卷接機組PROTOS-M5在接裝紙寬度轉換、煙支長度轉換、濾棒長度轉換等處應用了快速轉換（QSC）技術，即通過機械改裝或設定快速更換牌號［2］，大幅減少了換牌所需的工作量和時間。為了研究國際先進技術，加快國產化超高速卷接包機組的研制進程，運用Pro/E三圍建模軟件建立了PROTOS-M5快速轉換型切紙輪的仿真模型，并進行結構分析。

1 工作原理及問題分析

PROTOS-M5的接裝紙切割采用剪切式切紙［3］，切紙輪將接裝紙拉至切割位置，并在切割工藝完成后，將接裝紙片一一對應地粘在“組煙”上［4］。PROTOS-M5 之前的卷接機組，其切紙輪主要存在以下問題：

1）通過更換切紙輪的方式實現不同寬度接裝紙牌號的轉換，拆裝、校對耗時超過15 min；

2）輪體的大風孔未通至輪體前端面，清潔時需拆下整個鼓輪，僅拆裝、校對耗時就需15 min以上；

3）刀刃位于吸風塊上，刀刃磨損后需更換切紙輪，耗時超過15 min；磨損的切紙輪需經過加工后才能繼續作為備件使用；

4）石墨配氣盤的主要配氣區域都在右下方，不符合密封環結構應簡單對稱的要求。

2 快速轉換型切紙輪結構分析

2.1 基本結構

PROTOS-M5切紙輪分成回轉和固定支承兩部分，如圖1所示。

回轉部分主要由手輪、前端蓋、前配氣環、輪體、后配氣環、后端蓋、軸、軸套內圈、消隙齒輪組等組成。手輪固定于前端蓋，前、后配氣環分別固定于前、后端蓋，兩個端蓋、輪體、軸、齒輪依次通過螺釘連接，12把切刀通過夾桿固定在輪體上。

圖1 快速轉換型切紙輪結構示意圖

固定支承部分主要由前環、軸承座、軸套外圈、后環、石墨配氣盤、法蘭等組成。前環、后環、法蘭分別通過螺釘與軸承座相連，石墨配氣盤嵌套于軸承座的套筒上，軸承座通過螺釘固定在箱體上。

2.2 配氣部分

2.2.1 配氣通道

軸承座上的套筒、石墨配氣盤構成配氣通道，并與回轉部分的通道相通。為實現接裝紙寬度尺寸的快速轉換，前排風孔、后排風孔與中間風孔的通道路徑各不相同：1）前排風孔→前配氣環→前端蓋→輪體大風孔→后端蓋→石墨配氣盤→套筒→（箱體）；2）中間風孔→輪體大風孔→后端蓋→石墨配氣盤→套筒→（箱體）；3）后排風孔→后配氣環→后端蓋→石墨配氣盤→套筒→（箱體）。

2.2.2 石墨配氣盤的配氣區域

A區：負壓由真空泵M102.1M提供；負責將接裝紙拉至切割位置。根據測量輥上的壓力傳感器B30M持續檢測到的接裝紙張力變化情況，通過一條旁路管道上的調節閥Y21M來調節該負壓大小。

B區：負壓由真空泵M102.2M提供，負責輸送并轉交接裝紙片。

C區：負壓由氣動真空泵提供，負責取出設備啟動、停止階段未上膠的接裝紙片。

D區：正壓由中央壓縮空氣系統提供，負責吹出設備啟動、停止階段未上膠的接裝紙片至接裝紙片抽吸裝置，及在設備運行過程中定時吹氣清潔切紙輪。

圖2 快速轉換型切紙輪模型及其配氣區域1.切紙輪 2.石墨配氣盤

3 快速轉換型切紙輪的使用效果

3.1 接裝紙寬度尺寸的快速轉換

如圖3所示，PROTOS-M5通過轉動前、后配氣環可設定兩種不同的接裝紙寬度［5］，無需拆裝和校對，僅需2 min即可實現不同寬度接裝紙牌號的更換：

圖3 PROTOS-M5切紙輪配氣區域寬度調整示意圖（前部）

1）使用工裝，將前、后配氣環往“+”方向旋轉，前、后配氣環上的風道分別與輪體前、后排風孔相通，所有風孔均有配氣。

2）使用工裝，將前、后配氣環往“-”方向旋轉，前、后配氣環上的風道分別與輪體前、后排風孔不相通，僅有中間風孔具有配氣。

兩配氣環的轉動極限位置由定位銷確定，錐端緊定螺釘將兩配氣環分別固定在兩端蓋上。

3.2 切紙輪大風孔的快速清潔

切紙輪的風孔和大風孔長期運行后會累積膠垢，需定期清潔。清潔PROTOS-M5切紙輪的大風孔時，只需拆下前端蓋即可用鉆頭直接清潔，拆裝僅需2 min，大幅提高了設備維護效率。

3.3 切刀的快速安裝與更換

PROTOS-M5的切刀作為一個獨立的零件，通過夾桿固定在輪體上，拆裝不超過5 min，實現了易損件的快速更換。PROTOS-M5的切刀四邊均為刀刃，每把刀可使用4次，大幅延長了切刀的使用壽命，降低了易損件的使用成本。

圖4 PROTOS-M5與PROTOS 2-2切刀安裝方式對比

3.4 石墨配氣環磨損不均情況的杜絕

PROTOS-M5 切紙輪采用機械密封［6］，石墨配氣環為靜環，后端蓋為動環，彈簧作為彈力補償機構使兩者始終貼合，形成端面密封摩擦副，避免漏氣。由于石墨配氣盤的主要配氣區域都在右下方，造成石墨配氣盤與前端蓋的接觸面積左、右不等，而摩擦副接觸面積對磨損存在影響［7］。為避免石墨配氣環左、右部分磨損程度不同，PROTOS-M5在其左上方增加了寬6 mm，深2 mm的圓弧槽（E區）。

4 結語

快速轉換是煙草機械的發展方向之一。PROTOS-M5切紙輪采用這種快速轉換型結構，實現了切刀的快速安裝與更換，并降低了易損件的使用成本；設備清潔維護更加方便快捷；設計了全新的風道，實現了不同寬度接裝紙牌號的快速轉換，適用于不同規格煙支的生產，確保了多品牌、小批量產品的生產效率。

［參考文獻］

［1］董潔，劉峰，荊熠，等.不同類型煙用接裝紙表面性能及其對卷接效果的影響［J］.煙草科技，2011（4）：10-13，22.

［2］德國Hauni公司.PROTOS-M5操作說明書［M］.德國Hauni公司，2009.

［3］李小平.剪切式切紙在ZJ17機組上的設計與應用［J］.煙草科技，2003（12）：17，42.

［4］《YJ17-YJ27卷接機組》編寫組.YJ17-YJ27卷接機組［M］.北京∶中國科學技術出版社，2001.

［5］德國Hauni公司.PROTOS-M5維修說明書［M］.德國Hauni公司，2009.

［6］孫見君，魏龍，顧伯勤.機械密封的發展歷程與研究動向［J］.潤滑與密封，2004（4）：128-131，134.

［7］劉洪濤，葛世榮，丁靜倩.摩擦副接觸面積對磨損的影響研究［C］//中國機械工程學會摩擦學分會.2009年全國青年摩擦學學術會議論文集，2009.