鋼卷包裝用自動紙庫的研制

陳志平 李本海 陳 蕾

(機科發展科技股份有限公司 北京100044)

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鋼卷包裝用自動紙庫的研制

陳志平①李本海 陳 蕾

(機科發展科技股份有限公司 北京100044)

介紹了自動紙庫的結構組成和工作過程，針對研制過程中遇到的難點進行了分析,并提出了解決方案。自動紙庫的成功研制使其在多家鋼廠包裝線上得到實際應用。

自動紙庫 鋼卷包裝 包裝紙

1 前言

多數冷軋卷材在出廠前均需要進行包裝保護。在鋼卷包裝線上，首先就要給鋼卷包上一層專用包裝紙。根據用戶要求的不同，鋼卷的外形尺寸(鋼卷外徑及鋼卷寬度)是多種多樣的，這就要求根據鋼卷的外形尺寸來選擇不同寬度的包裝紙。如果都用一種紙寬來滿足所有鋼卷的包裝要求不僅會造成很大浪費，還會直接增加冷軋卷材的生產成本，因為包裝紙材料的成本也比較高。為了滿足在鋼卷包裝線上使用多種寬度規格包裝紙的需要，同時也為了滿足用戶提出的減少操作人員、降低生產成本的要求研制了自動紙庫。

2 自動紙庫的結構及工作過程

自動紙庫主要由紙卷存放架、送紙機構、切紙噴膠機構、擺動導板等組成。典型的自動紙庫如圖1所示。

研制的自動紙庫只需要人工將紙卷吊裝在存放架上并將紙頭穿入送紙機構內，其余工作如換紙、送紙、噴膠、包裝、切斷等均能自動完成。

圖1 自動紙庫結構示意圖

1、2-包裝紙卷； 3-紙卷存放架； 4-送紙機構； 5-切紙噴膠機構； 6-擺動導板； 7-液包機

自動紙庫的工作過程如下：

1)步進梁將待包裝鋼卷送到自動紙庫前端的滾包機上，等待包裝；

2)自動紙庫根據前方工序測量出來的鋼卷參數(外徑、寬度)選取合適的包裝紙，同時計算出該鋼卷所需的包裝紙長度；如果當前正在使用的包裝紙寬度不合適，則使其退回送紙機構內，然后送出合適的包裝紙；

3)將包裝紙送至合適位置，在其頭部噴上粘接劑；

4)繼續向前送紙，包裝紙沿著擺動導板向鋼卷接近；

5)包裝紙頭接觸鋼卷后就會被旋轉的滾包機輥子及鋼卷咬入。由于紙的頭部噴有粘接劑，在鋼卷的重力擠壓下包裝紙就會粘在鋼卷上隨鋼卷轉動；

6)當包裝紙的長度達到計算值時，停止送紙，同時滾包機停止轉動；

7)降下擺動導板及切紙刀。移動切紙刀將包裝紙切斷，切紙刀移動的同時噴膠機在包裝紙尾端噴上粘接劑；

8)滾包機繼續轉動直至包裝紙尾端與已經包在鋼卷上的包裝紙頭部重疊并粘接在一起完成包紙過程。

3 關鍵問題及解決方法

3.1 自動換紙問題

1)自動紙庫上設有紙卷存放架可存放兩卷或更多的紙卷，因此可以同時存放多個不同寬度的包裝紙。當鋼卷包裝需要改變紙寬時，當前使用的包裝紙頭部被退回送紙機構內，然后將寬度符合要求的包裝紙頭部從送紙機構的出口夾送輥處送出。

以前的送紙機構當紙頭退回后是存放在托板或由多根細桿組成的托紙架上(如圖2所示)。因為包裝紙兩個面的材料是不同的，一面是紙，另一面是塑料膜，所以當包裝紙在送紙機內存放一段時間之后，包裝紙就會隨著空氣濕度的變化而使包裝紙頭部產生打卷現象。當鋼卷包裝需要使用這一卷紙時，打了卷的紙頭進入前方的出口夾送輥后就會產生折疊，需人工操作將頭部切除一部分才能正常使用。紙頭卷曲嚴重時，就無法進入前方出口夾送輥，導致無法換紙。

圖2 常規的送紙機示意圖

2)針對以上問題本文采取了如下改進方法：

在送紙機構中，尚未使用的包裝紙頭部是存放在入口夾送輥與出口夾送輥之間的導板上。若要使紙頭順利進入出口夾送輥，必須保證紙頭起卷或卷起幅度不影響出口夾送輥的正常咬入。為此，采用了兩塊導板疊放的結構，兩塊導板中間留出一定的間隙，讓包裝紙進入夾送輥后從這個間隙中穿過。當紙頭被送至出口夾送輥處時，卷曲變形幅度被控制在導板的間隙范圍內。這樣，換紙時紙頭就很容易進入出口夾送輥中完成換紙過程(如圖3所示)。

3.2 導板的彎曲問題

送紙機構采用雙層導板夾送的結構，可靠地解決了包裝紙頭部卷曲帶來的送紙難題。但同時又出現了新的問題，由于自動紙庫的送紙機構是按照鋼卷包裝所需最大紙寬來設計的，設計中使用的最大紙寬已達到3800mm，為此，導板的設計寬度達到了4000mm。這樣大跨度必須設計出很大尺寸的加強筋才能保證導板中部的下垂量不影響正常送紙。由于導板靠近出口夾送輥的一端是彼此緊密排列的，尤其當紙庫的紙卷存放數量較多時(常用的是4卷)導板之間根本沒有足夠的空間來設置較大的加強筋。

解決辦法如下：

設計了一種特殊的導板安裝結構，將過去使導板直接搭放在送紙機構兩側固定板上的方式改為用螺桿拉緊固定在送紙機構兩側的固定板上。這樣，在兩端拉桿的拉力作用下導板中部的下垂量可以減少到較小數值。這時只要在每一塊導板上加兩條較低的加強筋即可滿足使用要求。這種結構已經在多臺自動紙庫上實際應用，效果很好。

圖4 導板拉直固定結構示意圖

3.3 夾送時輥子與包裝紙之間打滑的問題

最初設計的送紙機構在送紙時出現了包裝紙與夾送輥之間打滑的現象。

1)經分析認為原因有以下幾種：

(1)當上下夾送輥在兩端氣缸的壓力作用下夾緊時，由于輥子結構的原因使得上輥中部不是向下壓緊，而是向上抬起。同時，由于自重的原因，下輥的中部也會出現下垂，這樣便加大了上下輥的中部間隙。經測量當氣缸壓力為0.6MPa時，上下輥的最大間隙可達1mm以上。這個間隙的出現使得夾送輥無法夾緊包裝紙(尤其是寬度較窄的包裝紙)，從而產生打滑現象。

(2)包裝紙其中一面是塑料膜，這個面恰好與夾送輥下面的驅動輥接觸。由于輥子的金屬表面與包裝紙的塑料膜表面之間摩擦系數較低，導致了夾送時出現打滑現象。

2)采用如下方法解決：

圖5 上下夾送輥間隙示意圖

圖中Δh—上輥產生的凸起變形量；f—下輥在自重作用下產生的撓度。

針對夾送輥的變形，先通過力學計算出下輥在自重作用下產生的撓度值f，再根據氣缸最大工作壓力(0.6MPa)計算出上輥的向上凸起量Δh，然后重新設計上輥。將出、入口的上輥設計成中間粗兩頭細的鼓形，鼓形的中間凸起量為f+Δh+s(s為修正系數，與輥子的直徑及長度有關)。

針對摩擦系數低的問題，在驅動輥(下夾送輥)的表面掛上一層橡膠材料來增大摩擦系數。為了保證送紙長度的準確性，將計量送紙長度的出口上下兩個夾送輥均改為掛膠輥。

4 結束語

經以上一系列的改進后，自動送紙機已經成為成熟產品，并在多家鋼廠包裝線上得到實際應用。

[1]陳龍官,黃偉編著.冷軋薄鋼板精整生產技術[M].北京:冶金工業出版社,2009.

[2]劉明利,于革剛,孫瑞濤.鋼卷包裝工藝技術研究[J].冶金設備，2005(2).

[3]康運江,劉明利.冷軋卷材防銹紙自動包裹機的研究[J].冶金設備，2011(2):60-61.

Development of the Automatic Sheet Feeder for Coil Packing

Chen Zhiping Li Benhai Chen Lei

(Machinery Technology Development Co., Ltd., Beijing 100044)

The structure and working process of the automatic sheet feeder which is used for coil packing are briefly introduced, and the problems which appeared in the course of development are analyzed, and the solutions are put forward. The success of the development of the automatic sheet feeder make it have a wide application in several major steel plants.

Automatic sheet feeder Coil packing Packing paper

陳志平，男，1962年出生，高級工程師，畢業于武漢科技大學金屬壓力加工專業，主要從事機電設備的開發研究

TG333.2

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10.3969/j.issn.1001-1269.2014.01.018

2013-08-23)