大型復卷機高效接紙裝置設計

解祥文

（金東紙業（江蘇）股份有限公司，江蘇 鎮江 212132）

1 設計任務和目的

金東紙業有限公司進口芬蘭METSO 公司制作銅板紙的涂布、壓光生產線中，一條涂布線匹配二條壓光、復卷生產線，流水線作，節奏緊湊，但在復卷機更換大紙卷過程中，人工做紙接頭、引紙，需多人操作，時間長，效率低下，所做接頭不平滑，不整齊，且在此過程中產生較多損紙，本設計改造的目的就是為了解決原設計的不足，提高換卷接紙效率，提高接頭質量，減少損紙量。

2 原設備換卷方式及缺陷

原設計（見圖1）在更換大紙卷時，需人工將整幅寬（9770mm）的紙做成小于800mm 寬的小紙接頭，并人工引至接紙皮帶上，再由小紙幅引至全幅寬，此過程需人工3～4 人，耗時11～15min，產生損紙15m×9.77m。

圖1 原設備換卷方式設計

3 改進設計

改進后的設計無需做小的紙接頭至引紙皮帶上，換卷時間只需4～5min，產生損紙量也只需0.4×9.77m，需人工2 人，接頭整齊平滑，高效經濟（見圖2）。

步驟1：在大紙卷剩余紙達到換卷要求時，減速停車，抽真空管道閥門開啟，將整幅紙吸附在抽真空箱上，人工推動貼膠帶小車沿幅寬方向從頭走到尾，即自動地將不干膠帶紙粘在了整個紙幅寬上，在自動粘膠帶同時用裁紙刀沿抽真空箱下沿將紙幅整齊地割斷，此時原紙幅分為2 部分：前部為小紙卷—張緊輥—真空箱，保持連接狀態，并有一定的張力；后部被切斷的部分則隨需更換的大紙卷輥一起吊走。

步驟2：新的大紙卷就位，人工將整幅紙頭牽引至真空箱貼膠帶紙的上方25～30cm 左右，啟動壓紙氣缸，帶動壓紙橫梁，將大紙卷紙頭整幅壓在膠帶紙上，數秒后即將新紙卷紙頭與吸在真空箱上的原紙頭成功粘接。

步驟3：沿壓紙橫梁上的刀刃口撕去引紙剩余紙頭，整個接頭即告完成，既平滑又整齊。

步驟4：關閉真空管道閥門，啟動氣缸，放下壓紙橫梁，復卷機重新啟動，整個換卷、接紙即告順利完成。

圖2 設備換卷方式改進設計

4 結構設計

新增機構主要有2 大部分組成：機械執行機構和抽真空風吸系統。

4.1 機械執行機構

（1）貼膠帶小車：安置在真空箱上，推動小車行走，即能將不干膠帶自動粘在紙幅上。

（2）真空吸紙箱：將整幅紙吸附住，并在與原大紙卷割斷后，與小紙卷保持在有一定的張力連接狀態。同時小車軌道也安置在真空箱背面。

（3）氣動壓紙橫梁：壓實紙頭與膠帶，上側邊緣的刃口用來整齊地撕去粘接后的紙頭。

（4）張緊輥：在貼膠帶、裁斷紙、壓實紙頭的過程中，使紙幅有一定的張力。

（5）方鋼管橫梁及其立柱：是整個機械執行機構的承載橫梁及支柱，真空箱及張緊棍都安裝在方鋼管橫梁上而行走，小車及其導軌都安裝在真空箱上。

（6）氣缸及其同步機構：本機構設有5 支直徑為80mm 的氣缸，均安裝在一根橫梁上，有一組同步軸來保證各氣缸同時升降。

4.2 抽真空風吸系統

其功用就是換紙卷時在整個幅寬上吸住紙，保證換紙接頭的順利粘接。

主要由離心風機、升縮軟管、鍍鋅管道、三通、彎頭、風門、進出口消音器、相關支架等。

綜合現場設備布置情況，風機布置在零米層，抽真空箱位于8m 層復卷機前沿。整個管道長約80 米。

5 理論計算

5.1 支撐方鋼管橫梁剛性校核（見圖3）

圖3 支撐方鋼管橫梁剛性校核

G—真空箱及導軌自重；q—方管自重；E—彈性模量；Wsε橫梁分段系數；I—截面軸慣性矩。

結論：撓度幾乎為零，剛性滿足。

5.2 風機功率計算

（1）吸風口風速及風量計算

卷紙寬度9.77m，卷紙克重：80～220g/m2，設計按最大值220g/m2計算

卷紙抽吸接觸面0.1m×10m，開孔率30%，計算如下：

卷紙單位壓力：Pd=0.22kg/m2×9.77m=2.15Pa

懸浮速度V=（2×Pd/1.2）^0.5=1.89m/s

吸口風速取懸浮速度的7 倍即：V吸風口=7×1.89m/s=13.2m/s

吸風口所需動壓Pd1：=0.5×1.2kg/m3×（13.2m/s）^2=104.5Pa

吸口處靜壓估算：Pst1=1044.5Pa/0.2=522.5Pa

吸風口風量：Q吸風口=0.1m×10m×0.3×13.2m/s×3600s=14256m3/h

（2）風管直徑選擇

風機安裝位置至設備處L=80m，考慮管道制造、安裝空間及安裝成本，選擇高速氣流輸送，設計選擇主管道氣流速度45m/s。

管道直徑D=［4×（0.1m×10m×0.3×13.2m/s）/（45m/s×3.14）］^0.5=0.335m=335mm

選取管道直徑D=350mm

（3）風量、風壓計算

管道壓力損失Pst2=ξ×V^2×ρ/2=4.57×45×45×1.2/2=5552.5Pa

ξ=0.02×L/D=0.02×80000/350=4.57

風機所需負壓值P=Pd1+Pst1+Pst2=104.5+522.5+5552.5=6179.5Pa

風機所需風量Q=14256m3/h

（4）電機功率計算

風機選型增加10%系統余量，則風機設計參數為：

風量：Q=14256×1.1=15682m3/h

壓力：P=6179.5×1.1=6797.4Pa

則：風機功率N=風量×風壓÷風機效率×電機儲備系數=15682m3/h÷3600s×6797.4Pa÷0.8×1.25=46264.8W=46.26kW

選擇55kW 電機

6 功效

此次技術改造有效節降了換卷時間，并節省了人工，每次換卷時間節省6min 以上，每次減少損紙146.5m2，約17.58kg，每天換24 個大紙卷，共節省144min，減少損紙421kg，目前在金東4 條壓光線上使用，年收益在￥300 萬以上，效益可觀。