滾刀式切絲機壓刀板彈性變形壓緊力分析

蘇玉龍

摘 要：根據滾刀式切絲機切削原理，分析了刀片在切削煙草物料時的受力情況，得到了滾刀式切絲機刀片所需壓緊力的理論計算方法；通過有限元模擬分析，得出了壓刀板的彈性變形結果，分析了在不同的壓刀螺釘壓緊角度和不同擰緊力矩時壓刀板發生彈性變形產生壓緊力的大小規律，得出了設計壓刀板應該考慮的關鍵因素是設計合適的壓刀螺釘壓緊角度，從而為定量設計壓刀板提供了新的途徑。

關鍵詞：滾刀式切絲機 彈性變形 壓刀板 壓緊力

中圖分類號：TS43 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（c）-0009-02

煙草制絲工藝中的切絲是將經過前期處理后的片煙或煙梗切割成合格的葉絲或梗絲[1]，目前制絲生產線中大量采用的是滾刀式切絲機[2]。滾刀式切絲機依靠分布在其圓周方向上的刀片，對煙草物料進行連續的旋轉切削，而壓刀板所起的作用是壓緊固定刀片，保證刀片切削過程的穩定[3]。

若壓刀板壓刀過緊，刀片進刀系統受阻導致切絲質量下降[4]；反之，切絲過程中刀片失穩影響切絲甚至發生事故。刀片壓緊力由壓刀板彈性變形產生，應用有限元法對壓刀板的彈性變形進行數值模擬[5]，定量求解壓刀力對于壓刀板的優化設計及改進具有重要意義。

1 刀片所需壓緊力的理論計算

刀片所需壓緊力主要包括兩部分，一是切削力沿刀片法向的分力，二是刀片旋轉的離心力。

2 壓刀板產生彈性變形壓緊力的模擬

該廠設計的SQ36切絲機壓刀板的外形以及受力模型如圖2，利用solidwork simulation插件對其單件進行彈性變形的模擬[5，8]。在壓刀板的四個螺釘孔位置施加垂直于刀輥體支撐面方向的螺釘壓緊載荷，模擬螺釘對壓刀板的壓緊作用。

螺釘擰緊力矩與螺釘壓緊力關系可參考機械設計手冊[9]，如表1。

3 壓刀板彈性變形壓緊力的模擬結果分析

根據模擬結果，提取壓刀板前端的壓緊反力，得到在不同的擰緊力矩及螺釘壓緊角時，壓刀板對刀片的壓緊力結果，如圖3、圖4。

從圖3、圖4可以看出：在同一扭矩時，刀片壓緊力隨螺釘壓緊角呈現線性關系，曲線斜率較大；在同一螺釘壓緊角時，刀片壓緊力隨螺釘扭矩呈現線性關系，曲線斜率較小。從數值上看，螺釘壓緊角從0.4增大到0.56，刀片所受到的壓緊力的增加量超過4 000 N，而擰緊力矩從40 NM增大到80 NM，刀片所受到的壓緊力的增加量不會超過300 N。

4 結語

（1）螺釘壓緊角對于刀片壓緊力的影響作用較大，合理設計螺釘壓緊角及公差是壓刀板設計的關鍵；（2）現場調試用力矩扳手精確控制每個壓刀螺釘的擰緊力矩，可準確控制每個壓刀螺釘的壓緊力，保證每把刀片壓緊力均勻；（3）壓刀板前端設計為線接觸，減小出刀阻力，更有利于出刀順暢；（4）通過有限元的模擬并進行定量分析，為壓刀板的設計開辟了一種新的途徑。

參考文獻

[1] 國家煙草專賣局.卷煙工藝規范[M].北京：中央文獻出版社，2003.

[2] 《卷煙機械》編寫組.卷煙機械[M].北京：北京出版社，1989.

[3] 楊曉春，王雷.SQ3A系列煙草切絲機的設計與應用[J].產品與市場，2005（9）：67-68.

[4] 焦躍層.SQ31A型切絲機進刀系統的改進[J].硅谷，2012（23）：56-57.

[5] 陳永當，鮑志強，任慧娟，等.基于SolidWorks Simulation的產品設計有限元分析[J].計算機技術與發展，2012，22（9）：177-180.

[6] 劉志翎，郭飚.滾刀式切絲機切絲刀切削角度分析[J].煙草科技，2012（5）：22-25.

[7] 郭飚，劉志翎.一種滾刀式切絲機切削力及切削功率的計算方式[J].煙草科技，2011（8）：21-23.

[8] （美）DS Solidworks公司.SolidWoks Simulation高級教程（2013）[M].北京：機械工業出版社.2013.

[9] 成大先.機械設計手冊第2卷[M].5版.北京：化學工業出版社，2007.