淺析橫切機高速運轉下紙板切不斷的原因

■文/湖北京山輕工機械股份有限公司彭銀喜

橫切機是瓦楞紙板生產線上的專用設備，是按設定長度精確切斷紙板。通過在一對螺旋刀軸上安裝刀片，刀軸旋轉，再通過控制系統設定紙板規格，將紙板按設定的長度切斷。

一、橫切機切不斷紙板現狀

現在的橫切機出于高效率生產的要求，大部分具有高速度、門幅寬的特點。高速度一般是指生產速度大于400m/min。橫切機在高速運轉時，經常出現瓦楞紙板切不斷（俗稱“連刀”）的情況，特別是切短尺寸規格的紙板時切不斷，容易造成后續堆碼不齊，影響正常收紙。一旦出現連刀現象，就需要降低車速，或停機調刀；如果出現降速或頻繁調刀，不僅影響生產效率，而且降低刀片使用壽命。如圖1為橫切機上下刀輥圖。

因此，要解決橫切機在高速運轉下又能保證切斷瓦楞紙板，就需要解決上述兩個問題：其一，避免出現切斷過程中的連刀情況；其二，設備能確保高速正常運轉不停機。

二、影響因素分析

筆者根據多年實踐經驗，并通過理論分析，認為一個科學合理的優化橫切機結構設計、部件的精密加工及精細安裝調試、正確使用與維護，是保證橫切機高速正常運轉關鍵。

下面先介紹一下橫切機核心的刀片刃部，以及基本情況，這樣有助于后續的問題解決。

橫切機上螺旋刀由上刀筒1和下刀筒5組成，上刀筒1、下刀筒5通過齒輪嚙合，每個刀筒上安裝一把刀片。具體圖示見圖2。

圖2橫切機刀片嚙合示意圖

橫切機刀片刃部制作采用硬質合金，耐熱耐磨，使用壽命長；通常情況下，刀片可使用800萬次。一款高速橫切機必須機電完美結合，兼顧結構剛性和低慣量設計。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、能耗低。

進一步分析出現連刀的主要因素以及相應對策：

1.動力匹配：高速橫切機一般選擇雙驅或多驅，主要根據車速及紙板的切長確定電機功率及電機數量。對于要求高速切割短紙板的橫切機，因速度與功率二次方成比例，需要增大電機驅動功率。如果選擇單臺大功率伺服馬達時，因電流大，溫升高，應該選擇冷卻效果好的水冷伺服馬達。而采用2臺伺服驅動或多驅方式，因雙驅或多驅電機功率小，電流小，有利于散熱；同時可以根據不同速度選擇驅動電機數量。見圖3。

圖3速度曲線

2.合理選擇刀軸螺旋線角度θ：根據推導橫切機同步角度β。

其中：L：輥筒幅寬D：輥筒直徑θ：螺旋角β：同步切割角度

當螺旋線角度θ越大，同步切割區間也越大，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，變形會出現不均勻，導致上下刀刃嚙合時會出現局部崩刀。特別是幅寬2500mm以上機型，螺旋線角度不應該超過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，上下刃口開始接觸嚙合，根據螺旋刀切割原理，γ越大，切割瞬時水平分量越小，垂直分量越大，會造成紙板切割聲音大，同時導致刀片刃口不耐磨。合理選擇嚙合角度γ，有利于改善切割紙板力。

4.利用橫切機上反轉功能：一副新的螺旋刀片，一片刀刃上開有鋸齒，另一片刀刃上沒有齒；安裝調試好后，啟動反轉功能，有鋸齒刀片將在無鋸齒刀片刃口上對應開出鋸齒。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，利用反轉功能，開鋸齒后，方便檢測上、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，在工作一段時間后，特別是長期使用一種規格紙幅，更換其它幅寬中，利用停機時間，啟動反轉功能，開齒磨刀，保證刃口鋒利，切口整齊，紙板不會出現切不斷的情況。

5.刀輥剛性不足：高速橫切機采用刀筒式結構，刀筒外徑在206～210mm,比實心刀軸慣量低，需要力矩小，配用功率小。如果在高速切割時，經常連刀會出現在刀輥中間，可能跟刀輥剛性不足有關。應采取措施：一是改進刀輥（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。二是采用高強度材料，從45碳鋼到42CrMo,再到復合材料CFRP碳纖維。碳纖維是鋼密度1/4；是鋼強度5倍。具有高強度，變形小，低轉動慣量。特別適合做刀輥。在切割紙板時，刀筒隨芯軸高速旋轉，為了減低噪音，改善軸承潤滑，在刀筒內加入潤滑劑，起到內部阻尼作用，有效降低高速切割時噪音。

三、小結

隨著橫切機機器幅寬從1.8m增大到3.2m，速度從100m/min增加到400m/min。保證橫切機在高速運轉的情況下能夠切割紙板，避免連刀現象，減少停機次數，提高生產效率。必須合理設計機械結構，優化螺旋線參數，精密加工刀筒，保證高強度、低慣量刀輥與控制系統有機匹配，正常使用、操作橫切機，才能解決寬幅、高速橫切機出現連刀問題，總體來說，建議做到以下幾點：

1.降低刀輥轉動慣量，提高刀輥的剛性，刀輥采用高強度合金鋼或碳纖維CFRP刀筒結構。

2)優化刀輥螺旋線角度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。

3)優化橫切機動力配置，滿足高速切割時動力需要，根據不同速度，選擇雙驅或多驅。

4)正確使用、操作、維護橫切機也是保證橫切機在高速切斷必要條件之一。