BOB-M 盤紙自動更換機剎車機構穩定性研究

王傳許，李映蓉

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司紅河卷煙廠，云南紅河 652399）

0 引言

濾嘴紙卷盤通過盤紙自動更換機實現開卷和輸送，盤紙輸送過程中需保持恒定張力以確保盤紙供應速度和成型機車速一致。生產過程中盤紙自動更換機剎車機構是否穩定直接影響盤紙張力是否恒定，進而影響濾棒卷制過程的穩定性。為提升盤紙自動更換機剎車機構運行穩定性，在濾棒生產過程中，盤紙自動更換機剎車機構通過摩擦塊與摩擦盤接觸產生制動力給盤紙施加拉力，使盤紙保持一定的張力而平穩地輸送。設備運行過程中如果剎車機構的剎車臂發生劇烈的擺動，將會導致盤紙張力忽大忽小，降低濾棒卷制過程的穩定性，造成濾棒圓周大幅波動。如果盤紙張力急劇變化，還會導致濾嘴紙斷裂，降低濾棒成型機設備效率，生產消耗升高。為此，研究改善盤紙自動更換機剎車機構穩定性對提升濾棒產品質量、成型機設備效率等均尤為重要。

1 盤紙自動更換機剎車機構結構及原理

盤紙自動更換機剎車機構主要由摩擦盤、摩擦塊、壓簧、杠桿、連桿、剎車臂等組成。摩擦塊安裝在杠桿上與摩擦盤接觸，剎車臂通過連桿與杠桿相接，摩擦塊與摩擦盤的接觸壓力控制剎車臂擺動的力矩，從而控制盤紙的張力。濾嘴紙自動更換機剎車機構如圖1 所示。

圖1 濾嘴紙自動更換機剎車機構組成

在設備運行過程中，盤紙的線速度與成型機車速保持一致，但隨著卷盤直徑的減小，卷盤轉速逐漸增大，卷盤隨著盤紙直徑的減小而做加速運動，盤紙張力便會隨之增大。盤紙拉動剎車臂向下擺動，剎車臂又拉動杠桿向上擺動，連結在杠桿上的摩擦塊向上翹起，摩擦塊與摩擦盤接觸壓力變小，摩擦制動力減小，盤紙張力也減小，剎車臂所受盤紙張力同時減小，剎車臂在拉簧作用下向上回位，此時摩擦塊與摩擦盤接觸壓力再次變大，剎車臂便做往復擺動，使盤紙獲得相對恒定的張力。

2 影響盤紙自動更換機剎車機構穩定性的因素

2.1 摩擦塊與摩擦盤貼合不良

盤紙自動更換機剎車機構摩擦盤與摩擦塊接觸壓力變化的均勻性是保證盤紙獲得穩定張力的關鍵，剎車臂的小幅擺動能有效調節剎車機構對盤紙的制動力。但隨著摩擦塊使用時間的延長、剎車機構拉簧拉力的減弱，摩擦塊與摩擦盤之間由面接觸變為線接觸、甚至點接觸。摩擦塊與摩擦盤接觸面積的變化將直接影響剎車機構摩擦制動力，同時摩擦塊的不均勻磨損將導致剎車臂擺動幅度加劇，致使剎車機構在動作過程中導致盤紙晃動，甚至拉斷盤紙。

2.2 剎車機構響應不及時

隨著設備運行年限的增長，盤紙自動更換機剎車機構各機械部件出現不同程度的磨損，機械傳動精度降低，導致剎車機構動作響應速度變慢。例如：在盤紙拉動剎車臂向下擺動時，摩擦塊對摩擦盤的接觸壓力變小，摩擦盤瞬間加速轉動，但受制于其傳動精度，摩擦盤響應滯后，盤紙需要更大的張力來拉動剎車臂，此時剎車臂向下擺動的幅度會比理想狀態下更大，回位的幅度也就越大，也正是這個原因，導致不同BOB-M 機組剎車臂擺動幅度有大有小。由于設備投用年限長，加之純機械式剎車機構特點，難以保證剎車機構動作響應達到理想狀態。

2.3 卷盤外形尺寸的差異

卷盤直徑在生產過程中隨盤紙消耗而逐漸減小，受運輸、存放、卷盤生產等因素的影響。部分卷盤外形尺寸存在差異，如卷盤整體圓度不好、盤紙存在分層等現象。外形異常的卷盤在上機過程中，高速轉動時卷盤將會出現明顯跳動，盤紙的線速度隨之發生變化，導致盤紙張力忽大忽小，從而引起盤紙自動更換機剎車機構剎車臂不均勻擺動，影響剎車機構的穩定性。

綜上，盤紙自動更換機剎車穩定機構的響應速度、卷盤輔料等因素難以徹底消除，而摩擦塊與摩擦盤貼合不良則易于改善，故針對摩擦塊工作原理進行研究，并采取適當的措施制約摩擦塊與摩擦盤之間接觸面積的變化，便能有效提升剎車機構工作過程的穩定性。

3 盤紙自動更換機剎車機構穩定性優化方案

3.1 摩擦塊工作受力分析

摩擦塊通過一顆光桿螺栓固定在杠桿上，摩擦塊在右側壓縮彈簧的作用下與摩擦盤接觸。在盤紙供給過程中，隨著剎車臂的往復擺動，摩擦塊也在一定幅度內繞光桿螺栓轉動。摩擦塊右側長期與摩擦盤接觸，導致摩擦塊右側磨損加劇。隨著磨損的變化，摩擦塊制定穩定性越來越差，導致剎車臂擺動幅度越來越大，剎車機構穩定性不斷下降。摩擦塊工作方式如圖2 所示。

圖2 摩擦塊工作方式

設備運行過程中，摩擦塊在右側固定壓簧的作用下與摩擦盤貼合以實現制動的作用，壓縮彈簧對摩擦塊的壓力N 可分解為摩擦塊用于制動作用的分力N2和沿圓弧切線方向的分力N1。因此摩擦塊在工作過程中表現為左側向上翹起，右側壓向摩擦盤，其與摩擦盤的接觸不好。摩擦塊受力分析如圖3 所示。

圖3 摩擦塊受力分析

3.2 剎車機構優化方案

結合現有摩擦塊與摩擦盤的接觸方式，在摩擦塊左側施加一個壓力以平衡右側壓縮彈簧產生的壓力。增大摩擦塊與摩擦盤的接觸面積，減小摩擦塊與摩擦盤接觸壓力的變化幅度。降低摩擦塊的不均勻磨損，盤紙張力變化時摩擦塊與摩擦盤始終保持面接觸，提升摩擦制動力變化的穩定性，剎車機構優化具體實施方案如圖4 所示，可調壓簧結構如圖5 所示。

圖4 剎車機構優化

圖5 可調壓簧結構

實施方案中，利用杠桿在摩擦塊右側加裝一個可調節壓縮彈簧，可調壓縮彈簧一端伸入摩擦塊右側工藝孔內，另一端伸入杠桿端螺孔內，杠桿上加裝一個加強塊用于輔助可調螺栓的安裝，通過旋入和旋出可調螺栓調節彈簧的壓縮量，從而調節摩擦塊左側接觸壓力大小。設備運行過程中，通過調節摩擦塊左側接觸壓力以平衡右側固定壓簧產生的壓力，使摩擦塊與摩擦盤在分離、制動過程中始終保持均勻貼合。同時可根據不同設備特性，調整摩擦塊與摩擦盤接觸壓力，使摩擦盤相對于摩擦塊始終處于相對平衡狀態，延長摩擦塊的使用壽命。

優化后摩擦塊左側受到可調壓簧產生的接觸壓力F，該壓力可分解為壓向摩擦盤的制動力F2和沿圓弧切線方向的分力F1，通過調整摩擦塊左側的接觸壓力，使摩擦塊左側和右側產生沿圓弧切線的分力相抵，摩擦塊與摩擦盤均勻接觸產生穩定的制動力。優化后摩擦塊受力如圖6 所示。

圖6 優化后摩擦塊受力

4 盤紙自動更換機剎車機構優化方案特點

方案通過優化盤紙自動更換機剎車機構摩擦塊的工作方式，不改變現有剎車機構的整體結構，實現剎車機構工作過程動作平穩。其主要特點有：

（1）結構簡單，易于安裝實施。該優化方案結合摩擦塊結構及安裝方式，僅需對杠桿進行加工改造，所使用的調節螺栓及壓縮彈簧便可便捷安裝，實現對摩擦塊接觸壓力的調整。

（2）可實現摩擦塊接觸壓力的精確調節。該優化方案通過螺栓旋入和旋出調整壓簧彈簧的壓縮量，利用壓縮彈簧的彈力對摩擦塊施加壓力，調整過程中可根據右側固定壓簧產生的壓力進行精確調整，以確保摩擦塊相對于摩擦盤處于相對平衡的狀態。

（3）消除摩擦塊圓弧切線方向的受力，延長摩擦塊的使用壽命。通過調節摩擦塊左側的接觸壓力，與右側固定彈簧產生的圓弧切線方向的力相抵，將摩擦塊工作過程中線接觸轉變為均勻的面接觸。在摩擦塊發生磨損后，可進一步調節摩擦塊左側接觸壓力達到平衡，延長摩擦塊的使用壽命。

5 結語

綜上所述，通過對盤紙自動更換機現有剎車機構進行優化，改變摩擦塊與摩擦盤的接觸方式，控制摩擦塊與摩擦盤之間的制動力變化幅度，能有效避免盤紙張力變化時導致的摩擦塊與摩擦盤接觸壓力的急劇變化。從而提升剎車機構運行的穩定性，摩擦塊與摩擦盤產生的制動力能夠較好地平衡盤紙張力的變化，保證盤紙的平穩輸送，避免由于剎車機構剎車臂劇烈擺動導致盤紙斷裂，提升濾棒產品的圓周質量。