高速包材生产线退卷机_收卷机驳接系统的设计

1、第5期(总第126期2004年10月机械工程与自动化M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G &AU T O M A T IO N N o. 5O ct.文章编号:1672-6413(2004 05-0029-03高速包材生产线退卷机、收卷机驳接系统的设计廖建飞1, 黄镇昌2(1. 利乐华新(佛山 包装有限公司, 广东佛山528041; 2. 华南理工大学机械工程学院, 广东广州510640摘要:高速包材生产线的退卷机、收卷机驳接系统是确保生产连续、稳速进行的关键设备, 也是故障多发部位。在消化、吸收同类进口设备技术的基础上, 对现有设备进行了技术改造, 分别为高速包材印刷线

2、的退卷机和复合线的收卷机成功地配置了性能优良的驳接系统, 为所服务公司节约了可观的外汇支出, 也为此类关键设备国产化作了一些卓有成效的探索。关键词:退卷机; 收卷机; 驳接系统; 设计中图分类号:T S851+. 6文献标识码:A0引言宽幅包材生产线的退卷机和收卷机都有换料驳接的工序要求, 驳接系统的性能优劣直接影响到包材生产线的生产效率和产品废品率。2002年我公司要对一台最高生产速度为250m/m in 的德国产立式印刷线进行加印区提速改造, 原退卷机无法适应高速生产的要求, 因投资额有限, 公司拟以最少的投入为此印刷线配置一台最高车速为450m /m in 、许用幅宽1650m m 的退

3、卷机。通过公司企业内部网, 我们找到一台在公司总部(瑞典 仓库闲置的幅宽为1050mm 、不含驳接系统的“退卷头”, 我们低价把它买回, 并对它进行解体检查, 制定了如下改造方案: 两侧大转盘齿轮磨损严重, 更换齿圈; 改变两转盘间的过渡辊及支承结构, 加长传动轴、转盘支撑轴以适应幅宽1650mm 的要求; 设计、制造一套驳接系统与此单元配套成一台完整的退卷机。2002年我公司为适应市场对包材的需求, 将原德国产最高生产速度为250m/m in 的复合线提速至450m/m in 。提速后, 收卷机的驳接系统故障频出, 斩刀频繁断裂。以满负荷生产计算, 斩刀平均寿命由原来的80天(v =250m

4、 /min 时斩纸次数约2300次 骤减至5天(斩纸次数约375次 。1退卷机驳接系统的设计1. 1设计综述生产工序要求驳接系统能在高速下将新料的料头收稿日期:2004-07-02与旧料的料尾牢靠地驳接起来, 然后将旧料斩断, 使生产在稳速下连续进行。驳接过程必须保证包材的张力在允许的范围内波动, 否则会影响后工序的质量。图1为退卷机驳接系统, 图1左半部分为我们买回的“退卷头”, 右半部分是我们设计的驳接系统, 它主要由机架1、摆臂总成3(含过渡辊组件2、斩刀组件4、驳接辊组件5 、改向辊组件6、新卷直径检测机构7以及气、液、电控系统等部件组成, 斩刀、驳接辊用气缸驱动, 摆臂组件的旋转用液

5、压缸驱动。驳接系统的动作过程如下:摆臂总成3平时处在图1虚线所示的位置, 当旧料直径逐渐变小至一定值(可设定 时, 退卷单元转盘旋转将新料送至“预备换料位置”, 摆臂总成3在油缸的驱动下顺时针方向旋转至其行程终点, 过渡辊、驳接辊与旧料接触并在摩擦力的驱动下开始旋转, 退卷单元转塔再旋转一个角度将新料送至“换料位置”(换料位置由摆臂总成3的摆臂内侧的一组光电开关决定 , 新卷直径检测机构7的摆臂摆下, 摩擦轮与新卷接触, 新卷开始旋转, 检测机构7获取新卷直径信息后将新卷直径信息输入计算机以控制新卷马达的目标速度。新料加速至线速度与旧料同步, 且旧卷直径小于设定值后, 电眼8第一次检测到粘在新

6、卷外圆表面的紧挨着双面胶的反光纸, 新料再转2/3圈, 驳接辊在气缸的驱动下压向新料, 新料再旋转一圈, 延时180ms, 新卷料头与旧卷料尾驳接上后, 斩刀在气缸的驱动下将旧料斩断, 检测机构的(, , ,30机械工程与自动化2004年第5期摆臂及摆臂总成回到初始位置, 完成换料操作。图2是 驳接系统在换料工位主要动作时序图。1机架; 2过渡辊组件; 3摆臂总成; 4斩刀组件; 5驳接辊组件; 6改向辊组件; 7新卷直径检测机构; 8电眼图1退卷机驳接 系统图2驳接系统主要动作时序图1. 2设计要点(1 在“换料位置”, 驳接辊、过渡辊与旧料接触, 靠摩擦力驱动使其线速度与物料同步, 而旧料

7、经过这些辊时的包角很小, 这些辊的动平衡精度的高低直接影响换料的成败, 通常情况下这些辊的不平衡重不得超过2g 。(2 驳接辊选用铝芯胶辊, 橡胶层厚度8m m 10m m, 橡胶硬度控制在肖氏4550度。(3 驳接辊压住新卷时, 旧料不能离开过渡辊2的表面, 否则斩刀可能无法将旧料斩断。(4 摆臂总成3用液压缸驱动旋转, 液压回路的设计要确保摆臂总成3在换料时受力稳定、不抖动。(5 驳接辊、斩刀的动作用气缸驱动, 以保证反应迅速。1. 实施此方案后, 我们得到一台性能良好、技术参数完全满足生产需要的退卷机。整个改造费用约为RM B90万元, 如果买一台同类功能的进口退卷机, 至少要花RM B

8、 450万元。实践证明, 此驳接系统具有结构简单、可靠性高、便于维修及维修率低等特点。2收卷机驳接系统的设计2. 1分析及对策收卷机原来的驳接系统如图3所示。它主要由刀臂总成1、大摆臂总成2、斩纸气缸3、斩刀7、压缩空气喷嘴8及机械限位挡铁9组成。换卷驳接过程是:收卷机接到换卷指令后, 大摆臂总成2在油缸(未画出 驱动下绕支点A 摆下, 装有纸芯筒(其外表面粘有双面胶带 的新轴4开始加速, 当纸芯筒表面的线速度达到料速的1. 06倍, 而退卷接头已到达设定位置时, 斩刀下的压缩空气喷嘴8开始吹气, 随后新轴被气缸(未画出 压下, 延时30m s, 斩刀7在斩纸气缸3的驱动下, 斩刀齿尖绕轴B

9、旋转将旧料斩断。斩刀7的极限位置用机械限位挡铁9来设定。从斩刀齿尖的运动轨迹可知这套驳接系统斩出的包材的断面是楔形截面, 车速为250m/m in 时, 楔形部分宽度约3m m, 当车速提高至450m /min 时, 楔形部分宽度增至7mm , 楔形部分宽度的增加是斩刀寿命骤减的根本原因, 而这又是由于原设计斩刀齿尖回转半径太大(约150mm 引起的。并且原设计有一个致命的缺陷, 即斩刀位置的设定异常敏感、困难, 限位挡铁位置的微小变化就会引起斩不断纸或者斩刀齿尖与收卷缸5表面接触而断裂。综上所述, 要从根本上解决这个问题, 必须重新2004年第5期廖建飞, 等:高速包材生产线退卷机、收卷机驳

10、接系统的设计312. 2新设计驳接系统图4是新设计的收卷机驳接系统。设计主旨:维持原来的大摆臂总成不变, 重新设计刀臂总成1。 刀臂实施此改造方案后, 斩刀的寿命显著延长, 以满负荷生产计算, 斩刀平均寿命100天(斩纸次数约7500次 , 节约了生产成本, 大大减少了故障停机。1刀臂总成; 2大摆臂总成; 3斩纸气缸; 4新轴; 5收卷缸; 6过渡辊; 7斩刀;8压缩空气喷嘴; 9限位挡铁1刀臂总成; 2大摆臂总成; 3斩纸气缸; 4新轴; 5收卷缸; 6过渡辊; 7斩刀; 8压缩空气喷嘴; 9限位挡铁; 10气缸图3收卷机原驳接系统图4新设计的收卷机驳接系统总成与大摆臂总成之间仍然用原设计

11、的斩纸气缸和中间转轴B 相连, 只不过原设计的斩纸气缸3的活塞杆保持缩回状态, 不再动作, 它相当于一个气压弹簧起缓冲作用。在两侧刀臂的外侧各安装一个气缸10作为驱动斩刀的动力气缸, 气缸的控制回路用原设计斩纸气缸的气控回路, 斩刀齿尖在气缸的驱动下绕轴C 旋转将旧料斩断, 斩刀的极限位置用机械限位挡铁9来设定, 在斩断工位斩刀斩下, 斩刀齿尖离收卷缸5表面的距离控制在0. 05mm 0. 1mm 之间。从斩刀齿尖的运动轨迹可知这套斩纸系统斩出的纸的断面近似包材之横断面。2. 3设计效果3结论通过完成上述设计、安装、调试任务, 一方面为公司节约了大量的外汇支出, 另一方面自己学到不少东西。这些

12、机器都是机电一体的, 设计前必须对生产工序的要求、实现要求功能的方法、机器的可靠性和维修性等有个通盘的考虑, 对可能出现的异常情况还要有相应的对策。参考文献:1成大先. 机械设计手册M .北京:化学工业出版社,2002.Design of Splice System in Unwinder and Rewinderof High Speed Packing Production LineLIAO Jian -f ei 1, HUANG Zhen -chang 2(1. Tetr a Pak (Fosh an Packin g Co. Ltd. , Fos han 528041, Chin a;

13、 2. M echan ical E ngineering College, S ou th Ch ina University of Tech nology, Guan gzhou 510640, China Abstract :In last sever al year s , the author s hav e been deeply impr essed t ha t the splice sy stem in unwinder and r ewinder o f high speed packing pro ductio n line is key equipment to kee

14、p machine continuously running at sta ble speed. It is a lso the location w her e breakdow n occur v ery o ften. Based o n study of t he sam e type o f equipments w hich w er e impo rt ed fr om ov ersea, the autho rs suc-cessfully built splice sy st em with high per for mance fo r unw inder of hig h speed printing line and r ewinder of high speed laminating line dur ing machine r ebuilding in 2002and 2003, saved lo ts o