潘恒乐， 关存春

（常德烟草机械有限责任公司，湖南常德415000）

0 引言

水松纸切割是卷烟机上的一道非常关键的工艺,水松纸切割装置的优劣直接影响机器运行的稳定和可靠性,同时也关系到卷烟质量、原辅材料消耗和使用成本[1]。切纸轮是卷接机组水松纸切割的核心部件，它的作用就是与刀辊将连续地将吸附在切纸轮上的水松纸切割成一张张纸片，并分开一段距离，再将纸片一一对应地粘在“组烟”上[2-3]。在实际使用过程中，切纸轮的镶块刀片平均使用寿命是4000 h，每次更换刀片的工作量非常大，切纸轮的吸风孔容易被胶垢堵塞，需要定期拆卸切纸轮，切纸轮质量较重，又进一步增大了维护保养的难度。因此，需要对切纸轮进行改造设计，以达到降低维护保养切纸轮的难度。

1 问题分析

目前ZJ116型卷接机组的水松纸切割，采用的是剪切式切纸[4]。其使用的切纸轮的轮体的材质是HT250，即灰铸铁，该材质密度约为7.35 g/cm3,经过测量,整个切纸轮质量达到了11.5 kg。根据不同烟厂的反馈情况来看，切纸轮的质量偏高，对工作人员的维保工作造成了不小的负担，而且增大了电动机功率的消耗和齿轮传动系统的磨损，最终影响到整个设备设使用寿命。

如图1所示，切纸轮主要由轮体和12个镶块刀片组成，在工作时，负压空气通过负压通道，再经过吸风孔将水松纸吸附在切纸轮表面，有时切纸轮表面会沾染上水松纸上的乳胶，乳胶会粘上一些粉尘，渐渐地在吸风口形成胶垢，逐渐堵塞吸风孔，影响水松纸剪切效果，导致出现烟支质量问题。所以需要对切纸轮进行定期清理。

清理切纸轮时，先将切纸轮从设备上拆卸出来，然后用φ1.9 mm的专用钻头，将被堵塞的吸风孔清理干净，再用毛刷将负压通道清理干净，最后将切纸轮安装并进行调试。由于切纸轮的镶块刀片刃口与刀辊的切刀刃口是相互接触啮合的[5]，配合精度非常高，必须对切纸轮和刀辊重新进行对刀调校，耗时就比较长了，整个过程平均耗时达到了1.5 h。

图1 切纸轮结构示意图

设备经过长时间运行后，镶块刀片会逐渐出现磨损，产生水松纸切不断的现象，此时必须更换切纸轮上的镶块刀片。但是切纸轮的加工精度特别高。其外圆表面的粗糙度为Rz4 μm,全跳动误差不超过0.02 mm。镶块刀刃的等分要求更高，位置度要求为0.01 mm[6]。镶块刀片拆下后再装配，很难再达到原来的配合状态，一般都需要用加工机床对切纸轮重新磨削加工，基本无法实现在设备现场换刀。

2 解决方案

2.1 调研参考

降低切纸轮的维护强度是国内烟厂普遍关注的焦点，目前国内某公司对切纸轮进行了一项改进设计，达到了对吸风孔清洁免拆卸的目的，降低了维护保养的强度。其改进示意图如图2所示。

这种改进方法的本质是将吸风孔由盲孔变为通孔[7]，并在切纸轮外端增加一个堵盖，将吸风孔外端密封，不影响设备的正常工作。清洁吸风孔时，不需要将切纸轮拆卸出来，将堵盖取出，然后用专用钻头将吸风孔清理干净，再用毛刷清洁负压通道，最后将堵盖装好，整个清洁工作就完成了。由于没有拆卸切纸轮，也就不需要对切纸轮与刀辊再重新进行对刀调校，吸风孔的清洁保养强度大大降低。

图2 某公司切纸轮改进示意图

图3 PROTOS-M5切纸轮切刀安装方式图

德国Hauni公司设计的PROTOS-M5切纸轮能够实现切刀快速换装。如图3所示，M5切纸轮上的切刀是一个独立零件,被压条固定在轮体上，当切刀出现磨损后，只需要将螺钉松开取出切刀，再更换新切刀，实现了切刀的快速更换。相对于原来的切纸轮，大幅减少了工作量与时间。

2.2 设计方案

以上2种方案，都具有便于维护的优点，所以决定参照以上2种方案，结合ZJ116卷接机组的实际情况，利用CREO参数化设计工具重新设计一种切刀可换式铝体切纸轮，来改善切纸轮的保养难度。

如图4所示，使用CREO工具做出的刀片可换式铝体切纸轮示意图，它主要由压块、堵盖、轮体、12个压条、12个切刀以及耐磨环组成。改进后的切纸轮有以下4个特点：1）切纸轮的轮体采用的是7075铝合金材料，该材质密度约为2.85 g/cm3，经过反复锻打和热处理，具有高强度，高速旋转不变形的特点[8]；并在轮体外表面使用超音速喷涂上了超细的硬质合金，硬度达到72 HRC，耐磨性好。在满足切纸轮工作要求下，减少了切纸轮的重量。2）将轮体上的负压通道做出通孔，并设计堵盖将负压通道的外端密封。3）设计出类似M5切纸轮快速换刀的机构，并采用YL10.2（钨钢）作为切刀的材质，使切刀具有很好的耐磨性[10]。4）将切刀的四边均设计成刀刃，使每个切刀都可以调边使用4次。

图4 新型切纸轮结构示意图

3 应用效果

为了验证设计效果，将刀片可换式铝体切纸轮加工出来，经过测量，新型切纸轮重量只有5.6 kg,与原切纸轮相比，重量减轻50%以上，大大降低了电动机的载荷，减少了齿轮传送的磨损，增加设备使用寿命，也方便切纸轮的维护工作。

如图5所示，将新型切纸轮安装在ZJ116卷接机组上，运行半年后，运行情况依然表现良好，满足了设备的工作需求。

图5 新型切纸轮的工作位置

清洁吸风孔的工作量大大降低，整个清理过程只需30 min。相对于原切纸轮吸风空清理时间减少了66.7%，方便了设备的维护。

切刀磨损后，可以在现场换刀，方便设备使用人员的工作，提高了设备的有效作业率，而且新切刀有4个刀刃，每个刀片可以重复使用4次，延长了切刀的使用寿命，降低了使用成本，达到了预期设计目的。

4 结论

切刀可换式铝体切纸轮是参考了国内其他公司的对切纸轮的改进方案以及PROTOS-M5卷接机组的切纸轮的设计结构，并结合ZJ116卷接机组的实际情况设计出来的。改进后的切纸轮经过长时间的试验运行，完全满足设备的工作需求，并且方便了设备的维护保养，提高了设备的有效作业率。根据卷烟机的实际结构尺寸，该装置还可以用于ZJ17、ZJ112、ZJ118以及ZJ116A等卷接机组上，具有极大的推广价值。

[1]王鑫.剪切式切纸轮机构的结构分析及优化设计[D].长沙:湖南大学,2008.

[2]YJ17-YJ27卷接机组编写组.YJ17-YJ27卷接机组[M].北京:中国科学技术出版社,2001.

[3]张吉军,盖丽娟,包军,等.ZJ17卷接机组的间歇式送纸机构设计[J].湖南文理学院报(自然科学版),2010(4):72-73,93.

[4]李小平.剪切式切纸在ZJ17机组上的设计与应用[J].烟草科技,2003(12):17,42.

[5]程卫民,孙斌,杜坤艳.小节距水松纸切割装置研究与设计[J].机械工程师,2015(10):226-227.

[6]ZJ112型卷接机组编写组.ZJ112型卷接机组 (机械)[Z].常德:常德烟草机械有限责任公司,2015.

[7]徐国庆,韦峰.YJ27型接装机剪切式切纸轮改造[J].企业技术开发,2013(25):58-59.

[8]赖晖.PROTOS-M5快速转换型切纸轮结构分析[J].机械工程师,2014(2):239-240.

[9]林英英.7075铝合金热处理及其表面复合层的制备研究[D].重庆:重庆理工大学,2013.

[10]周晓玉.超细晶粒硬质合金磨削实验研究[D].长沙:湖南大学,2013. （责任编辑 张立明）