王傳許，李映蓉

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司紅河卷煙廠，云南紅河 652399）

0 引言

濾嘴紙卷盤(pán)通過(guò)盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)實(shí)現(xiàn)開(kāi)卷和輸送，盤(pán)紙輸送過(guò)程中需保持恒定張力以確保盤(pán)紙供應(yīng)速度和成型機(jī)車速一致。生產(chǎn)過(guò)程中盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)是否穩(wěn)定直接影響盤(pán)紙張力是否恒定，進(jìn)而影響濾棒卷制過(guò)程的穩(wěn)定性。為提升盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定性，在濾棒生產(chǎn)過(guò)程中，盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)通過(guò)摩擦塊與摩擦盤(pán)接觸產(chǎn)生制動(dòng)力給盤(pán)紙施加拉力，使盤(pán)紙保持一定的張力而平穩(wěn)地輸送。設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中如果剎車機(jī)構(gòu)的剎車臂發(fā)生劇烈的擺動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致盤(pán)紙張力忽大忽小，降低濾棒卷制過(guò)程的穩(wěn)定性，造成濾棒圓周大幅波動(dòng)。如果盤(pán)紙張力急劇變化，還會(huì)導(dǎo)致濾嘴紙斷裂，降低濾棒成型機(jī)設(shè)備效率，生產(chǎn)消耗升高。為此，研究改善盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性對(duì)提升濾棒產(chǎn)品質(zhì)量、成型機(jī)設(shè)備效率等均尤為重要。

1 盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及原理

盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)主要由摩擦盤(pán)、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(pán)接觸，剎車臂通過(guò)連桿與杠桿相接，摩擦塊與摩擦盤(pán)的接觸壓力控制剎車臂擺動(dòng)的力矩，從而控制盤(pán)紙的張力。濾嘴紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 濾嘴紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)組成

在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，盤(pán)紙的線速度與成型機(jī)車速保持一致，但隨著卷盤(pán)直徑的減小，卷盤(pán)轉(zhuǎn)速逐漸增大，卷盤(pán)隨著盤(pán)紙直徑的減小而做加速運(yùn)動(dòng)，盤(pán)紙張力便會(huì)隨之增大。盤(pán)紙拉動(dòng)剎車臂向下擺動(dòng)，剎車臂又拉動(dòng)杠桿向上擺動(dòng)，連結(jié)在杠桿上的摩擦塊向上翹起，摩擦塊與摩擦盤(pán)接觸壓力變小，摩擦制動(dòng)力減小，盤(pán)紙張力也減小，剎車臂所受盤(pán)紙張力同時(shí)減小，剎車臂在拉簧作用下向上回位，此時(shí)摩擦塊與摩擦盤(pán)接觸壓力再次變大，剎車臂便做往復(fù)擺動(dòng)，使盤(pán)紙獲得相對(duì)恒定的張力。

2 影響盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

2.1 摩擦塊與摩擦盤(pán)貼合不良

盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)摩擦盤(pán)與摩擦塊接觸壓力變化的均勻性是保證盤(pán)紙獲得穩(wěn)定張力的關(guān)鍵，剎車臂的小幅擺動(dòng)能有效調(diào)節(jié)剎車機(jī)構(gòu)對(duì)盤(pán)紙的制動(dòng)力。但隨著摩擦塊使用時(shí)間的延長(zhǎng)、剎車機(jī)構(gòu)拉簧拉力的減弱，摩擦塊與摩擦盤(pán)之間由面接觸變?yōu)榫€接觸、甚至點(diǎn)接觸。摩擦塊與摩擦盤(pán)接觸面積的變化將直接影響剎車機(jī)構(gòu)摩擦制動(dòng)力，同時(shí)摩擦塊的不均勻磨損將導(dǎo)致剎車臂擺動(dòng)幅度加劇，致使剎車機(jī)構(gòu)在動(dòng)作過(guò)程中導(dǎo)致盤(pán)紙晃動(dòng)，甚至拉斷盤(pán)紙。

2.2 剎車機(jī)構(gòu)響應(yīng)不及時(shí)

隨著設(shè)備運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)各機(jī)械部件出現(xiàn)不同程度的磨損，機(jī)械傳動(dòng)精度降低，導(dǎo)致剎車機(jī)構(gòu)動(dòng)作響應(yīng)速度變慢。例如：在盤(pán)紙拉動(dòng)剎車臂向下擺動(dòng)時(shí)，摩擦塊對(duì)摩擦盤(pán)的接觸壓力變小，摩擦盤(pán)瞬間加速轉(zhuǎn)動(dòng)，但受制于其傳動(dòng)精度，摩擦盤(pán)響應(yīng)滯后，盤(pán)紙需要更大的張力來(lái)拉動(dòng)剎車臂，此時(shí)剎車臂向下擺動(dòng)的幅度會(huì)比理想狀態(tài)下更大，回位的幅度也就越大，也正是這個(gè)原因，導(dǎo)致不同BOB-M 機(jī)組剎車臂擺動(dòng)幅度有大有小。由于設(shè)備投用年限長(zhǎng)，加之純機(jī)械式剎車機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，難以保證剎車機(jī)構(gòu)動(dòng)作響應(yīng)達(dá)到理想狀態(tài)。

2.3 卷盤(pán)外形尺寸的差異

卷盤(pán)直徑在生產(chǎn)過(guò)程中隨盤(pán)紙消耗而逐漸減小，受運(yùn)輸、存放、卷盤(pán)生產(chǎn)等因素的影響。部分卷盤(pán)外形尺寸存在差異，如卷盤(pán)整體圓度不好、盤(pán)紙存在分層等現(xiàn)象。外形異常的卷盤(pán)在上機(jī)過(guò)程中，高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)卷盤(pán)將會(huì)出現(xiàn)明顯跳動(dòng)，盤(pán)紙的線速度隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致盤(pán)紙張力忽大忽小，從而引起盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)剎車臂不均勻擺動(dòng)，影響剎車機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。

綜上，盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度、卷盤(pán)輔料等因素難以徹底消除，而摩擦塊與摩擦盤(pán)貼合不良則易于改善，故針對(duì)摩擦塊工作原理進(jìn)行研究，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┲萍s摩擦塊與摩擦盤(pán)之間接觸面積的變化，便能有效提升剎車機(jī)構(gòu)工作過(guò)程的穩(wěn)定性。

3 盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)化方案

3.1 摩擦塊工作受力分析

摩擦塊通過(guò)一顆光桿螺栓固定在杠桿上，摩擦塊在右側(cè)壓縮彈簧的作用下與摩擦盤(pán)接觸。在盤(pán)紙供給過(guò)程中，隨著剎車臂的往復(fù)擺動(dòng)，摩擦塊也在一定幅度內(nèi)繞光桿螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)。摩擦塊右側(cè)長(zhǎng)期與摩擦盤(pán)接觸，導(dǎo)致摩擦塊右側(cè)磨損加劇。隨著磨損的變化，摩擦塊制定穩(wěn)定性越來(lái)越差，導(dǎo)致剎車臂擺動(dòng)幅度越來(lái)越大，剎車機(jī)構(gòu)穩(wěn)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(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，摩擦塊在右側(cè)固定壓簧的作用下與摩擦盤(pán)貼合以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的作用，壓縮彈簧對(duì)摩擦塊的壓力N 可分解為摩擦塊用于制動(dòng)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(guò)程中表現(xiàn)為左側(cè)向上翹起，右側(cè)壓向摩擦盤(pán)，其與摩擦盤(pán)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(jī)構(gòu)優(yōu)化方案

結(jié)合現(xiàn)有摩擦塊與摩擦盤(pán)的接觸方式，在摩擦塊左側(cè)施加一個(gè)壓力以平衡右側(cè)壓縮彈簧產(chǎn)生的壓力。增大摩擦塊與摩擦盤(pán)的接觸面積，減小摩擦塊與摩擦盤(pán)接觸壓力的變化幅度。降低摩擦塊的不均勻磨損，盤(pán)紙張力變化時(shí)摩擦塊與摩擦盤(pán)始終保持面接觸，提升摩擦制動(dòng)力變化的穩(wěn)定性，剎車機(jī)構(gòu)優(yōu)化具體實(shí)施方案如圖4 所示，可調(diào)壓簧結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖4 剎車機(jī)構(gòu)優(yōu)化

圖5 可調(diào)壓簧結(jié)構(gòu)

實(shí)施方案中，利用杠桿在摩擦塊右側(cè)加裝一個(gè)可調(diào)節(jié)壓縮彈簧，可調(diào)壓縮彈簧一端伸入摩擦塊右側(cè)工藝孔內(nèi)，另一端伸入杠桿端螺孔內(nèi)，杠桿上加裝一個(gè)加強(qiáng)塊用于輔助可調(diào)螺栓的安裝，通過(guò)旋入和旋出可調(diào)螺栓調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量，從而調(diào)節(jié)摩擦塊左側(cè)接觸壓力大小。設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)摩擦塊左側(cè)接觸壓力以平衡右側(cè)固定壓簧產(chǎn)生的壓力，使摩擦塊與摩擦盤(pán)在分離、制動(dòng)過(guò)程中始終保持均勻貼合。同時(shí)可根據(jù)不同設(shè)備特性，調(diào)整摩擦塊與摩擦盤(pán)接觸壓力，使摩擦盤(pán)相對(duì)于摩擦塊始終處于相對(duì)平衡狀態(tài)，延長(zhǎng)摩擦塊的使用壽命。

優(yōu)化后摩擦塊左側(cè)受到可調(diào)壓簧產(chǎn)生的接觸壓力F，該壓力可分解為壓向摩擦盤(pán)的制動(dòng)力F2和沿圓弧切線方向的分力F1，通過(guò)調(diào)整摩擦塊左側(cè)的接觸壓力，使摩擦塊左側(cè)和右側(cè)產(chǎn)生沿圓弧切線的分力相抵，摩擦塊與摩擦盤(pán)均勻接觸產(chǎn)生穩(wěn)定的制動(dòng)力。優(yōu)化后摩擦塊受力如圖6 所示。

圖6 優(yōu)化后摩擦塊受力

4 盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)優(yōu)化方案特點(diǎn)

方案通過(guò)優(yōu)化盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)剎車機(jī)構(gòu)摩擦塊的工作方式，不改變現(xiàn)有剎車機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)剎車機(jī)構(gòu)工作過(guò)程動(dòng)作平穩(wěn)。其主要特點(diǎn)有：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝實(shí)施。該優(yōu)化方案結(jié)合摩擦塊結(jié)構(gòu)及安裝方式，僅需對(duì)杠桿進(jìn)行加工改造，所使用的調(diào)節(jié)螺栓及壓縮彈簧便可便捷安裝，實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦塊接觸壓力的調(diào)整。

（2）可實(shí)現(xiàn)摩擦塊接觸壓力的精確調(diào)節(jié)。該優(yōu)化方案通過(guò)螺栓旋入和旋出調(diào)整壓簧彈簧的壓縮量，利用壓縮彈簧的彈力對(duì)摩擦塊施加壓力，調(diào)整過(guò)程中可根據(jù)右側(cè)固定壓簧產(chǎn)生的壓力進(jìn)行精確調(diào)整，以確保摩擦塊相對(duì)于摩擦盤(pán)處于相對(duì)平衡的狀態(tài)。

（3）消除摩擦塊圓弧切線方向的受力，延長(zhǎng)摩擦塊的使用壽命。通過(guò)調(diào)節(jié)摩擦塊左側(cè)的接觸壓力，與右側(cè)固定彈簧產(chǎn)生的圓弧切線方向的力相抵，將摩擦塊工作過(guò)程中線接觸轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻拿娼佑|。在摩擦塊發(fā)生磨損后，可進(jìn)一步調(diào)節(jié)摩擦塊左側(cè)接觸壓力達(dá)到平衡，延長(zhǎng)摩擦塊的使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)盤(pán)紙自動(dòng)更換機(jī)現(xiàn)有剎車機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，改變摩擦塊與摩擦盤(pán)的接觸方式，控制摩擦塊與摩擦盤(pán)之間的制動(dòng)力變化幅度，能有效避免盤(pán)紙張力變化時(shí)導(dǎo)致的摩擦塊與摩擦盤(pán)接觸壓力的急劇變化。從而提升剎車機(jī)構(gòu)運(yùn)行的穩(wěn)定性，摩擦塊與摩擦盤(pán)產(chǎn)生的制動(dòng)力能夠較好地平衡盤(pán)紙張力的變化，保證盤(pán)紙的平穩(wěn)輸送，避免由于剎車機(jī)構(gòu)剎車臂劇烈擺動(dòng)導(dǎo)致盤(pán)紙斷裂，提升濾棒產(chǎn)品的圓周質(zhì)量。