CN106891372A - 瓦楞纸横切机刀辊 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种瓦楞纸横切机刀辊，包括辊体以及设在辊体两端用于支撑和传递动力的轴头，辊体包括钢制的内衬以及由碳纤维缠绕固化在内衬外圆上所形成的具有一定厚度的铺层，铺层上安装有刀架、配重条和导纸环，刀架和配重条关于轴心对称、导纸环位于刀架附近，刀架上固定有切刀。该刀辊采用碳纤维复合材料，具备低惯量、高刚性、低功率、低能耗和小直径高极速的优点。

Description

瓦楞纸横切机刀辊
技术领域
本发明涉及一种瓦楞纸横切机设备，具体涉及一种瓦楞纸横切机刀辊。
背景技术
近年来，瓦楞纸板包装行业的生产速度在不断刷新，因此对瓦楞纸生产线中的设备提出了更多更高的要求。瓦楞纸横切机是瓦楞纸生产线中的重要设备，其功能是将己成形的瓦楞纸板根据用户需要的长度进行裁切，钢制刀辊是瓦楞纸横切机刀辊的主要类型，当幅宽继续增加、速度继续提升时，采用钢制刀辊已经无法满足机械性能提升的要求，如何保证瓦楞纸横切机在幅宽继续增加、速度继续提升的情况下稳定、低耗的工作是一项重要课题。
目前，瓦楞纸横切机的刀辊直径大多较小，小直径的刀辊在高速运行时会出现切不断纸的情况，为了克服这一问题，目前的解决方法是增大刀辊的外径、调节横截面、获得较大惯性矩，大直径的刀辊虽然能满足高速切纸的要求，但是其质量大、惯性大，刀辊在运动的过程中会产生振动，加剧了刀辊的磨损并使刀辊的切纸质量降低，同时切纸过程的耗能、耗材严重，增加了加工成本，而且钢制的刀辊在长期工作过程中会变形严重，从而容易导致切不断纸的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种瓦楞纸横切机刀辊，该刀辊采用碳纤维复合材料，具备低惯量、高刚性、低功率、低能耗和小直径高极速的优点。
本发明所采用的技术方案是：
一种瓦楞纸横切机刀辊，包括辊体以及设在辊体两端用于支撑和传递动力的轴头，辊体包括钢制的内衬以及由碳纤维缠绕固化在内衬外圆上所形成的具有一定厚度的铺层，铺层上安装有刀架、配重条和导纸环，刀架和配重条关于轴心对称、导纸环位于刀架附近，刀架上固定有切刀。
进一步地，刀架和配重条的两端通过螺钉与轴头连接固定，刀架和配重条的中部在不破坏铺层的情况下通过螺钉与内衬连接固定，刀架的两端通过定位销与轴头连接。
进一步地，内衬上设有若干个带有尖头的凸起，碳纤维缠绕固化形成铺层后，去除凸起的尖头使凸起表面与铺层表面在同一外圆上，在凸起上开设用于安装刀架和配重条的螺钉孔，刀架和配重条通过螺钉固定在凸起上，刀架和配重条的其余部分完全贴合胶接在铺层上。
进一步地，凸起的下部为圆柱体、上部为圆锥体，圆锥体形成尖头。
进一步地，碳纤维采用湿法缠绕、加热固化工艺，缠绕线型为螺旋缠绕和环向缠绕相结合。
进一步地，刀架和切刀通过螺钉连接，刀架和/或切刀上设有用于穿过螺钉的槽形孔。
进一步地，轴头与内衬的连接处设有一定宽度的法兰，法兰上设有用于固定刀架和配重条的螺钉孔以及用于放置定位销的定位销孔。
进一步地，轴头的一端插入内衬一定深度并焊接固定在内衬上。
进一步地，导纸环胶接固定在铺层上。
进一步地，辊体两端的轴头各自由一个电机直接驱动。
本发明的有益效果是：
1.碳纤维与钢制的内衬基合形成碳纤维复合材料，碳纤维复合材料具有高比弹性模量、高比强度、低密度以及低转动惯量的优点；碳纤维复合材料刀辊在钢制刀辊的基础上提高了整体刚度，小直径的碳纤维复合材料刀辊的性能接近放大一定倍数钢制刀辊，按照横切机原理，刀辊直径越小，对裁切短纸板极速越好，使用碳纤维复合材料刀辊，刀辊强度得到提升，在大幅宽(2500及以上)可保持现有265mm回转半径裁切，保持短纸板极速，同时还可以根据实际需要，在小幅宽设备上使用更小的回转半径，提升短纸板极速，因此，碳纤维复合材料刀辊可以采用小直径高极速；碳纤维复合材料刀辊在钢制刀辊的基础上降低了整体质量，在达到相同工况时降低了电机功率、减少了能耗；碳纤维复合材料刀辊与钢制刀辊相比，在相同转速下降低了整体转动惯量从而减少了振动、减少了系统所需扭矩、提高了切纸质量，由于系统所需扭矩大幅度降低，而电机的价格只和电机的输出扭矩有关系，从而使得驱动系统的价格大幅度降低(主要是电机和控制器)；钢制刀辊已经走到了瓶颈状态，提升到350RPM按照目前状况看，消耗的功率(250kw)以及到达可整个生产线的1/4-1/5，继续提升后，电机功率还会急剧加大，而碳纤维复合材料刀辊的抗弯能力(弹性模量)还有很大提升空间，具备可持续发展；虽然碳纤维复合材料刀辊比钢制刀辊价格要高，但是它降低电机功率，简化了结构，从长远发展来看(一般设备的寿命都在10年以上)，存在客观的前景，同时，随着碳纤维复合材料的大幅度国产化和使用规模的扩大，碳纤维复合材料的价格会进一步降低，提升性价比。
2.刀架和配重条的两端固定在轴头上，尽量减少中部的固定点，刀架和配重条的中部通过螺钉固定在内衬上且不破坏铺层，保证了固定效果，定位销用于防止刀架轴向移动。
3.凸起的作用一是为螺钉孔预留了位置，二是防止破坏铺层；刀架和配重条的其余部分完全贴合胶接在铺层上，保证了固定效果、防止产生间隙。
4.圆柱体和圆锥体外圆的任意方向均为光滑面，防止了缠绕时损伤纤维丝，圆锥体便于磨平。
5.采用螺旋缠绕和环向缠绕相结合的缠绕线型，可以将凸起四周完全覆盖，保证了覆盖均匀。
6.槽形孔可以调整切刀的位置。
7.将螺钉孔和定位销孔设置在法兰而非轴头上，保证了核心传动部件不被破坏。
8.轴头插入内衬起到轴向定位效果，采用焊接固定，固定牢靠。
9.采用胶接的方式将导纸环固定在铺层上，不会破坏铺层。
10.采用两端驱动，克服了一端驱动带来的辊体扭转变形；碳纤维复合材料刀辊所需的电机扭矩降低，使得采购大扭矩、低转速电机成为可能，因此，采用电机直接驱动轴头，这样可以将所需要的减速机构(小齿轮轴部分)去除，对整个系统的可靠性和稳定性都有较大的提升。
附图说明
图1是本发明实施例的整体示意图。
图2是本发明实施例中内衬和轴头的示意图(内衬从中部某处被截断)。
图3是在图2基础上形成铺层、去除尖头、开设螺钉孔后的示意图。
图4是本发明实施例中刀架的示意图。
图5是本发明实施例中切刀的示意图。
图中：1-导纸环；2-辊体；3-刀架；4-切刀；5-轴头；6-配重条；7-法兰；8-凸起；9-内衬；10-铺层；11-刀架上连接内衬的孔；12-刀架上连接切刀的孔；13-刀架上与定位销配合的孔；14-刀架上连接轴头的孔；15-槽形孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至图3所示，一种瓦楞纸横切机刀辊，包括辊体2以及设在辊体2两端用于支撑和传递动力的轴头5(轴头5上安装有用于支撑的圆锥滚子轴承和用于传动的齿轮)，辊体2包括钢制的内衬9以及由碳纤维缠绕固化在内衬9外圆上所形成的具有一定厚度的铺层10，铺层10上安装有刀架3、配重条6和导纸环1(刀架3以一定的螺旋角安装在铺层10上)，刀架3和配重条6关于轴心对称(安装配重条6起到平衡刀架3和切刀4的效果)、导纸环1位于刀架3附近(导纸环1起导纸作用，在切纸的过程中导纸环1将纸板导入上下两个刀辊的切刀4间，切刀4将瓦楞纸板切段后，导纸环1将瓦楞纸板导出防止被切断的纸板堵塞在切刀4部位)，刀架3上固定有切刀4。
碳纤维与钢制的内衬9基合形成碳纤维复合材料，碳纤维复合材料具有高比弹性模量、高比强度、低密度以及低转动惯量的优点；碳纤维复合材料刀辊在钢制刀辊的基础上提高了整体刚度，小直径的碳纤维复合材料刀辊的性能接近放大一定倍数钢制刀辊，按照横切机原理，刀辊直径越小，对裁切短纸板极速越好，使用碳纤维复合材料刀辊，刀辊强度得到提升，在大幅宽(2500及以上)可保持现有265mm回转半径裁切，保持短纸板极速，同时还可以根据实际需要，在小幅宽设备上使用更小的回转半径，提升短纸板极速，因此，碳纤维复合材料刀辊可以采用小直径高极速；碳纤维复合材料刀辊在钢制刀辊的基础上降低了整体质量，在达到相同工况时降低了电机功率、减少了能耗；碳纤维复合材料刀辊与钢制刀辊相比，在相同转速下降低了整体转动惯量从而减少了振动、减少了系统所需扭矩、提高了切纸质量，由于系统所需扭矩大幅度降低，而电机的价格只和电机的输出扭矩有关系，从而使得驱动系统的价格大幅度降低(主要是电机和控制器)；钢制刀辊已经走到了瓶颈状态，提升到350RPM按照目前状况看，消耗的功率(250kw)以及到达可整个生产线的1/4-1/5，继续提升后，电机功率还会急剧加大，而碳纤维复合材料刀辊的抗弯能力(弹性模量)还有很大提升空间，具备可持续发展；虽然碳纤维复合材料刀辊比钢制刀辊价格要高，但是它降低电机功率，简化了结构，从长远发展来看(一般设备的寿命都在10年以上)，存在客观的前景，同时，随着碳纤维复合材料的大幅度国产化和使用规模的扩大，碳纤维复合材料的价格会进一步降低，提升性价比。
在本实施例中，刀架3和配重条6的两端通过螺钉与轴头5连接固定，刀架3和配重条6的中部在不破坏铺层10的情况下通过(沉头)螺钉与内衬9连接固定，刀架3的两端通过定位销与轴头5连接。刀架3和配重条6的两端固定在轴头5上，尽量减少中部的固定点，刀架3和配重条6的中部通过螺钉固定在内衬9上且不破坏铺层10，保证了固定效果，定位销用于防止刀架3轴向移动。
如图2和图3所示，在本实施例中，内衬9上设有若干个带有尖头的凸起8，碳纤维缠绕固化形成铺层10后，去除凸起8的尖头使凸起8表面与铺层10表面在同一外圆上，在凸起8上开设用于安装刀架3和配重条6的螺钉孔，刀架3和配重条6通过螺钉固定在凸起8上，刀架3和配重条6的其余部分完全贴合胶接在铺层10上。凸起8的作用一是为螺钉孔预留了位置，二是防止破坏铺层10；刀架3和配重条6的其余部分完全贴合胶接在铺层10上，保证了固定效果、防止产生间隙。
如图2所示，在本实施例中，凸起8的下部为圆柱体、上部为圆锥体，圆锥体形成尖头。圆柱体和圆锥体外圆的任意方向均为光滑面，防止了缠绕时损伤纤维丝，圆锥体便于磨平。
在本实施例中，碳纤维采用湿法缠绕、加热固化工艺，缠绕线型为螺旋缠绕和环向缠绕相结合。采用螺旋缠绕和环向缠绕相结合的缠绕线型，可以将凸起8四周完全覆盖，保证了覆盖均匀。
在本实施例中，刀架3和切刀4通过(沉头)螺钉连接，刀架3和/或切刀4上设有用于穿过螺钉的槽形孔15。槽形孔15可以调整切刀4的位置。
如图1至图3所示，在本实施例中，轴头5与内衬9的连接处设有一定宽度的法兰7，法兰7上设有用于固定刀架3和配重条6的螺钉孔以及用于放置定位销的定位销孔。将螺钉孔和定位销孔设置在法兰7而非轴头5上，保证了核心传动部件不被破坏。
在本实施例中，轴头5的一端插入内衬9一定深度并焊接固定在内衬9上。轴头5插入内衬9起到轴向定位效果，采用焊接固定，固定牢靠。
在本实施例中，导纸环1胶接固定在铺层10上。采用胶接的方式将导纸环1固定在铺层10上，不会破坏铺层10。
在本实施例中，辊体2两端的轴头5各自由一个电机直接驱动。采用两端驱动，克服了一端驱动带来的辊体2扭转变形；碳纤维复合材料刀辊所需的电机扭矩降低，使得采购大扭矩、低转速电机成为可能，因此，采用电机直接驱动轴头5，这样可以将所需要的减速机构(小齿轮轴部分)去除，对整个系统的可靠性和稳定性都有较大的提升。
在本发明中，在完成铺层10时，先根据裁切纸板的厚度和参数来计算刀辊所需要的强度和刚度，然后确定内衬9和铺层10的厚度，然后确定碳纤维的类型并确定相应的碳纤维的缠绕工艺(包括铺层10的设计)，然后根据铺层10的原则和刀辊的受力以及变形的分析来逐步确定碳纤维所需的厚度，然后确定纤维丝的层数，然后根据刀辊的强度和刚度的要求来依次确定铺层10的角度、比例和铺层10顺序，然后进行固化成型。
在本发明中，瓦楞纸的裁切过程为：当纸板高速通过刀片边缘时，在控制系统的监控下，根据预先输入的切削长度的要求，控制系统及时启动刀辊的伺服电机，伺服电机通过联轴器将动力传递给齿轮轴，然后齿轮轴通过齿轮将扭矩传递到两个轴头5，由于轴头5和内衬9焊接在一起，轴头5带动刀辊体2转动，使固定在辊体2上的具有一个小螺旋角β切刀4的刀刃反转(β是切刀4的螺旋方向与轴线方向的夹角)，经过半圈加速后，在上下刀辊的中心平面上，上下切刀4会以等角速度通过横切区域并且在纸板切割处形成剪切力的枢纽，横切点沿着刀辊轴中心平面移动，将纸板由一端向另一端切割，纸板切开后电机在伺服系统控制下立刻进入制动状态。刀辊经过半圈制动过程后，切刀4在上下刀辊尖端处首先静止，等待下一次剪切，重复以上过程。其中刀辊作非匀速转动是为了根据需要调节切割出不同长度的纸板，另外为了保证在切断的瞬间，纸板不至于拱起或者被撕裂，两把切刀4的刀刃刃口线速度必须等于纸板的行进速度v，速度关系为v＝ωr/cosβ。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种瓦楞纸横切机刀辊，包括辊体以及设在辊体两端用于支撑和传递动力的轴头，其特征在于：辊体包括钢制的内衬以及由碳纤维缠绕固化在内衬外圆上所形成的具有一定厚度的铺层，铺层上安装有刀架、配重条和导纸环，刀架和配重条关于轴心对称、导纸环位于刀架附近，刀架上固定有切刀。
2.如权利要求1所述的瓦楞纸横切机刀辊，其特征在于：刀架和配重条的两端通过螺钉与轴头连接固定，刀架和配重条的中部在不破坏铺层的情况下通过螺钉与内衬连接固定，刀架的两端通过定位销与轴头连接。
3.如权利要求2所述的瓦楞纸横切机刀辊，其特征在于：内衬上设有若干个带有尖头的凸起，碳纤维缠绕固化形成铺层后，去除凸起的尖头使凸起表面与铺层表面在同一外圆上，在凸起上开设用于安装刀架和配重条的螺钉孔，刀架和配重条通过螺钉固定在凸起上，刀架和配重条的其余部分完全贴合胶接在铺层上。
4.如权利要求3所述的瓦楞纸横切机刀辊，其特征在于：凸起的下部为圆柱体、上部为圆锥体，圆锥体形成尖头。
5.如权利要求3所述的瓦楞纸横切机刀辊，其特征在于：碳纤维采用湿法缠绕、加热固化工艺，缠绕线型为螺旋缠绕和环向缠绕相结合。
6.如权利要求2所述的瓦楞纸横切机刀辊，其特征在于：轴头与内衬的连接处设有一定宽度的法兰，法兰上设有用于固定刀架和配重条的螺钉孔以及用于放置定位销的定位销孔。
7.如权利要求1所述的瓦楞纸横切机刀辊，其特征在于：刀架和切刀通过螺钉连接，刀架和/或切刀上设有用于穿过螺钉的槽形孔。
8.如权利要求1所述的瓦楞纸横切机刀辊，其特征在于：轴头的一端插入内衬一定深度并焊接固定在内衬上。
9.如权利要求1所述的瓦楞纸横切机刀辊，其特征在于：导纸环胶接固定在铺层上。
10.如权利要求1所述的瓦楞纸横切机刀辊，其特征在于：辊体两端的轴头各自由一个电机直接驱动。
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