关键词 刀盘机构 静平衡 动平衡 维修保养
我厂使用的PROTOS70卷接机组是90年代初引进的，其中刀盘机构是烟支切割系统的关键部件。由于刀盘机构的结构较复杂、自动进刀修磨频繁，零件容易磨损，不仅维修工作量大，而且维修费用较高。我们在设备项修和日常维护保养过程中，对刀盘机构的维修进行了大胆探索，总结出一套适合我厂实际的刀盘机构维修保养的技术要求和方法。
1 刀盘机构的结构与工作原理
1.1 刀盘机构的结构
刀盘机构是完成烟支切割的主要部件，主要由刀盘支承、刀盘进刀盒、刀盘组成（图1）。
图1 刀盘机构的结构
刀盘上安装有两套进刀盒，刀片插入进刀盒的刀夹中，刀盘每旋转一周产生两次切割动作，每次切割的烟条长度为双倍烟支长度，即双刀双切的结构形式。为了保证烟支切割质量，刀片需自动进刀刃磨，自动进刀由进刀机构完成，刀片的进刀量每次为0.06mm，一般调定为每切割4000次进一次刀。
刀盘支承主要实现气动自动进刀和支承刀架的功能。压缩空气从气路接头进入气室，推动进刀顶杆，进刀顶杆再推动棘爪，实现刀片的自动进给。
进刀盒安装于刀盘体内，主要由刀片、刀夹板、盒体等零件组成。刀片的自动进给是依靠刀盘支承内气动进刀机构中的进刀顶杆的推动，使刀盘内进刀机构的棘爪轮转动，带动蜗轮转动，在滚轮装置的夹持作用下，刀片在刀夹板导向下向前推进，完成进刀。
1.2 烟支切割原理
烟支切割的任务是将卷制成型后作直线运动的烟条，切割成规定长度的双倍长烟支，且要达到烟支长度相等、切口平齐光洁、切口与烟支轴线垂直等工艺要求。因此，切割烟条时应具备三个条件：
①烟条、切割刀片、喇叭嘴的水平速度应相等：V刀水平=V喇叭嘴=V烟条；
②切刀时刻保持锋利；
③切刀垂直烟条轴线。
图2 切割原理
1、刀盘 2、进刀盒3、烟条4、半轴 5、刀盘轴 6、刀片
2 影响刀盘机构工作的因素分析
经过一个运转周期，零件出现自然磨损，刀盘的性能就会出现下降，此时刀盘机构必须进行维修保养，需将磨损的零件进行更换和调整，以恢复刀盘原有的精度和功能。由于刀盘体是一个作高速转动的回旋体，更换零件时会出现平衡误差，必然造成刀盘机构的不平衡性。随着运转速度加快，离心力随之增大，会产生较大的振动，使设备工作精度降低，引起支承轴承的径向载荷大幅增加，使用寿命缩短，易造成轴承损坏、骨架密封圈非正常磨损，进而发生渗漏现象，从而生产油渍及烟支切口毛口、不平齐等质量缺陷，影响了机组正常运转，降低了机组有效作业率。
2.1 刀盘机构不平衡因素分析
旋转件的不平衡分为静不平衡和动不平衡。静不平衡的特点是，当不平衡量所产生的离心力通过旋转件重心时，使旋转件产生垂直于旋转轴线方向的振动。动不平衡的特点是，不平衡量所产生的离心力形成不平衡力矩，使旋转件不仅产生垂直于旋转轴线方向的振动，而且还产生使旋转轴线倾斜的振动。
在刀盘维修保养过程中，由于更换了部分零配件，特别是更换了已平衡的鞍座22、进刀轴39、进刀盒壳体43等零配件，刀盘原有的平衡较易被破坏，造成静不平衡和动不平衡，使刀盘机构的中心与旋转中心将会发生偏移，从而在刀盘机构高速旋转时由于出现很大的离心力产生较大的振动，使刀盘传动轴承径向载荷大幅增加，易造成轴承和骨架密封圈损坏，甚至造成设备无法运转。
图3 刀盘结构
如：设定在刀盘上150mm处有1.5g的偏重时，刀盘转速为1750r/min。则离心力的大小为：
Q=mr（πn/30）2
=[150/1000×0.0015（3.14×1750/30）2]
=[0.0025×33550]
=7.6N
式中：Q——离心力（N）
m—不平衡质量（kg）
r——不平衡质量与旋转中心之间的距离（m）
n——每分钟转速（r/min）
经上式计算，刀盘150mm处仅有1.5g不平衡质量时，就会产生7.6N的离心力，增加了轴承径向冲击变形受力，使轴承、骨架密封圈寿命下降。当刀盘不平衡的离心力过大时，该离心力通过刀盘轴、轴承作用到支承体上，引起剧烈振动，产生噪声，造成轴承受到过大的径向载荷而损坏，同时骨架密封圈也遭到损坏，使机组无法运转而停机。
根据《PROTOS-70维修手册》规定：刀盘不平衡度的容许值为，平衡机在3000转/分的工作转速下进行动平衡校正，刀盘不平衡度的容许值为Q6.3级范围内，即：
允许最小不平衡量为：
T’=e×M=1000A/2π×3000/60×M
=1000×6.3/2×3.14×3000/60×5
=100gm
允许不平衡量≤100gm
式中：T’=不平衡量A=不平衡度等级=Q6.3 M=平衡质量
当R1=81、R2=81
在R处允许剩余最小质量m=T’/R1或（R2）=100/81=1.23g
校正的方法是，在80mm处的冒口孔内装平衡块，直到符合要求。
目前我国各大烟厂基本上未配有校正平衡试验机，当刀盘机构维修后需要进行动、静平衡校验时，只能送外厂进行平衡试验机校验，维修周期长，维修费用大量增加，增加了设备维修成本，降低了设备利用率。
为此我们在维修保养刀盘组件工作中采取了相应的措施和方法，来控制刀盘原有的平衡不受到破坏。由于刀盘组件是一个中心对称的回转体，只有在更换了连接盘29、鞍座后才需用平衡试验机进行动、静平衡校验，降低维修费用。
2.2 刀盘机构维修、保养、装配、校正的工艺要求
由于刀盘结构是中心对称，根据这一结构特点，在刀盘组件维修保养中我们对磨损的零件以及固定件（螺钉、螺母）更换，不是将领来的零件、固定件直接进行安装调整，而是在安装前先用天平仪对新旧零件、固定件分别成对进行称重，以旧零件、固定件的重量为基础，使新零件、固定件的重量与旧零件、固定件一致。具体方法如下：当新零件、固定件的重量比旧零件重时，用切削方法使之一致；当新零件、固定件的重量比旧零件轻时，用加配重方法使之一致。这样就能确保更换上的零件、固定件与原来的重量一样，从而保证了刀盘原有动、静平衡不受到破坏，保证了刀盘组件原有的动、静平衡精度。
图4 天平仪称重方法
3 刀盘机构的装配方法及技术要求
3.1 刀座的组装及校正
刀座的组装及校正如下：
（1）、将进刀轴的摩擦轴承38、39压入刀座壳体34中，调整摩擦轴承的平面在进刀轴凹座中正确定位。
（2）、装上传送辊37和进刀轴32。
（3）、将支承块42用螺钉固定在刀座壳体43上。
（4）、装上滚轮轴40及压簧41，将一付刀座壳体固定在刀架工作台上。
（5）、用千分表调整传送辊37的高度及角度，根据此尺寸调节支承块42的位置，使滚轮轴40调到相同的高度及角度。调整后的最大偏差=0.03mm。
图5 刀座结构
3.2 十字轴的组装及校正
十字轴的组装及校正步骤如下：
（1）、将十字轴28安装在连接盘29上，并与所作记号相符。
（2）、在组装十字轴28、安装单轴承47时，要确保进刀轴顺时针方向转动。
（3）、在摩擦轴瓦55上剪开4mm的缝槽，以利于进刀轴上的3mm键顺利通过。
（4）、用螺钉将鞍座22固定到十字轴上。
（5）、将进刀轴20穿过鞍座22插入十字轴上，再安装好棘爪、连轴器、3个垫片、压簧、拉簧环等。注意不要搞错各零件的原来位置。
（6）、将压缩弹簧、钢珠装入进刀轴上，再将刀座21装到十字轴28的鞍座上。
（7）、将刀座与十字轴找正，把组装好的十字轴放到工作台上固定，将4块43.8mm板放在传送辊37的衬套33下面，将两个刀座在水平上找正。
图6 组装校正十字轴
3.3 十字轴与连接盘及鞍座的相对位置及技术要求
十字轴与连接盘及鞍座的相对位置及技术要求如下：
（1）、利用增加或减少垫片的方法，调节十字轴28与连接盘29及鞍座17之间的游隙，使游隙≤0.05mm。
（2）、改变垫片的次序、位置，使用刀盘水平仪检查和校正鞍座17的同心度，同心度偏差≤0.02mm。
图7 十字轴与连接盘及鞍座的相对位置
3.4 刀盘两相对平面位置的校正及技术要求
使用刀盘水平仪校正两进刀盒刀座相对位置的方法如下：
（1）、把组装好的刀盘机构安装到刀盘水平仪上（刀盘壳体的上下半部未安装）。
（2）、初步调整两进刀盒与夹具板在A处的间隙=0.1-0.15mm，在B处的间隙=0.8mm。
（3）、用两个检查量规和千分表校正两个进刀盒之间的平行度，平行度≤0.03mm。
（4）、将刀盘壳体下半部装到连接盘上，再把刀盘壳体上半部安装到刀盘壳体下半部上，确保所做记号对中。
（5）、将轴承等零件安装到鞍座17上。
图8 刀盘两相对平面位置校正
图9 刀盘两相对平面位置校正
4 结束语
在刀盘维修保养过程中使用了天平仪称重方法，防止了刀盘组件原有平衡不受到破坏，有效地控制了刀盘动、静平衡精度，杜绝了机组因动、静平衡受到破坏而产生的异常的振动、噪声等不正常现象的出现，使刀盘组件传动故障得到了有效控制。现刀盘运转平稳。轴承非正常损坏、骨架密封圈磨损故障基本消除，延长了刀盘机构的运转周期，提高了设备利用率，保障了烟支的质量，降低了维修费用（表3）。每年可节约零配件及维修费用8997元，以目前车间有33组计，共可节约296900元。
表1 刀盘传动易损件改进前、后使用寿命、费用对照表
我们通过对刀盘机构的分析和研究，总结出一套刀盘机构的维修保养的技术要求和方法。在刀盘机构平衡方面，我们技术攻关组全体人员群策群力，运用科技手段，较好地解决了刀盘机构平衡上的难题。这一课题可操作性强，并节约了大量维修费用。此课题受到我厂技术部门领导和同行们的好评。目前此维修方法已纳入我厂的维修手册中，全面推广使用。
参考文献：
1.《YJ17/YJ27卷接机组》第一版主编董祥云中国科学技术出版社
2.《PROTOS-70卷接机组维修手册》德国虹霓公司
3.《机械设计手册》第三版主编成大先化学工业出版社出版
致谢：在论文撰写过程中，得到了高同启老师，谢永康老师的指导