卷筒鋁箔紙經(jīng)過(guò)展開(kāi)輸送進(jìn)入圖1中的懸浮輥、止退橡膠輥、導(dǎo)向輸送輥及壓線輸送輥組件，隨后進(jìn)行鋁箔紙的定長(zhǎng)裁切和煙包鋁箔紙的折疊包裹。
鋁箔紙?jiān)谶M(jìn)入懸浮輥時(shí)被噴射出的氣流托起，并在懸浮輥兩側(cè)擋紙圈的作用下快速自由漂移，這樣鋁箔紙?jiān)谶M(jìn)入二號(hào)輪包裝時(shí)，能夠與二號(hào)輪上的模盒在長(zhǎng)度方向自動(dòng)快速對(duì)中，確保煙包包裹的鋁箔紙頂部與底部露出端長(zhǎng)度相等。鋁箔紙下紙?jiān)硪?jiàn)圖1。
圖1 鋁箔紙下紙?jiān)?/DIV>
2.懸浮輥氣流懸浮原理
輸入的壓縮空氣經(jīng)懸浮輥圓周表面的局部噴氣孔噴射出氣流層，使包裹在懸浮輥圓周表面的鋁箔紙被氣墊騰空托起，鋁箔紙?jiān)趹腋≥伇砻姘嵌葹?85°（鋁箔紙?jiān)趹腋≥佪斎朦c(diǎn)和輸出點(diǎn)的夾角）。由于鋁箔紙?jiān)谡］斔蜁r(shí)和懸浮輥表面相隔一層壓力氣流層，鋁箔紙與懸浮輥表面幾乎沒(méi)有摩擦產(chǎn)生，所以該懸浮輥在正常運(yùn)行時(shí)能使鋁箔紙自由快速糾偏，確保鋁箔紙輸送位置正確，達(dá)到包裝技術(shù)要求。
3.懸浮輥的結(jié)構(gòu)組成和工作原理
懸浮輥裝置的結(jié)構(gòu)是由懸浮輥筒體、單向節(jié)流閥、輸入氣管、兩側(cè)擋紙圈和支架及鎖緊螺母等組成。
懸浮輥內(nèi)部是一個(gè)直接與表面噴射氣孔相連接的供氣腔。鋁箔紙?jiān)趹腋≥伹暗恼归_(kāi)輸送，均沒(méi)有偏移校正要求，但輸送至懸浮輥處時(shí)需快速完成糾偏。由于鋁箔紙和懸浮輥表面不接觸，不像傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式輸送輥，在導(dǎo)向輸送鋁箔紙時(shí)主要靠滾體內(nèi)兩端的傳動(dòng)軸承同步旋轉(zhuǎn)輸送，鋁箔紙?jiān)诟淖?80°方向后繼續(xù)輸送，因其包裹角的接觸面較大、產(chǎn)生的摩擦力較大，所以不容易快速糾偏到位，如圖2所示。其間相隔有氣流層，表面摩擦力很小，能快速有效漂移，如圖3所示。
圖2 旋轉(zhuǎn)式輸送輥
圖3 未改進(jìn)的懸浮輥
二、懸浮輥裝置影響設(shè)備運(yùn)行分析
1.懸浮輥磨損因素分析
鋁箔紙是包裹在懸浮輥圓周表面185°進(jìn)行工作的，滾筒上布有噴射氣孔為鋁箔紙懸浮供氣，此懸浮輥設(shè)計(jì)是固定不轉(zhuǎn)動(dòng)的，懸浮輥表面經(jīng)過(guò)耐磨的陽(yáng)極硬氧化特殊處理，具有一定的耐磨性。由于懸浮輥表面的噴射氣孔分布在包裹角面90°范圍內(nèi)，而鋁箔紙的包裹角面為180°，致使噴射出的氣流層覆蓋面不均勻，影響懸浮效果。又因?yàn)閼腋≥亙?nèi)部是一個(gè)直接與表面噴射氣孔相連接的供氣腔，懸浮輥表面的鋁箔紙?jiān)诒粦腋⊥衅饡r(shí)，對(duì)懸浮輥內(nèi)腔的噴射氣流直接壓迫，造成噴射氣流的壓力交替變化，內(nèi)腔的氣流壓力釋放不均衡�？拷鼩饬鬏斎攵说膰娚錃饪讎娚涑龅臍饬鲏毫^大，此處托起的鋁箔紙與懸浮輥表面間距相對(duì)恒定；遠(yuǎn)離氣流輸入端的噴射氣流壓力減小，托起鋁箔紙的作用力變化大，導(dǎo)致鋁箔紙與懸浮輥表面之間的間隙有變化，鋁箔紙不能被完全托離懸浮輥表面，在局部和懸浮輥表面容易產(chǎn)生高速摩擦，懸浮輥表面特殊處理層一旦被磨損，其內(nèi)在鋁合金體將會(huì)被加劇磨損，縮短使用壽命。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：開(kāi)始運(yùn)行1個(gè)月的時(shí)間內(nèi)懸浮輥表面磨損范圍在0.1mm～0.2mm，而隨設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加，磨損的速度加快，3個(gè)月左右其磨損范圍就會(huì)增大到0.5mm～1.0mm，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)輸送的鋁箔紙嵌入懸浮輥磨損后產(chǎn)生的凹槽內(nèi)，無(wú)法自由偏移，懸浮輥失去懸浮鋁箔紙快速調(diào)節(jié)的功能。
在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)：一旦懸浮輥表面兩端起凹槽卡住鋁箔紙，失去快速糾偏功能，操作工為維持設(shè)備運(yùn)行，只能靠增大噴射氣流量，提高鋁箔紙被托起的高度來(lái)避免槽口限制，解決鋁箔紙不能自由對(duì)中的問(wèn)題。但在調(diào)大懸浮輥噴射氣流量時(shí)，勢(shì)必會(huì)造成機(jī)器系統(tǒng)所用的氣流量大量流失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備停機(jī)。磨損的懸浮輥如圖4所示。
圖4 磨損后懸浮輥
2.設(shè)備氣路分配合理性分析
經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)備實(shí)際使用的氣路分布觀察后發(fā)現(xiàn)：
（1）設(shè)備上的氣缸、換向閥氣動(dòng)元件均是不常泄漏件，氣壓相對(duì)穩(wěn)定，將其供應(yīng)的氣流和懸浮輥所需氣流分隔開(kāi)來(lái)。
（2）懸浮輥則是常泄漏件，其所用的懸浮噴射氣流必須具有穩(wěn)定的流量，才能確保鋁箔紙被有效懸浮托起。不然，噴射氣流量過(guò)大會(huì)間接影響設(shè)備整個(gè)氣路系統(tǒng)內(nèi)在氣壓的穩(wěn)定性。
3.懸浮輥氣腔、噴射氣孔布局合理性分析
（1）懸浮輥表面的噴射氣孔分布在包裹角面90°范圍內(nèi)，容易造成懸浮氣流層覆蓋面不均勻，影響氣流層對(duì)鋁箔紙的懸浮效果。
（2）氣流輸入至懸浮輥氣腔內(nèi)時(shí)，因內(nèi)腔直接與噴射氣孔相連接，噴射出的氣流層沒(méi)有間接緩沖區(qū)過(guò)渡，在受到懸浮輥表面進(jìn)行輸送的鋁箔紙壓迫后，容易導(dǎo)致內(nèi)腔與噴射口端的氣流壓力交替變化引起的波動(dòng)；又因氣流輸入端和各噴射氣孔距離不一，造成噴射出的氣流層在壓力瞬間釋放減小程度不一，瞬間受壓迫增壓程度也不一，懸浮輥表面局部懸浮間隙不一，影響氣流層懸浮效果。
三、懸浮輥裝置改進(jìn)方案及實(shí)施
1.懸浮輥裝置的改進(jìn)方案
根據(jù)對(duì)故障產(chǎn)生的原因分析認(rèn)為，只有控制好鋁箔紙與懸浮輥表面懸浮氣流層的均衡性及懸浮輥表面的粗糙度和耐磨性，才能實(shí)現(xiàn)懸浮輥?zhàn)杂煽焖俚募m偏功能，增加懸浮輥的使用壽命，滿足設(shè)備正常生產(chǎn)所需要的技術(shù)要求。具體的改進(jìn)方案從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。
一是提高懸浮輥表面的耐磨性。懸浮輥是新設(shè)備中比較有創(chuàng)意的構(gòu)件，為了提高懸浮輥表面的耐磨性，根據(jù)懸浮輥的工作原理，我們?cè)趹腋≥伇砻孢M(jìn)行表層耐磨陶瓷的噴涂處理，鋁箔紙懸浮在二分之一懸浮輥表面上，雖有微量的間隙層，但是鋁箔紙?jiān)趹腋≥斔蜁r(shí)，噴射的氣流層因瞬間釋放壓力后又受鋁箔紙壓迫而增壓，噴射出的氣流層因氣體可縮性因素的影響，懸浮氣流層壓力會(huì)有交替變化的現(xiàn)象，鋁箔紙與懸浮輥表面難免會(huì)有瞬間的輕微接觸，有高粗糙度和耐磨的陶瓷層保護(hù)，可以確保鋁箔紙與懸浮棍表面之間的磨擦力極小，增加懸浮輥的使用壽命，如圖5所示。
二是設(shè)計(jì)活動(dòng)風(fēng)塞使懸浮輥適應(yīng)不同包裹角面并能多次使用。鋁箔紙?jiān)趹腋≥伾陷斔蜁r(shí)，只有二分之一包裹線得到充分使用，而另一半是根本得不到使用的。通過(guò)對(duì)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)觀察，磨損面主要在鋁箔紙包裹懸浮輥的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)附近。根據(jù)增加懸浮輥使用壽命的要求，如圖6所示，在懸浮輥氣腔中加入一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的活動(dòng)風(fēng)塞，來(lái)適時(shí)改變磨損角度，從而達(dá)到可多次使用的效果。對(duì)于風(fēng)塞設(shè)計(jì)，按照安裝方便，精確定位的原則，設(shè)計(jì)成一個(gè)圓柱齒形的鋁合金體，同時(shí)為適應(yīng)不同包裹角度的使用要求，將噴射氣孔設(shè)計(jì)成360°周長(zhǎng)上均布，使用時(shí)把不需要出氣的連接氣孔進(jìn)行阻室，然后組裝于一體，從而確保懸浮輥的使用包裹角面。如懸浮輥包裹角面磨損了，可把懸浮輥轉(zhuǎn)一個(gè)角度，避開(kāi)切入點(diǎn)與輸出點(diǎn)，選擇懸浮輥的另一個(gè)沒(méi)磨損面重新使用，為此利用可旋轉(zhuǎn)的活動(dòng)風(fēng)塞來(lái)控制懸浮輥的多次使用。
圖5 懸浮輥表面陶瓷層分布
圖6 懸浮輥組件
懸浮輥噴射氣孔的改進(jìn)方案：
（1）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，新鋁箔紙紙圈剛被牽引輸出時(shí)所需的牽引力為0．31kg。將要用完時(shí)的鋁箔紙紙圈剛被牽引輸出時(shí)所需的牽引力為0．22kg。因?yàn)殇X箔紙?jiān)谡］斔蜁r(shí)所需的牽引力比剛起步時(shí)的牽引力要小，所以取牽引力f1＝0．31kg。
�。�2）設(shè)懸浮輥表面每個(gè)噴射氣孔在鋁箔紙垂直表面的噴射推力為F，如圖7所示，因鋁箔紙牽引力f1和f2相等，且X軸方向的∑Fx＝f1＋f2
圖7 鋁箔紙牽引力與懸浮輥噴射氣推力分布
→ → →
因?yàn)椤艶＝∑Fx＋∑Fy
第一種排列情況為5－6－5－6－5－6－5－6－5
∑Fx＝FSin22．5°×6×2＋FSin45°×5×2＋FSin67．5°×6×2＋FSin90°×5＝27．746F
∑Fy＝FCos22．5°×6＋FCos45°×5＋FCos67．5°×6＋FCos90°×5－FCos67．5°×6－FCos45°×5-FCos22．5°×6＝0
第二種排列情況為6—5－6—5—6—5－6—5－6
∑Fx＝FSin22．5°×5×2＋FSin45°×6×2＋FSin67．5°×5×2＋FSin90°×6＝27．55F
∑Fy＝FCos22．5°×5＋FCos45°×6＋FCos67．5°×5＋FCos90°×6－FCos67．5°×5－FCos45°×6-FCos22．5°×5＝0
因?yàn)椤艶x＝f1＋f2，而f1＝f2
設(shè)備上正常用氣氣壓值不低于4bar
設(shè)噴射氣流壓力值為P＝4bar＝4kg/cm2＝0．04kg/mm2
則鋁箔紙包裹在懸浮輥表面X方向的懸浮合推力∑Fx＝2f1＝2×0.31＝0．62kg
Y方向的懸浮合推力∑Fy＝0
又因?yàn)椋總�(gè)噴射氣孔推力）F＝P（噴射氣流壓力額定值）×S（噴射氣孔面積），所以S＝F／P
第一種排列情況6－5－6－5－6－5－6－5－6
27．746F＝2f1＝0．62，則F＝0．0223kg
S=F／P=0.0223／0．04＝0．5575mm2
第二種排列情況5—6—5—6—5—6—5—6—5
27．55F＝2f1＝0．62，則F＝0．0225kg
S＝F／P=0．0225／0．04＝0．5625mm2
設(shè)懸浮所用噴射氣孔直徑為d
取以上大值S驗(yàn)證
d2＝4S／л＝4×0．5625／3．14＝0．72，
則d＝0．85mm＜1mm。
根據(jù)以上噴射氣孔的布局，將原懸浮輥噴射孔直徑Ф1．5mm改為Ф1mm合理，改進(jìn)后噴射氣孔數(shù)量為49／50只。
�。�3）在確保有足夠懸浮力的前提下，盡量減少噴射氣流，懸浮輥圓周表面的噴射氣孔設(shè)計(jì)成交替錯(cuò)位；在不影響氣流輸送暢通的前提下，確保腔內(nèi)輸入氣流壓力不隨噴射氣流直接輸出而減小的影響，氣腔連接為分層過(guò)渡；合理分布連接氣孔，確保噴射在鋁箔紙與懸浮輥之間氣流層均勻。懸浮輥表面上的噴射氣孔直徑改為Ф1mm，布局為9排、5至6交錯(cuò)列，共計(jì)49／50只，鋁箔紙?jiān)趹腋≥伇砻?85°包角上懸浮，其噴射氣孔數(shù)量布局合理。如圖5所示，懸浮輥的輸入氣管管徑Ф8mm，懸浮輥表面上的噴射氣孔直徑Ф1mm，9排5／6列共計(jì)49／50只噴射小孔。
懸浮輥噴射口的總面積：∑出＝лR2×49＝л×0．52×49＝38．465mm2
或∑出＝лR2×50＝л×0．52×50＝39．25mm2
輸入氣管總面積：∑入＝лR2＝л×42＝50.24mm2
根據(jù)計(jì)算∑入＞∑出，故在等壓值范圍，因正常使用時(shí)，懸浮輥包角面為185°，噴射出的氣流量小于輸入的氣流量，氣腔內(nèi)部壓力值不會(huì)因減小而降低。
2.具體改進(jìn)措施
�。�1）懸浮輥表面噴射氣孔直徑由1．5mm加工成1mm，改進(jìn)后的懸浮輥有效噴射口總面積∑出為38．465／39．25mm2。原噴射口總面積∑出＝лR2×24＝л×0.752×24=42.39mm2。改進(jìn)后的懸浮輥有效噴射氣孔總面積為原來(lái)的0．91／0．93倍。
�。�2）在表面噴涂高耐磨的陶瓷層，更有效地保護(hù)懸浮輥表面。
�。�3）封堵掉其余不用的噴射氣孔，確保懸浮輥表面在180°包裹角面上的9排、5／6交錯(cuò)列，共計(jì)49／50只噴射氣孔有效使用，原懸浮輥表面在90°包角面上有4排6列共計(jì)24只噴射氣孔，改進(jìn)后正常懸浮鋁箔紙所用噴射氣孔數(shù)量為原來(lái)的2．04／2．08倍。
�。�4）如圖8所示，懸浮輥內(nèi)部氣腔采用了分隔、分層逐次過(guò)渡的方法，避免鋁箔紙?jiān)趹腋∵^(guò)程中因噴射氣流直接釋放而導(dǎo)致內(nèi)腔局部氣流壓力快速減小的現(xiàn)象，使噴射在鋁箔紙面上的氣流壓力更均勻，更穩(wěn)定。
圖8 改進(jìn)后懸浮輥
�。�5）內(nèi)部氣腔風(fēng)塞設(shè)計(jì)為可旋轉(zhuǎn)精確定位，確保懸浮輥使用面能多次使用。風(fēng)塞兩端面配備了標(biāo)準(zhǔn)的“O型”密封圈，防止連接處的氣體泄漏。
（6）調(diào)整好兩個(gè)擋紙塊的間距，盡量減少鋁箔紙的偏移范圍，減少氣流的邊緣泄漏。
通過(guò)對(duì)懸浮輥組件的改進(jìn)，目前懸浮輥的使用壽命大大增加。改進(jìn)前懸浮輥使用壽命在3個(gè)月左右，而改進(jìn)后懸浮輥單面使用壽命在一年以上，大大降低了維修費(fèi)用。改進(jìn)后使用至今的懸浮輥未更換過(guò)，表面磨損度極小。目前我廠有兩臺(tái)設(shè)備均使用了此懸浮輥，煙包鋁箔紙包裹質(zhì)量得到了保證。
圖9 改進(jìn)前后使用費(fèi)用對(duì)比表 單位（元）
從圖9可見(jiàn)，2005年23號(hào)機(jī)臺(tái)使用費(fèi)用下降了90％，2005年24號(hào)機(jī)臺(tái)使用費(fèi)用下降了92％。
根據(jù)我廠新引進(jìn)的G．DX500包裝機(jī)中鋁箔紙懸浮輥易磨損的實(shí)際，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)排摸，并進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的新懸浮輥先后在兩臺(tái)G．DX500包裝機(jī)上使用，效果很好。
