造紙復卷機結構的技術改進

余章書 福建 廈門（361009）

1 復卷機簡介

通過造紙卷紙機卷得的紙卷比較松軟,內部破損和斷頭較多,兩側邊緣不整齊,紙幅寬度多不能直接使用于紙加工或印刷等設備。為了適應印刷和紙加工中對卷筒紙的要求，都要在復卷機上進行復卷來生產出合格紙卷。通常復卷機安裝在緊接造紙機后面，可以用吊車直接將卷紙機上的紙卷吊裝到復卷機的退紙架上，在復卷機上除去質量不好的紙張，粘斷頭，切成所需的寬度，并在紙卷宗芯上卷成具有一定紙幅長度的、一定直徑的紙卷。卷紙筒應具有所要求緊度和平整的分切端面。

復卷機是造紙機械中運行車速最快的設備，其車速達1500～1800m/min，最高達2500m/min以上。復卷機（圖1所示）的工作原理是：從造紙機上取下的紙卷安裝在退紙架上，退紙架上的制動器保持紙幅有一定張力，并在斷頭時使紙卷快速制動。紙幅通過引紙輥和縱切機構切成所需要寬度，然后按所需緊度和直徑卷成紙卷。復卷機的主要結構參數是紙幅寬度和最高車速，其次是退紙和卷紙的最大直徑、切紙方法和傳動形式。

圖1造紙復卷機示意圖

1-帶空卷紙軸推出器的退紙架2-可調節的校正器

3-舒展輥4-有張力控制的縱切機構5-紙邊吹送器具6-邊護板車7-卸卷器

復卷機的形式較多，根據需要在復卷機中還可以配備其他裝置，成為聯合機臺。復卷機基本上可分為下列五種：⑴上引紙復卷機，⑵下引紙卷紙機，⑶單輥復卷機，⑷專用復卷機，⑸薄紙復卷機。

2 論述復卷機引紙兩種類型

⑴上引紙復卷機

目前國內上引紙復卷機（圖2-b）卻是使用最廣泛的設備，紙幅通過縱切機構，繞過壓紙輥，而后卷在卷紙軸上。紙卷由兩個支承輥支承，紙卷的中心隨著紙卷直徑增大而升高，壓紙輥和縱切機構也同時向上移動。這種形式優點是易于引紙，結構簡單，操作方便，維修容易。但也有不足之處：⑴由于壓紙輥和縱切機構壓到紙卷上，結果造成紙卷與支承輥壓區的壓力增大，如無壓紙輥和縱切機構的懸秤裝置時，則易于產生硬的紙卷（壓區負載越大，紙卷越硬）；⑵其次紙幅在壓紙輥后就直接卷到紙卷上，靠調節兩個支承輥傳動轉矩差來控制硬度的可能性很小，甚至不可能，因而，控制紙卷硬度能力有限，特別是在卷取軟紙卷的情況下更是這樣；⑶再次，因縱切機構隨時向上移動，當機件磨損和變形以及安裝質量欠佳時，容易造成縱切機構軸向竄動，引起切開的紙邊互相搭接而形成分卷困難，唯一辦法，就是分切紙的切口設置雙刀間距為20～30cm的切割分離卻易分卷；⑷提醒企業特別注意復卷機復卷低克重產品時（包括緊度低、拉力差、成品紙含水分超標的紙頁等），因兩支承輥運行轉矩差或速度差的存在難控制調節的復雜因素，將會導致卷紙受力不均勻，紙卷起皺嚴重，紙卷大小頭松緊不一致和切紙端面竄動不整齊等弊??；若有這種情況產生，將卷紙紙頁先經第一條的支承輥應設為主動輥，紙頁經第二條設為被動支承輥（脫開機械傳動的聯接器），這是硬功夫實踐摸索的經驗；⑸此外，由于車速和幅寬增大，在高速復卷大直徑紙卷時機體可能變得很龐大，以致結構上不易處理。復卷機支承輥設主動輥和被動輥的運行卷紙，動力消耗減輕20%～35%。

⑵下引紙復卷機

圖2上引紙復卷機一般線路圖

下引紙復卷機是從機臺下面送入紙幅使其繞過某一個支承輥的（圖3-a、d）。紙從退紙卷上引過下方的幾個引紙輥，通過固定位置的縱切機構，繞過前支承輥（按紙行進方向數起第二輥）或后支承輥，然后卷在卷紙軸上。在復卷過程中，紙幅張力力圖將紙卷拉向支承輥，使逐漸增大的紙卷得以穩定，并在高速卷取時較能保證紙卷質量。該類型復卷機還可運用變化兩個支承輥的傳動轉矩差，結合壓紙輥與紙卷間壓區有壓力調節，對紙卷質量進行很好地控制。

這類復卷機的縱切機構安裝在固定位置上，避免軸向竄動，易于分卷；并且大部分轉動部件靠近地面，重心低，在高速運行中仍然保持穩定，因此它使用得較廣泛。其車速達到2500m/min，幅寬達10m。能處理從低定量紙直到紙板等品種。它的缺點不易接近機臺，不便于引紙和調整舒展桿，為此常常在機臺下方設一地坑，使得操作工易于接近，有時還裝設自動引紙機構和遠離控制的舒展桿，以克服其缺點。

下引紙復卷機另一些型式如圖3-b、c所示，因其易于接近縱切機構和舒展器以及容易分卷，故較多用于復卷窄幅紙卷。

3 復卷機的生產能力

分析復卷機的生產能力時，要考慮到復卷機生產中的兩個特點：⑴復卷機的生產能力應與造紙機生產能力相應，否則將影響造紙車間生產的連續性。⑵復卷機是一種間歇性生產機器，影響復卷機生產能力的主要因素是復卷機的紙寬、車速、輔助工序所需的時間和卷取紙卷的直徑。

復卷機的幅寬是和造紙機相適應的，沒有選擇的余地。

圖3下引紙復卷機一般線路圖

復卷機的車速和輔助工序所需時間（決定于復卷機的機械化程度）對其生產能力的影響，在不同條件下是不相同的。對于低速的復卷機，提高車速能夠明顯地增加其生產能力。但對于速高復卷機，進一步提高車速時，對其生產能力的提高往往沒有明顯的影響。

卷取紙卷的大小能夠影響到復卷中輔助工序時間的比例，因而也能影響到復卷機的生產能力。

如果用單位時間內所卷取的紙幅的平均長度來表示復卷機的生產能力（即不考慮其寬度的影響），

則：

Q=L/to=L/t1+t2

式中L--卷取紙幅的長度（m）

to--一個復卷周期所需時間（min）

t1--卷紙時間

t2--輔助工序所需時間（紙卷的安裝、卸除、引紙及沾接斷頭等的時間）（min）。

現代化的復卷機車速已經很高，達2500m/min以上，但真正在最高車速下運行的時間是很短的。相反，用在輔助工序時間所占的比重越來越大。附表是個最高車速為1500m/min的新聞紙或高強瓦楞包裝紙的復卷機各工序所需時間的多次實際測定的平均值。

平均說來，復卷周期為10.9min,其中輔助工序的時間為5.7min,卷紙時間為5.2min。

從上例可以看出，復卷機在最高車速下運行的時間只占很小比例，進一步提高其車速沒有很大實際意義。同時也可以看到，使輔助工序機械化，減少輔助工序所需時間，對提高復卷機的生產能力是很有意義。如果復卷機車速很高，復卷機的生產能力將主要決定于其輔助工序所需時間t2和紙卷中紙幅的長度L。因此當t1趨向于零時，復卷機的極限生產能力為L/t2。例如，復卷瓦楞紙的厚度為0.25mm，紙卷直徑為600m/min,實際輔助工序所需時間為6min,則復卷的極限生產能力只有190m/min。如果一臺車速為500m/min復卷機復卷瓦楞紙時，至少需要安裝三臺復卷機才行。但如卷取的紙卷直徑增加一倍，達1200mm時，復卷機的極限生產能力將提高至4×190=760m/min，便完全有可能安裝一臺復卷機來適應造紙機的生產能力。因此在高速復卷機的設計上，使能生產較大直徑的紙卷是合理的，這能夠有效地提高其生產能力。

表1造紙復卷機各工序所需時間

為了減少輔助工序的時間，應盡可能增大造紙機的復卷機上卷出紙卷的直徑，這同樣明顯地提高復卷機的生產能力。

4 紙卷的緊度及其調節機構

復卷機上紙卷的主要質量指標之一是緊度。合適的緊度是保證紙卷在運輸和儲存過程中不發生裂口、斷裂和變形的必要條件。紙卷的緊度主要決定于：⑴卷紙時有適當的線壓力，并能隨著紙卷直徑增大而適當調整；⑵前后支承輥有適當的轉矩差或速度差；⑶紙幅張力對紙卷質量也稍有影響，因此要保持紙幅力穩定。

一臺完善的復卷機必須具有下列四種機能：①壓紙輥壓力的自動程序控制；②支承輥轉矩自動程序結構控制；③自動張力控制；④電力驅動的“撓性”起動和適當的速度自動程序控制。

⑴壓紙輥壓力的調整機構

壓紙輥的作用力對卷紙緊度有較大的影響。壓力調整機構的作用是保持紙卷與支承輥間壓力穩定，約為1～1.2kg/cm（約為1～1.2kN/m）,這就防止在初卷時因卷紙軸太輕而打滑以及在復卷后因壓力太大而卷得太緊.對某些紙種來說,壓紙輥應是有傳動的,以便對紙幅施加附加作用力。

支承輥上的總垂直負荷G由紙卷的重量G1、卷紙軸的重量G2和壓紙輥的重量G3所組成,見圖4所示。

G=G1+G2+G3

紙卷和支承輥之間的線壓力：

式中α--垂直線與紙卷和支承輥的聯心線之間的夾角

b--紙卷寬度

Sinα=a/p+r

式中a--兩支承輥間中心距之半（mm）

p--紙卷半徑（mm）

r--支承輥半徑（mm）

圖4紙卷和支承輥的壓力

在沒有調整壓紙輥的懸秤機構時，卷紙和支承輥之間的線壓力的增加速度稍慢于紙卷重量的增加速度（因為當直徑增大時，α角減小，而cosα卻增大），但它總是隨著紙卷直徑的增大而增加的。

在舊式復卷機上，壓力調整機構是采用機械的懸秤裝置。為了增加懸秤力，而將重物掛在橫軸上的凸輪或偏心的鏈輪上，在該軸上裝有鏈輪，用鏈條與壓紙輥或紙卷軸連接。紙卷直徑增大時，橫軸就轉動，使重物固定端的凸輪臂增長，這就能使懸秤力增加。

有時把鏈輪偏心地安裝在橫軸上以代替凸輪圖4-a所示。鏈的一端固定在懸秤重物上，另一端固定在壓紙輥或紙輥上。該裝置懸秤力的計算如下：當紙卷直徑最小時，鏈輪回轉中心和它的幾何中心于某一水平面上。根據開始位置時的平衡條件（這時紙卷直徑最?。?，懸秤力等于：

Q1=G（R-e/R+e）

式中R--鏈輪半徑

e--偏心距（鏈輪旋轉中心與其幾何中心之間的距離）

G--懸秤的重量當紙卷直徑最大時，懸秤力等于：

兩者懸秤力之差：

圖5懸秤機構示意圖

在新式的復卷機上,壓力調整是由自動程序控制的,它們采用氣壓式或液壓式懸秤機構。圖5-b為一個液壓式懸秤機構。它包括有電氣程序控制單元3、電磁減壓閥4和懸秤油缸6等，改變懸秤油缸內油壓就可得到不同的懸秤力。系統中由一個附著在壓紙輥上的電位器1指示紙卷直徑，電位器發出信號傳送到電氣程序控制單元3，該單元通常有三種懸秤程序控制曲線，由控制盤上的程序選擇器（三通換向閥）2選擇。程序曲線表示懸秤力與紙卷直徑之間的關系P=f（φ），按照紙廠經常生產的三種紙種來計算決定。電氣控制單元輸出的信號控制電磁減壓閥4，后者調整遠程控制的減壓閥8，以達到自動調整懸秤油缸的油壓和壓紙輥壓力的目的。從P=f（φ）的曲線中可以看出，當剛開始卷取至紙卷直徑為300～400mm時，懸秤力減小，亦即壓紙輥壓力增加，接著懸秤力逐漸增加，壓紙輥壓力減小，最后因紙卷重量不斷增加，懸秤力漸漸趨向為常數。此外，該系統還設置了電位器5 ，用來手動調整懸秤力。

對許多種紙來說，僅僅有適當的壓紙輥壓區壓力的程序控制，還不能生產出質量良好的紙卷。同樣，適當的支承輥轉矩的程序控制，也不能單獨地完全達到目標。只有壓紙輥壓區壓力程序控制和支承輥轉矩程序控制的適當配合，才能卷成從卷紙芯到外層硬度甚為均勻的紙卷。

⑵支承輥轉矩程序控制

為了獲得優質紙卷，支承輥轉矩或速度控制必須滿足適當條件。如使用速度控制，支承輥間速差幅度應小于±0.2%，且當紙卷直徑增大時,兩支承輥的速度必須接近1:1。由于很多速差系統并未按此方案設計，故收效有限。

對許多紙種來說，在起動時要用正速差，使在卷芯處卷得緊，而在直徑大以后又希望有負速差，使紙卷外層卷得松些。若無精度高而配置適當的速差程序控制，是不能達到這種要求的。

轉矩的程序控制通常是控制前支承輥的轉矩，其大小隨著紙的品種而異，并需要在現場實驗來決定。圖6為某些紙種的轉矩程序控制曲線。從曲線可以看出，在啟動時差不多全部轉矩施加于前支承輥，使紙卷繃緊。隨著紙卷直徑增大前支承輥的轉矩逐漸變小，后支承輥的轉矩大于前支承輥，直到兩支承輥的轉矩相匹配為止。然而，應該強調，轉矩的程序控制最重要的還是啟動的轉矩。

圖6轉矩程序控制曲線

在采用單電機驅動時，可用精加工的可調節三角皮帶輪，由負荷繼電器接受信號來脹開或縮攏皮帶輪，使前支承輥超前或滯后。在現代化復卷機中，往往配置兩個直流電動機各自單獨傳動電位計，用以在開始卷紙及終止卷紙時調紙卷緊度，運行時由第三個電位計隨紙卷直徑增大而調節兩輥間的速度和轉矩。⑶張力調整機構

在復卷過程中，紙的張力大小主要由紙種來決定，通常0.3～2kg/cm左右（約為0.3～2kN/m）。正確地選用紙的張力能在一定程度上改善紙卷的質量，減少斷頭，保持復卷機工作穩定。因此，復卷機的傳動應自動地保持張力穩定，并能根據生產需要進行調節。調節范圍通常為1：4，張力最大的波動值不超過±10%最小張力為0.3kg/cm左右（0.3kN/m）。

張力調整機構有多種形式。原始的張力機構是用手操縱制動器來獲得張力的，因其操作復雜且張力大小不一致，僅適用于老式的低速復卷機上。較完善的張力調整機構，在整個工作速度范圍內，能自動控制張力并保持恒定。它在退紙卷后面配置了檢查張力用的浮動輥，把紙的張力大小引起的輥筒的移動變換為氣壓信號或電信號，由制動器進行控制。此外還有利用制動發電機進行自動張力控制的。

現代的高速復卷機多采用帶有制動發電機的電氣控制系統來控制張力，在制動退紙卷時，制動的直流電動機實際上處于發電狀態。調節制動發電機保持恒定功率就能自動控制紙幅張力恒定。制動發電機的調節原理如圖7所示。圖中制動發電機D與退紙卷軸D1相連，其勵磁繞組F1F2由可控硅整流供電，R是負載電阻。

如卷紙機所述，當線速度U恒定時，紙幅恒張力Q條件是退紙卷軸的制動功率Nf為常數。即：

Nf=QV=常數

從電工學知，直流發電機功率

Nf=Ef/R=uf/R

式中Ef、uf-制動發電機的電勢端電壓

R-制動發電機的負載電阻

忽略損耗，當制動發電機負載電阻恒定時，只要保持其所發電壓uf恒定，就能保持恒功率。具體調節過程如下：在退紙過程中退紙卷直徑不斷變小，制動發電機的轉速將隨之增加，Ef和uf都有增加的趨勢。通過分壓器R1、R2取出反饋電壓也可增加，它與主令電壓比較后使偏差信號△u減小。由此，可控硅整裝置的輸出電壓減小，制動發電機的勵磁電流隨之減小，從而使Ef不能增加，而在整個卷取中保證恒定。

為適應高速和卷徑變化范圍，新的復卷機張力控制系統采用直接檢測的張力反饋，在大卷徑時控制制動發電機的端電壓、在小卷徑時控制其磁場的辦法。并將制動發電機所發出的電能饋入電網。這種方法可使用權復機獲得良好的性能。

其他的張力自控器尚有電氣壓力型、光電吸入型等形式。

結束語

企業產品結構要適應市場競爭激烈的需要，復卷機要承擔多品種的“繁重”卷紙任務，一時難以掌握變換產品卷紙的正常運行（必經調節的適應過程）。雖高速運行的復卷機是造紙的的重要附屬設備，但運行故障及事故的發生概率較高，往往給工人帶來不安全感。一旦某個環節出了故障，將會使造紙機被迫停機，更嚴重影響全廠停產，除非有備用復卷機輪流對換卷紙，減輕卷紙生產壓力，但要增加設備投資和占車間地面空間，這種做法也不現實。同行的企業有這樣流傳，復卷機出了問題，就是“攔路虎”，一時“束手無策”。企業則有相當一部份依然存在設備“頭痛治頭,腳痛治腳”的不正?，F象，且設備完好率跟不上造紙發展的要求。目前國內高速復卷機因加工精度、使用材料等技術上仍然存在“先天不足”的缺陷，影響復卷紙的質量不穩定。有實力企業具有良好的技術挖潛能力，對復卷機進行技術改造采取了安全生產措施，使操作工人得到無“后顧之憂”的安全感。

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圖7制動發電機的張力控制系統