简析一种切丝机砂轮往复盘动省力装置的研制

马加平，赵庆辉，周书冲，李光文，张程

（红云红河烟草（集团）有限责任公司会泽卷烟厂制丝部，云南 曲靖 654200）

SQ21型切丝机在进刀系统、磨刀系统、防尘钢带及钢带卷筒更换等检维修过程中，均需进行手动盘转砂轮往复移动至合适位置，在盘转过程中，由于砂轮导轨内油脂的吸附作用，需要克服较大静摩擦阻力，当砂轮开始从静止到盘动的一瞬间阻力系数会急剧下降，维修人员可能会因来不及收力而磕碰受伤。

为了解决相关问题，许多学者对切丝机砂轮往复部位的结构改进进行了研究。江西中烟工业有限责任公司通过一种用于烟草制丝线切丝机砂轮往复的喷吹装置，避免了切丝机在生产过程中产生的烟丝粉尘等在砂轮往复系统内结垢，减小了因砂轮往复运行阻力，造成砂轮往复系统内的零部件易损坏现象。河南中烟工业有限责任公司通过烟叶切丝机砂轮磨刀器的往复导杆装置及砂轮磨刀器装置研制，利用螺纹式调平机构来调节相应导杆的平行度，提高往复导杆装置的更换和维修效率。进一步，鲁中甫通过对砂轮往复装置及往复轨道的改造（使用聚四氟乙烯为材料，设计制作往复轨道，替代原铜质轨道），保证砂轮磨削系统的正常工作，延长了防尘钢带的使用寿命。

综上所述，在对切丝机砂轮往复部位的改进研究中，主要是为了减小砂轮往复运行阻力，降低往复导杆装置的更换和维修效率。

对于砂轮往复盘动费力等问题并未提及，参考中国船舶重工集团公司第七0三研究所研制的一种用于手动盘车的齿轮传动省力装置，本文结合SQ系列切丝机现状，通过齿轮传动中改变传动比带来省力的优势，研制出一种切丝机砂轮往复盘动省力装置。

1 切丝机砂轮往复结构介绍

在SQ21型切丝机磨刀系统中包含了砂轮往复结构，磨刀系统结构见图1，从图中可以看出，砂轮往复结构包含磨刀支架、砂轮支架、导轨、支架传动机构、传动链条等。支架传动机构为单向转动，在单向转动过程中通过传动链条带动磨刀支架、砂轮支架等整套安装部件沿两导轨往复运动，见图2。

2 传统处理方式

针对SQ21型切丝机砂轮往复盘动情况，传统的方式为使用专用工具套在专用工具接口位置进行手动盘动，其中涉及的专用工具有两种：一种是“T”型式扳手，该工具在使用过程中，T型横向杆位置可调节，通过调节可以增大转动力矩进行省力，此外，还可在该杆上使用加力杆进行省力，但由于砂轮装置位于切丝机防护罩与刀辊的夹角之间，使用加力杆没有足够的转动空间；另一种是手柄式扳手，该工具转动力臂较与“T”型式扳手小，在使用过程中相对费力，仅是携带和使用时方便而已。

3 新型盘动省力装置

3.1 新型盘动省力装置理论分析

通过闻邦椿主编的《机械设计手册》中阐述渐开线圆柱齿轮传动应用非常广泛，传动效率（η）高，一对齿轮可达98%～99.5%，且考虑到加工装配实际，新型盘动省力装置中采用1对圆柱齿轮进行外啮合传递即可，见图3。

根据SQ21型切丝机砂轮往复盘动结构专用工具接口连接链轮情况，利用圆柱齿轮进行外啮合设计，整体传动示意如图4所示，其中设计前和设计后均要使砂轮能够往复移动，设此时的力矩为M，改进前需要施加的力矩为M1，改进后需要施加的力矩为M2，对应齿轮1产生的转矩为T1，齿轮2产生的转矩为T2，见图4。

从图4中可以看出：M1=M；M2=T1；T2=M。

理论推导：

推导结果：

式中，P为齿轮传递功率，kW；ω为齿轮的角速度，rad/s；n为齿轮的转速，r/min；d为齿轮分度圆直径，mm；T为转矩，N·m；z为齿数；i为传动比；m为模数。

综上得知：齿轮1为主动轮，齿轮2为从动轮，主动齿轮的齿数小于从动齿轮的齿数；而且主动齿轮的半径小于从动齿轮的半径，才能够起到省力作用，但这样会出现减速情况，当主从动齿轮之间齿数(半径)相差较大时，传动比增大，即转速比增大，在砂轮往复程度相同情况下，需要维修人员转动的耗时增加，详情关系描述见表1。

表1 主从动齿轮齿数配置关系

3.2 新型盘动省力装置结构介绍

新型盘动省力装置中箱体壳为长方体形的壳体，在箱体壳的宽边端面上设置有螺纹孔，在箱体壳的两侧边各设置有两个安装孔，每个安装孔均用于安装一个轴承，手柄包括手柄本体及一端的外螺纹部，外螺纹部与箱体壳上的螺纹孔螺纹配合，实现手柄安装于箱体壳的外侧。主动齿轮轴和从动齿轮轴均通过轴承设置于箱体壳内，并且至少主动齿轮轴的一端从箱体壳的侧壁处露出，从动齿轮轴的一端从箱体壳的侧壁处露出，为了避免出现转动干涉，主动齿轮轴与从动齿轮轴不在箱体壳的同一个侧壁处露出。

主动齿轮通过键设置于主动齿轮轴上，从动齿轮通过键设置于从动齿轮轴上，主动齿轮与从动齿轮啮合。主动轴手柄与主动齿轮轴露出箱体壳侧壁的一端连接，输出轴套筒与从动齿轮轴露出箱体壳侧壁的一端连接，输出轴套筒的内腔形状与砂轮盘动轴的外形相匹配。在主动齿轮两侧的主动齿轮轴上，及从动齿轮两侧的从动齿轮轴上均套有齿轮定位隔套，见图5。

针对该结构为达到省力的效果需满足以下需求：（1）主动齿轮的齿数小于从动齿轮的齿数。（2）主动齿轮的半径小于从动齿轮的半径。（3）输出轴套筒的内腔形状与砂轮盘动轴的外形相匹配。

3.3 新型盘动省力装置工作方式

将新型盘动省力装置的输出轴套筒套进砂轮盘动轴，即专用工具接口位置，一只手握住手柄，另一只手转动主动轴手柄，因主动齿轮与从动齿轮的啮合，此时主动齿轮带动从动齿轮转动，从而带动输出轴套筒转动。由于主动齿轮的齿数小于从动齿轮齿数，从而实现省力的目的，可根据实际需求调整主动齿轮或从动齿轮的齿数，到合适的齿比。

4 下一步方向

当前，通过使用力矩扳手对在用6台SQ21型切丝机砂轮进行往复盘动，测得力矩范围之间，同时确定盘动空间最小极限尺寸约为。下一步，将结合上述两参数，利用齿轮传动相关原理，选择最佳传动比，计算出最佳主动齿轮及从动齿轮齿数及模数，进行相关校核后，确定其余零部件尺寸，最终利用二维图纸加工制作出该省力装置。

5 结语

本文通过理论阐述至结构设计，利用不同齿数的主从动齿轮进行外啮合，使得传递给输出轴套筒的力大于主动轴手柄的转动力，进而实现切丝机砂轮往复盘动省力的目的。与此同时，从理论方面论证了使用省力装置可以解决砂轮无法盘动或用力过猛碰伤等问题。不足之处在于实物未作出，未进行相关现场及试验数据论证，后期将进行逐步完善。