大型非织造布机发展

随着非织造布生产线向大型、高速、高效的方向发展，产品布卷也趋向于采用以大卷径、大卷长，全幅宽不切边、不分切的形式下线，而在分切机上进行二次加工的方法加工，也就是进行“离线”分切加工。因此，分切机已不仅是一台离线分切设备，也成了生产线中不可或缺的一个重要环节，分切机的性能直接影响着生产线的运行效益，只有经过分切加工，非织造布才能成为满足顾客要求的最终产品。目前，分切机技术发展很快，已成为技术含量很高的设备。

1分切机的功能与用途

1.1小幅宽产品分切由于卷绕机没有配置分切装置，产品的切边及分切工作就成了分切机的基本功能。切边指切除原始布卷两边不符合要求的部分；分切是将全幅宽的布卷分切成幅宽更窄的产品。实际可以分切的最小幅宽与机型、所用的分切刀具有关，大都在80～100mm内。

1.2小卷长产品复卷为了发挥大型卷绕机的优势，从卷绕机下线的产品布卷（称为“母卷”）的长度常达数万米，远超出客户所需的长度。当不适宜或不能在卷绕机上直接生产顾客所需的产品时，就要在分切机进行定长复卷，成为卷长较小的最终产品（称为“子卷”），而这种工作往往与小幅宽分切加工同时进行。

1.3更换纸筒管尺寸母卷的卷绕芯轴直径都较大（≥76～450mm），当最终产品布卷的纸筒管直径与卷绕机目前所使用的卷绕芯轴尺寸不同时（大直径卷绕芯轴大都不使用纸筒管），就需在分切机上复卷、更换纸筒管的规格。将母卷的大直径纸筒管变换为最终用户所需的小直径（≤76mm）纸筒管，同时进行复卷、分切是最常见、量最大的工作。

2分切机的主要结构分切机的结构与卷绕机类似，现代大型的分切机除了自动换卷绕杆过程是在停机状态进行外，还有比卷绕机更多的动作和功能，结构也更为复杂。但具体到每一台机器的实际配置，则与设备型号、价格、技术要求等因素有关。

2.1放（退）卷装置放（退）卷装置用于夹持待加工的布卷，在设备运行时，布卷作退卷运动。放（退）卷装置有两种工作方式，一种是被动放卷，即放卷装置不带动力，产品由卷绕装置从母卷中拉出，这是一般小型分切机所采用的工作方式；另一种是主动放卷，放卷装置自带驱动设备，主动将产品从母卷中退出来。当产品所允许承受的张力较小、无法拉动布卷转动退卷，或退卷布卷的直径较大，采用被动退卷方式张力变化范围太大时，就不适宜采用被动方式退卷，需采用主动方式退卷。由于采用主动放卷时，对不同的非织造布材料（PP、PET，S、SMS等）有很好的适应性，可用于布卷直径变化大、产品克重范围宽的产品加工，这是目前大型分切机的主流工作模式。放（退）卷装置应有以下基本功能。（1）支承待加工布卷的重量，承受布卷高速运行时产生的惯性力。由于母卷的重量可达数吨，线速度可≥1000m/min，因此，要求机架有足够的刚性、强度及重量，防止受力变形和发生震动。（2）母卷的中心和轴向定位，防止运行中出现径向摆动和轴向窜动。常用的定位方法有气缸夹紧和液压油缸锁紧两种。（3）控制产品的放卷张力，采用恒张力主动放卷时，利用放卷与卷绕的线速度（或转矩）的差异控制产品的张力。一般情形下，放卷速度≤卷绕线速度。（4）高端分切机的退卷装置还有改换放卷方向的功能，以便改变子卷与母卷的卷绕形式，如产品的压花面在外面还是在内侧。（5）在运行过程中，使驱动装置与母卷保持稳定的传动状态。主动放卷均为表面摩擦传动式，使母卷紧贴在驱动装置表面，利用摩擦力带动布卷转动、将布放出。以下为两种常用的主动放卷方式。①靠轮传动型退卷布一直紧靠在由电机驱动、固定安装在机架上的辊筒外圆，辊筒利用摩擦力带动布卷运动，辊筒转动时便可将非织造布放出。随着布卷的直径越来越小，布卷将在气缸的作用下沿轨道向辊筒表面移动，保持与辊筒外圆的接触，辊筒表面的线速度就是放卷速度，其原理如图1所示。这是在非织造布行业，特别是高速、大卷径型分切机使用较多的方式。②平型带传动型驱动装置是一个机架可以回转的、由电机驱动的平型传动带，在放卷时、传动带的机架回转至使传动带工作面与布卷接触的位置，并使传动带的表面始终保持压紧在布卷面上，利用摩擦力带动布卷转动，使布放出。其原理如图2所示。随着非织造布的放出，布卷的直径越来越小，传动带的机架将在气缸的作用下沿轴线回转，保持与母卷外圆的接触，通过摩擦力使布卷继续转动、并将布放出。传动带的线速度也就是放卷速度，受张力系统控制。只要控制传动带与卷绕装置间的速度差，就可以控制放卷张力，实现恒张力放卷。为了降低传动带对布面的压力，根据母卷的幅宽、卷径的大小，或不同的机型，平型传动带可以有1、2或3条。常用传动带的宽度在150～300mm范围内，除了使用普通薄型平型带外，有的机器还使用多楔形平型带，对防止打滑和传动带跑偏有很好的作用。图3所示为A.Celli（亚赛利）公司REELY-1型分切复卷机的平型带驱动装置。退卷端产品（母卷）的最大宽度与生产线配套，最大可达7000mm母卷的最大直径约1000～3500mm；母卷的最大重量可达800～6000kg。

2.2卷绕系统卷绕系统担负了产品收卷，子卷定位、支承产品重量的功能。

2.2.1卷绕辊筒分切机是依靠表面摩擦力来传递动力的，分切机有两个水平布置的、直径（约300～400mm）相同的卷绕辊筒，辊筒的表面要经过特殊处理，不仅有适当的硬度和耐磨性，而且还有稳定的摩擦系数，摩擦辊工作面宽度≥退卷端产品幅宽＋200mm。大型分切机的两个卷绕辊筒一般采用独立驱动，因此相互之间的表面线速度可调，通过调节相互间的速度差、与调节压辊的压力相结合，能精密控制子卷的卷绕密实度，或控制产品的卷径。图4所示为亚赛利公司REELY-3型分切复卷机的压辊和两只卷绕辊。由于分切机在工作时要经常停机换卷，为了能及时加工生产线所生产的产品，一般认为分切机的运行速度应为生产线中卷绕机速度的2～3倍。在从国外引进的SMS型生产线上配套的分切机，常用交流电动机驱动卷绕辊（单辊电机的功率≥30kW），运行的速度一般都在1000m/min以上，国外已有速度达2000m/min的设备在运行。分切机分切出的子卷直径大小与卷绕辊的直径、幅宽有关。卷绕辊的直径及幅宽尺寸大，子卷的直径也可较大。国外分切机的子卷最大直径约为800～1500mm。大部分国产分切机的子卷产品直径约在800～1000mm之间。当子卷的直径（或卷长）较小时，由于需要频繁加/减速及停机换卷，有效运行时间减少，效率降低。因此，大型分切机不适宜加工直径或卷长较小的产品，以免造成生产线的产品积压。

2.2.2卷绕芯轴定位装置为了避免卷绕芯轴在运行期间不能准确定位，分切机设置了卷绕芯轴定位装置，其功能包括锁紧、轴向、径向定位，防止出现径向跳动和轴向窜动，保持分切断面的平整度，并能随着卷径的变化浮动。定位装置常用气缸驱动，并接收由送杆机构送来的备用卷绕芯轴，或解除约束、让取布卷机构将芯轴连同分切好的子卷一起取走。卷绕杆直径一般为50～150mm（相当于2～6英寸，3英寸最常用）。

2.2.3压辊压辊是平行设置在两个卷绕辊筒正上方、可以自由升降的活动辊筒。在机器运行时，可将分切好的子卷压紧在卷绕辊筒上。压辊对控制卷取摩擦力、产品直径，稳定卷绕张力等均有很大的作用。通过其两端的两个气缸控制压辊的升、降运动，及加在产品上压力的大小，能有效减少布卷的跳动。压辊还是消除高速运行时布卷可能出现的跳动及其所引起的震动的有效设施。由于这种压辊工作时是“骑”在布卷上方，因此又称为“骑辊”。分切机中的“骑辊”可有多条，能有效限制布卷的自由度，使卷绕过程稳定进行。如亚赛利公司“Trivalier振动控制系统”配有3条“骑辊”（图5），由计算机控制“骑辊”的线压力，使高速状态下的大卷径产品能在无振动状态下运行。

2.3分切装置分切装置是分切机的主要工作机构，包括：分切刀，刀具支架或刀轴，调整与定位机构，进、退刀机构等。常用的分切刀具有多种，其性能、适用范围、分切质量和价格也有很大差异。在速度低于800m/min的国产分切机上，还会用到价格低廉的民用剃须刀片及价格稍高的医用手术刀。由于这些刀具的工作点固定，高速运行时容易发热、变钝，往往分切1个大母卷后断面就容易出现“起毛”现象，这是用于医疗制品的材料时所不允许的。由于一台分切机会配置数量很多的分切刀。因此，高效分切机都是使用性能良好、使用寿命长的剪切式圆盘刀。按刀具所处的位置，分切刀常分为底刀（在布的下方，也称下刀）、面刀（在布的上方，也称上刀）。上刀为较薄的碟型圆盘刀，下刀为厚型圆盘刀，工作时上、下刀的刃口以外圆相交形式接触，以剪切方式将布剪开（图6）。通常下刀是主动的、并以与布相同的线速度转动，而上刀则是被动的，由于被分切产品有较厚（宽）的下刀支撑，在运行过程中不会出现“让刀”现象，分切过程稳定，产品的尺寸精确。采用自带动力的上分切刀（也称“分切电机”），能减少刀具间的距离，可分切宽度更小的产品。以下是一种可分切克重为10～300g/m2产品的分切电机参数：上刀/下刀直径150/200mm；最高生产速度1500m/min；最小分切宽度60mm。刀片直径越大，适用的运行速度也越高，在速度高于800m/min的分切机，上刀片的直径常大于150mm，下刀的直径比上刀更大，可达200～250mm。产品的最小幅宽与分切刀的结构有关，使用一般的剪切式圆盘刀时，最小分切幅宽在50～100mm。分切刀设置在布的张力较大、较稳定且便于操作的位置，并设置活动的防护、观察装置。刀具支架是一个结构复杂的装置，可固定在燕尾槽或线性导轨上，并沿横向（CD）方向移动、定位，以改变或调整刀具的位置。高性能分切机的上、下刀具可在计算机上灵活调整刀具的位置。刀架上有进、退刀机构，使刀具进入（或退出）工作位置。一般包括两个方向的运动：一是向被分切产品靠近（或离开）的径向运动；二是与下刀刃口贴紧（或分离）的轴向运动，调整剪切力。进、退刀运动是利用气动机构自动进行的。刀架的芯轴均设计为快换式结构，能十分快速、便捷地更换已磨损变钝的分切刀。

2.4自动张力控制系统分切机是按恒张力卷绕的原理设计的，自动张力控制系统可根据工艺要求设定卷绕张力，并在运行过程中不会随直径的变化而变化，始终使张力保持稳定、一致。张力的变化会影响分切断面的平整性，甚至导致相邻的布卷互相重叠而难以分离。与卷绕张力对产品质量的影响一样，张力的大小和稳定性还会影响产品的内在质量。张力太大会把产品拉断，在分切SMS类产品时，虽然表面上偏大的张力并未将产品拉断，但会导致内部的熔喷层出现外表无法发现的断裂，使产品的阻隔性能下降。高性能分切机基本上都使用主动退卷，通过调整退卷电机的速度或转矩实现张力控制。这时要求卷绕电机要有较高的速度稳定性，加减速的时间也较长（可达数十秒），而退卷电机则要求有快速（仅几秒）响应能力，能及时控制电机的转矩来保持张力恒定。分切机的张力调节范围视所加工的产品（材料及克重、幅宽）而定，一般为100～1000N；在张力控制系统中必须配置检测张力的装置，并与张力控制器、电动机调速器等组成一个闭环系统，才能实现恒张力控制。一台精密控制张力的分切机，子卷的分切端面平整度可＜1.0mm；张力传感器（图7）是最常用的张力检测元件，一般安装在“张力辊”的轴承座上，而张力辊则设置在退卷装置的出口端或卷绕装置的入口端，并紧固在机架上。角位移传感器也是一种检测张力变化的装置，常与“浮动辊”配套使用，在张力发生变化时，浮动辊会整体绕固定的芯轴回转，所产生的角度偏移便可输出与张力相关的信息。利用传感器输出的信息，张力控制装置便能改变退卷电机的运行状态，从而实现恒张力控制。角位移传感器及浮动辊造价较低，常用于速度较低（600～800m/min）及要求不高的系统。而张力传感器的输出信号与张力之间有较为精确的线性关系，反应快速，可用于各种机型，是高速分切机常用的张力检测元件。自动张力控制系统还有停机制动功能，在卷绕速度为零时，使母卷处于制动、停转状态。这样既可防止在停机后母卷继续转动，导致布卷散乱或过分松弛，还能使横切断过程在张紧状态下进行。

2.5卸卷装置（图8）产品分切好后，有的产品卷重较大，人工卸卷劳动量很大，利用卸卷装置可将产品从分切机内部转移到包装工作台上；大型分切机的自动卸卷装置还具有向备用芯轴套装纸筒管、或在落卷后将卷绕芯轴从布卷中拔出的功能。

2.6首尾端驳接装置为了避免首个母卷退卷完后，后续母卷还要重复进行穿绕，分切机配置的首尾端驳接装置能在首卷退卷布用完后，将其末端固定在机器上，然后将后续布卷的首端与其连接好，便可继续生产。常用的连接方法有电热粘接、单面或双面粘胶带粘接、超声波粘接等，其过程既可手动，也可气动。在一些大型的分切机，配置了自动驳接装置。

2.7计量装置子卷的规格主要包括幅宽、卷长、直径等参数，卷长计量装置用于对产品的长度进行检测、计量。常用的卷长计量装置有两种形式：一是直接与产品表面接触的滚轮式计数器，其测量结果是滚轮周长的累计数；另一种是装在分切机辊筒轴上的电子装置（如编码器），其输出的计数脉冲既可以变换为线速度，也可以是累计数，即卷长值。卷长计量装置能在开始工作时，使卷绕装置按预设的斜率平滑加速运行；而在卷长到达设定值前，给出系统减速信号，使机器按预设的斜率平稳降速，而在卷长到达设定值时准确停机，避免出现在高速状态急刹车的状况。滚轮式计数器的计量精度，与速度及摩擦力有关，滚轮磨损后会使卷长出现负偏差；电子计量装置本身没有打滑，但结果受卷绕张力的影响较大，产品与卷绕辊之间、产品与辊筒间存在的打滑现象仍会影响计量准确性。卷长计量装置常用的最大量程为99999（m）。子卷直径是利用与布卷直径相关联的线性位移信号进行测量的，线性电阻是一种常用的检测元件。直径计量显示器一般为四位数。

2.8切边移除系统切边移除系统的功能是将生产过程中切除出来的边料集中、收集输送至指定地点，特别是边料较窄不能稳定成卷时，能使分切过程正常、稳定进行。切边回收系统的另一个重要作用是使切出的布边在纵横向保持一定的张力，使分切过程更为稳定、顺利，保持布卷外侧端面的平整。切边回收系统主要为气流抽吸式，利用高压风机气流产生的负压将布边吸入管道内，并用气流将其吹送至上方或下方的指定地点。

2.9分切机的其他专用设备或功能

2.9.1母卷的轴线回转装置产品布卷的卷绕面选择与回转装置是大型分切机的专用配置。客户通常对产品布卷的表面状态（以刻花面在外还是光面在外）并没有特别要求。因此，在分切机上的退卷操作，仅是按习惯逆向将布退出即可，并无其他特别的要求。而当客户对布卷表面的要求与习惯不同时，一般是将布卷轴向回转180°，就能改变布卷的表面状态。对小直径布卷，这种回转动作可用吊车甚至人工来完成。但对使用双吊钩吊车搬运的大直径布卷，则应设置专用的回转装置来实现。对主动退卷式的分切系统，除了产品回转180°外，退卷装置还需逆向运行。对生产线中配置的常规三辊式热轧机，由于布卷的前进方向相同，在使用光辊上方的花辊或使用下方的花辊加工时，刻花布面的方向刚好相反。因而，配置这种回转装置就很有必要，以保持产品的表面状态相同。

2.9.2静态待用母卷的防挠曲功能从卷绕机上下机的产品并不都是马上装在分切机上加工的，在等待过程中，既不容许放置在地面上，也不能悬空静止放置，避免母卷失圆或出现挠曲，影响高速退卷。最常用的措施是使悬空放置的母卷在卷绕轴的支承下一直保持慢速（约为3～4m/min的线速度）转动。

3分切机的控制系统

3.1分切机的操作界面大型分切机常有多个操作界面，可分别实现对退卷装置，吊装设备，卷绕、分切装置，卸卷装置，拔、插卷绕芯轴，分切纸筒管装置等设备的控制。能完成如下的基本操作：退卷布的上机装夹及卸下空卷绕芯轴；设备的启动、停止及运行速度设定；张力设定，卷长或直径设定；压辊控制；取出并卸下子卷；产品横切断；安装或卸下卷绕芯轴；在机上分切纸筒管或套上纸筒管等。由于分切机配置的分切刀数量很多，因此大型分切机还有刀具位置的遥控设定，及与纸筒管自动相对应的功能，这个过程是在操作界面上进行的。此外，大型分切机还有完善的安全连锁保护，确保人员和设备的安全。随着分切机向高速度、大卷径、自动化、智能化的方向发展，分切机的控制系统已采用计算机控制。这样，分切机就能充分利用在线检测系统的信息资源，利用“母卷”中的缺陷信息，配套的布面缺陷标记系统会对存在缺陷的“子卷”产品作出标记。一般情况下，当缺陷即将出现前，分切机会自动降速或停机，以便对缺陷进行处置，而不用反复寻找或错过发现时机。控制系统应能控制分切机的启动加速斜率（或时间），在产品达到设定值前，提前按预定斜率进行降速、自动停机等功能。分切机有3种停机运行模式可供选择：卷长到达后停机，布卷直径到达停机，操作员随机控制。

3.2分切机的换卷系统与分切机的换卷过程相关的系统有卷绕系统、压辊、卷绕芯轴定位机构、卸卷装置、拔卷绕芯轴装置、纸筒管分切装置等。分切机的换卷过程是在停机状态下进行的，包括以下基本动作：卸布装置进入工作位置，并将过渡机构与分切机连接，卷绕杆定位机构松开；下卷机构将布卷连同卷绕芯轴一起送到卸布装置，并使非织造布处于张紧状态；送备用卷绕芯轴机构会将卷绕杆输送至正常工作位置、并由定位装置锁紧；横切断装置将已分切的子卷尾端以大包角压紧在备用杆上后将布切断，下一个子卷的始段可不需要粘胶带就能缠绕到气胀轴的纸管上；常用的横切断装置有飞刀、电热丝等。在拔杆装置将子卷的芯轴锁紧后，卸布装置沿CD方向移动，使布卷与卷绕芯轴逐渐分离，当拔出长度大于1/2时，中间的支持装置进入工作位置并将卷绕芯轴托持，然后将卷绕杆全部拔出。有的机型带有纸筒管自动分切功能，可按最终产品的幅宽在机上直接将套在卷绕芯轴上的一整条纸筒管进行分切排列、并与分切刀相对应定位，省略了纸筒管与分切刀相互之间的对刀工作，有较高的工作效率（图9）。

4目前分切机的技术水平

目前国外制造的分切机已达到很高的技术水平，并且具有本文中所介绍的很多较为新颖的实用功能，意大利亚赛利公司、德国EdelmannTechnology公司是目前非织造布行业较有代表性的分切机制造商，其设备配置在国内一些引进的高性能生产线上使用。部分设备的性能见表1。国外制造的分切机由于与生产线中的卷绕机及自动包装系统配套设计，因此在运行过程中的物流、信息流都是连续顺畅的。大卷径的产品从卷绕机下线后，随即进入与分切机联通的储布系统，然后到分切机上加工为最终产品。要注意根据非织造布生产线的性能特点、结合产品的市场定位要求进行分切机的选型。由于大多数高性能分切机的设计加工对象是较大卷径的子卷产品，因此在生产直径（或卷长）较小的子卷产品时，用于装卸产品，加、减速停机的时间相对较长，设备的有效运行时间减少，影响生产效率。在这种情况下，速度较低的国产分切机会有较高的效率。目前，国产分切机的技术已得到长足发展，并配套在很多国产生产线上使用，产品的幅宽已达3.2m，卷径≥2m，运行速度已达800m/min，速度为1200m/min的新机型也已投入运行。图10为江门市东洋机械有限公司推出的主动放卷高速分切机。