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涂布机用新型逗号刮刀组合装置研究 摘要 目前涂布行业对涂层表观质量和涂层厚薄可调提出了更高的要求，逗号刮 刀作为涂布头( 上胶刮胶装置) 中的关键部件之一，具有其他刮胶设备所不具 有的优点，逗号刮刀的强度、硬度高，刃口直线度误差小，可以采用气动微调 机构来调节和控制刮刀的位置，涂布量控制和刮胶精度高，使用极为方便，刮 胶均匀，特别适用于光辊上胶涂布的精确刮胶。 逗号刮刀长期工作中，存在较大的挠曲变形，影响工作精度。提高逗号刮 刀的整体刚度，保证工作时的刃口直线度，才能满足企业对高精度涂布的需要。 本文提出了一种新的逗号刮刀组合装置，可以根据刮刀上所受力的大小，调整 刮刀受力达到平衡，从而实时的调节或者消除逗号刮刀的挠曲变形量。对在弯 矩作用下的挠曲线进行了优化分析，推出了力矩扳手所加转矩与刮刀体所受载 荷的理论公式，并以某厂实际应用的逗号刮刀的进行了对比分析。进而用有限 元方法对逗号刮刀在不同弯矩作用的挠曲线进行了分析验证，并对逗号刮刀组 合装置中受力最为复杂的支撑臂进行了强度分析，以保证逗号刮刀工作时的高 精度特性。 关键词：涂布机；逗号刮刀；挠曲变形；有限元分析；强度分析 r e s e a r c ho nn e wc o m m a b l a d e su n i td e v i c e0 f c o a t i n gm a c h i n e a b s t r a c t a tt h ep r e s e n tt i m e c o a t i n gt r a d ep r e s e n t sm o r er e q u e s to f c o a t ss u r f a c eq u a l i t ya n d c o a tt h i c k n e s s s h i f t c o m m ab l a d ea sak e ya s s e m b l yo fc o a t e r ( d e v i c eo fc e m e n t i n g a d h e s i v ea n ds c r a p i n ga d h e s i v e ) ，h a v i n gm o r e m e r i to fo t h e rs c r a p i n gd e v i c e c o m m ab l a d e h a sh i g hs t r e n g t ha n d r i g i d i t y , l i r l ee r r o ro fb l a d es t r a i g h t n e s s i tc a na d j u s tb l a d e ，sp o s i t i o n v i ap n e u m a t i co u t f i t ，h a v i n gh i g hp r e c i s i o no f c o a t i n gq u a n t i t yc o n t r o l l i n ga n ds c r a p i n g a d h e 研v e ，u s el sc o n v e n i e n c e ，s c r a p ei su n i f o r m i t y , m o r es u i t a b l ef o rr o l lc o a t i n g sp r e c i s i o n s c r a p i n ga d h e s i v e c o m m ab l a d ee x i s t sb e n d i n gi nt h el o n gw o r k i n gp e r i o d ，i n f l u e n c i n gt h ew o r k i n g p r e c m l o n i m p r o v i n gw h o l es t i f f n e s so fc o m m ab l a d e ，i nv a l i d a t eo fc o m m ab l a d e ，s w o r k i n gb l a d es t r a i g h t n e s s ，s oc a nc o n t e n tw i t hc o r p o r a t i o nh i g hp r e c i s i o nc o a t i n g t h i s p a p e rp r e s e n t e dan e wb l a d e sa s s e m b l ed e v i c e sw h i c hc a r la d j u s tf o r c eb a l a n c ed e p e n d i n g o nt h eb l a d es u f f e r e df o r c em a g n i t u d e s oc a nr e a l t i m ea d j u s to re l i m i n a t et h eb e n d i n g t h eb e n d i n gc u r v eo nt h eb e n d i n gm o m e n th a db e e no p t i m i z e d t h e o r e t i c a lf - o n n u l ao ft h e t o r q u ea n dt h eb l a d eb o d ys u f f e r e dl o a dw a si n t r o d u c e d t a k e na f a c t o r y ，sc o m i l l ab l a d ei n t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o na sa l le x a m p l e ，ac o m p a r a t i v ea n a l y s i sw a sc o n d u c t e d i tu s e st h e f i n i t ee l e m e n tm e t h o df o rt l l e b e n d i n gc u r v e sa n a l y s i so fc o m m ab l a d ei nt h ed i 虢r e n t b e n d i n gm o m e n t a b o u tt h es u p p o r ta l t ni nt h ec o m p l e xf o r c eo fc o m m ab l a d e su n i td e v i c e t h es t r e n g t ha n a l y s i sw a se m p l o y e d a l lo ft h i s ，i nv a l i d a t eo fc o m m at y p e k n i f e sh i g h w o r k i n gp r e c i s i o n k e y w o r d s ：c o a t i n gm a c h i n e ；c o m m ab l a d e ；b e n d i n g ；a n s y s ；s t r e n g t h a n a l y s i s l i 插图清单 图l - l 逗号刮刀刮涂过程示意图3 图2 一l 革用光固化涂布机样机实物图6 图2 - 2革用光固化涂布机样机示意图7 图2 - 3 放卷装置实物图一8 图2 - 4革用光固化涂布机涂布装置示意图9 图2 5 革用光固化涂布机涂布装置实物图1 0 图2 - 6涂布机远红外加热箱和光固化箱实物图1 0 图2 7 二维自动纠偏装置实物图1 1 图2 - 8冷却牵引机构实物图1 2 图2 - 9浮动部件实物图12 图2 1 0t g g 革用光固化涂布机样机控制面板1 3 图2 1 l收卷装置实物图1 3 图2 1 2 热溶胶喷挤涂布1 4 图2 13幕帘涂布15 图2 1 4刮胶方式选择分类图1 6 图2 1 5不锈钢片刮刀刮胶装置1 6 图2 1 6刮棒式刮胶装置1 6 图2 1 7钢丝刮刀刮胶装置 图2 1 8气流刮刀刮胶装置1 7 图2 1 9逗号刮刀刮胶装置1 7 图2 2 0刮涂示意图18 图2 2l 吻涂示意图一1 8 图3 1单个螺钉调整的逗号刮刀2 0 图3 2 一排螺钉进行调节的可调节逗号刮刀2 1 图3 3同本逗号刮刀工作示意图2 2 图3 4日本内部加压式逗号刮刀2 2 图3 5 西安逗号刮刀装配示意图2 3 图3 - 6 海德堡的浮动辊2 3 图3 7 赛鲁迪挠性压印滚筒。：2 4 图3 8 逗号刮刀组合装置结构组成示意图2 4 图3 - 9 逗号刮刀组合装置工作原理示意图2 5 图3 1 0 挠曲变形示意图2 6 图3 1 1取逗号刮刀左端为研究对象2 7 图3 1 2 组合装置下刮刀体受力示意图2 7 图3 1 3 逗号刮刀模型3 0 图3 1 4 不同弯矩下逗号刮刀的挠曲变形情况一3 2 图3 1 5 旋转辊轴加装逗号刮刀组合装置示意图3 3 图4 1逗号刮刀有限元分析流程图3 6 图4 2 刮刀横截面受力示意图3 7 v t t 图4 3 逗号刮刀竖直方向挠曲变形分析3 8 图4 4 逗号刮刀组合装置调整示意图3 9 图4 5 逗号刮刀组合装置三维示意图3 9 图4 6 逗号刮刀建模模型示意图4 0 图4 7a n s y s 中逗号刮刀模型4 0 图4 8 逗号刮刀网格划分4 1 图4 9 逗号刮刀材料属性设置4 3 图4 1 0 逗号刮刀模型约束设置4 3 图4 1 1 重力加速度设置4 4 图4 1 2 逗号刮刀模型加载4 4 图4 1 3 重力作用下逗号刮刀挠曲变形4 5 图4 1 4 实际工况下逗号刮刀挠曲变形4 6 图4 1 5 实际工况下逗号刮刀u x 、u y 方向变形4 6 图4 1 6 组合装置下逗号刮刀加载4 7 图4 1 7 组合装置下逗号刮刀挠曲变形4 8 图4 1 8 组合装置下逗号刮刀u x 、u y 方向变形4 8 图5 1 支撑臂强度分析流程图5 1 图5 2 支撑臂简化模型示意图5 2 图5 3 支撑臂三维简化模型5 2 图5 4h y p e r m e s h 中支撑臂网格模型5 2 图5 5 施加边界条件后支撑臂模型5 3 图5 - 6 支撑臂应力云图5 4 图5 7 轴向载荷、最大冯密斯应力以及顶端水平位移之间的关系5 5 v i i i 表格清单 表3 1 在x ，处挠曲量为零时，沈、勋处挠度值3 0 表3 2 在x 2 , x 3 处挠曲量为零时，五处挠度值3 l 表3 3 在优化弯矩下的挠度值31 表4 1 逗号刮刀的材料特性4 2 表5 1 支撑臂的材料特性5 3 表5 2 应力、位移与轴向载荷之间的关系5 4 i x 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 合起工业大堂 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 7 学位论文作者签字：缘渺签字日期：纱r d 年妒月够日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金月巴王些太堂 有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅或借阅。本人授权金魍王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：、主文妙 翩签名：劢 签字日期：纠9 年缈月硌日签字日期：纠哞尹月2 廖日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 致谢 本论文是在尊敬的导师王勇副教授指导下完成的，王老师渊博的知识，严 谨的治学态度和高度的责任心时时影响和激励着我，使我受益匪浅。 在我研究生学习阶段，王老师给了我无微不至的关怀和耐心细致的指导， 从学习课程的精心挑选到培养计划的总体安排：从论文选题到研究过程的悉心 指导，还有生活上的照顾。点点滴滴，所有的这些过程中都倾注了王老师大量 的心血。无论在治学上还是在做人上，王老师作为学者的崇高品质深深地影响 着我。三年的学习经历将成为我人生道路上最为宝贵的财富，在此我要向王老 师致以最真诚的感谢和最崇高的敬意。 在这里，我还要感谢我校的刘正士老师、汪家慰同学、胡修稳同学、徐磊 同学、叶华华同学、叶鹏同学与神力集团有限公司的王锦豪总工程师、段醒于 工程师，在我的课题研究和论文写作期间对我的帮助。正是大家相互鼓励、相 互帮助、使我顺利完成了学业。 最后，还要向多年来在我的成长和学习生涯中给予我帮助和关心的所有老 师、同学以及亲戚朋友表示诚挚的谢意! 感谢我的父母和全体家人多年来给我 的极大支持。 i i i 作者：吴成业 2 010 年3 月 第一章绪论 1 1 课题的来源及意义 1 1 。1 课题的来源 课题来源于企业实际生产需要，已获得温州市科技项目立项( 项目编号： g 0 8 0 2 0 3 ) 。 某企业开发的革用光固化涂料性能优良，具有很好的涂布装饰效果。由于 该涂料系新型材料，涂料黏度较大，在皮革生产企业现有的涂布机中，不能得 到很好的应用l lj 。为了推广使用该种新型光固化涂料，创造大的经济效益。企 业通过科研立项，针对涂料的高固含量、高黏度特点，以及皮革涂饰后高光高 亮、纵横向无条纹的要求，来开发一种新的涂布机产品革用光固化涂布机。 革用光固化涂布机是一款高效、环保、经济的新型皮革用生产设备。它采 用新的生产工艺和u v 涂饰剂，运用新的机械结构和光固化技术，具有快速高 效生产高光亮人造革合成革的功能，具有生产流程短，工艺简单，设备占地面 积小，降低成本，节约资源，保护环境等优点。 涂布头( 上胶刮胶装置) 是革用光固化涂布机的关键组件【2 1 ，主要用来完 成涂布产品的上胶和刮胶。本项目涂布机采用刮涂和吻涂两种涂布方式，其刮 胶都是通过逗号刮刀来完成的。逗号刮刀的加工精度和工作精度对涂布产品的 质量有直接影响，是涂布头中的关键部件之一。本项目所用涂料具有高固含量、 高黏度的特点，要求逗号刮刀具有高精度的特性。 检索国内外市场上针对逗号刮刀的研发和使用情况，通过对比，发现大部 分存在结构复杂，调整不方便，维修困难的局面。因此自主研发高精度的逗号 刮刀，保证涂布的均匀性，成为本项目的关键子课题之一。 1 1 2 课题的意义 涂布是将一层或多层具有特定功能的材料附着于基材表面上，以改善基材 表面功能或保护基材，增强基材的利用价值，或者直接利用涂层表面特性，提 高产品的使用价值。涂布加工技术是一套高效率低成本的加工方法，以生产特 定功能的产品，相对于其它高分子加工技术，涂布技术属于高投资、技术密集 且具有高报酬率的加工方法。涂布技术是包含化学、物理、机械工程、化学工 程等领域的交叉学科【3 】。涂布机主要是将成卷的基材，如：纸张、布匹、皮革、 铝箔、塑料薄膜、挠性线路板、电池极片【4 l 等，涂上一层特定功能的胶、涂料 或油墨等，并烘干后收卷。涂布机按涂布方式可分为：门辊涂布机1 5 儿6 1 、短销 式涂布机、鸟啄刮刀涂布机、b e l b a p a 涂布机、s y m s i z e r 涂布机、b i l l 刮刀 涂佰机、预计量施胶压榨涂布机【7 1 、气刀涂布机、帘式涂布机【8 】和喷雾涂布机 等。涂布机正向高速、宽幅、超薄涂层的方向发展p 儿1 u j 。 在涂布复合设备的设计开发中，逗号刮刀作为重要的刮胶装置，其挠曲变 形问题是涂布设备生产企业长期存在的问题。由于逗号刮刀的挠曲变形，会使 涂布涂层出现涂层厚薄不一致、涂层表面出现麻坑点或条状斑点、气泡现象、 桔皮现象【l 、脱层现象等，严重影响涂布产品的品质。随着涂布机幅宽的不断 加宽，逗号刮刀的刚度下降，逗号刮刀挠曲变形量以大于幅宽四次方的比例增 大。因此逗号刮刀结构的合理设计和改进优化一直是涂布复合设备生产厂家研 究的重点【1 2 】。 通过逗号刮刀组合装置，可以减小或消除逗号刮刀挠曲变形的影响，大大 提高逗号刮刀的工作精度。可以使逗号刮刀在刮涂中的涂层均匀、厚薄一致、 无条纹，获得好的表层质量，保证涂层经过固化干燥后，获得优质的产品质量。 高精度的逗号刮刀是保证t g g 革用光固化涂布机开发成功的关键因素之一，其 共性技术，适用于我国高精度涂布机的开发应用，具有重要的实际意义。同时， 逗号刮刀组合装置的研制对减小或消除涂布辊、压光辊、凹印滚筒等辊轴类的 挠曲变形都有积极的意义。 1 2 逗号刮刀的定义及特点 目日仃的涂布机、复合机等设备中普遍使用的逗号刮刀，最先由德国的帕根 达姆公司发明，主要用于对涂布量的精确计量l l3 1 。所谓逗号刮刀是圆辊表面 沿母线加工成刃口，形似逗号。用逗号刮刀代替钢片刮刀能得到平滑的涂层。 因为刀刃前是胶面受挤压区域，一旦基材胶面通过刃口，就突然失压( 压力降 到零) ，胶面虽然反弹( 基材或粘结剂为弹性体) ，也不至于接触逗号刮刀， 也就消除了粘滞痕迹i l 制。涂布工作时，逗号刮刀固定不转动，刮刀的缺角刃口 正对着涂布辊或衬辊的切点，对通过的涂层进行刮削，保证涂布均匀，而对涂 层刮削的均匀度主要在于该逗号刮刀的全跳动、圆柱度和刃口直线度【15 1 。逗号 刮刀在初始阶段，其全跳动、圆柱度和刃口直线度通常能够得到保证，但是在 使用过程中，由于其本身的重力和工作载荷的因素，使得逗号刮刀会出现一定 程度的挠曲变形( 逗号刮刀长度越长，其挠曲量越大) ，从而影响逗号刮刀的全 跳动、圆柱度和刃口直线度，于是影响涂布的均匀性。 本课题涂布机采用逗号刮刀的刮胶方式，主要适合于胶液黏度大，单位面 积涂布量大的涂布方式。逗号刮刀采用4 5 钢，经调质处理后，精细磨削外圆和 铣削缺口而成，保证刮刀的平直度要求，刮刀可用差动螺旋做到精细调节，调 节量可以由其上的千分表直接显示。在刮刀下部有一可调平直度的钢板( 或背 辊) 作为基材支撑托板，该托板基座( 或背辊基座) 用气缸可以快速移动，以 保证基材搭接时的接头顺利通过。逗号刮刀工作过程如图1 1 所示。 2 图1 1 逗号刮刀刮涂过程示意图 1 3 逗号刮刀的国内外研究现状 1 3 1 逗号刮刀的国内研究现状 国内的涂布复合设备制造厂家在逗号刮刀的材料、制造和安装上作了很多 考虑【l 引，但逗号刮刀体的设计方面还有很多理论问题尚未解决。在解决挠曲变 形方面，国内一些厂家是通过增加刮刀辊筒的壁厚，加大辊筒的尺寸来提高刮 刀辊筒的刚度，从而减小刮刀体的挠曲变形。还有些厂家是通过在刮刀辊筒之 上另加一根直径较大的刚性对压辊筒来增大压力，这种结构对减小挠曲变形有 一定的作用，但这种结构会带来功耗、结构体积过大及温升增加等问题，而且 当刮刀跨度超过18 0 0 m m 时，仍然存在不理想的变形，所以说，这种结构没有 从根本上解决逗号刮刀体挠曲变形的问题。 国内检索发现，有河北邢台纳科诺尔级片轧制设备有限公司提出的逗号辊 7 。，分为辊轴和辊套间隙配合，轧辊的刀1 2 1 设在辊套上，拧动辊套上的调节螺 栓即可调节辊套与辊轴之间的间隙，进而可微调整刀口的直线度：温州神力集 团有限公司提出的可调节逗号刮辊i l 引，通过刮刀缺口平面的若干组调节螺栓的 顶离或并紧，在辊体出现挠弯时，通过对给螺栓的调节，可以校正辊体的挠度， 从而保证刮刀刃口的直线度要求。以上两种机构的缺点是：挠度调整量较小且 只对刮刀竖直方向挠曲变形量进行调节；通过在辊体上开孔，会进一步降低刮 刀的整体刚度，减小刮刀抗挠能力。 相关辊轴类挠曲变形的研究有：( 1 ) 可控中高辊辊面挠曲变形调节的辊内 加压法【19 1 、中固可控挠度辊调节法【2 0 1 和全副可控挠度辊调节法【2 ，( 2 ) 芯轴 辊的纵向和横向布置的力封闭式成对辊筒的挠度控制机构1 2 2 1 ，采用气动波纹管 为执行元件，用杠杆法进行挠度的调节。以上各种辊筒对挠曲变形的调节有一 定的作用，中固辊、芯轴辊和可控中高辊的缺点是：重量大、结构复杂、制造 困难、造价昂贵。 目前我国涂布行业对逗号刮刀挠曲变形调整，普遍采用方法的是当逗号刮 刀的挠曲变形程度对涂布产品的质量产生严重影响时，把刮刀从涂布机上拆卸 下来，送到电镀厂重新镀铬，在磨床上重磨后，再装回涂布机。这种方法费工 费时且对涂布生产企业的产量产生影响。涂布复合行业迫切的需要一种结构简 单，挠度可调节的逗号刮刀。逗号刮刀挠曲变形的问题是涂布设备生产企业长 期存在的问题，属于行业共性问题和技术难题。 1 3 2 逗号刮刀的国外研究现状 国外对于逗号刮刀的挠曲变形的研究，有日本的平野金属株式会社提出的 在逗号刮刀的辊体内部管壁上的确定位置安装加压装置，通过液压、空气等对 加压装置增加压力来调整由于工作载荷所引起的逗号刮刀挠曲变形【2 3 】；苏联提 出的纵向布置的单根辊筒挠度控制结构【2 2 1 ，用一根内部通水冷却和外绕电阻丝 加热的钢管作为执行元件，利用热胀冷缩的原理，通过杠杆对辊筒施加附加弯 矩，其他国家也有一些类似的结构，采用机械的执行部件对辊筒施加弯矩。 国外的研究人员对辊筒的挠曲变形提出了辊筒补偿的概念，相继开发出“浮 动辊( 双滚筒) ”“n i p c o 辊”“预定支座点”等形式的偏压补偿机构。相关辊轴类 挠曲变形的研究有：海德堡推出的“浮动辊”，是利用液压驱动原理，用液压偏 差补偿的方法来调整辊筒的挠曲变形【2 4 】；赛鲁迪公司研制出赛鲁迪挠性压印滚 筒，利用高压气体来补偿滚筒挠曲变形【2 4 1 。 对于国外提出的相关偏压补偿机构，结构复杂、制造装配要求高且造价昂 贵。目前，国内尚未完全掌握这一技术。该机构在我国大型宽幅涂布机上的应 用还有一个相当的过程，在大量的中小型涂布机上，则限于经济条件，使用的 可能性不大。 1 4 课题的主要内容 本课题以t g g 革用光固化涂布机中的逗号刮刀为研究对象，提出了一种新 的逗号刮刀装置，用来减小或消除逗号刮刀在受到工作载荷和重力载荷作用下 的挠曲变形量。逗号刮刀组合装置具有结构简单、造价低廉、操作使用方便、 能量损失小的特点，并用理论和有限元分析的方法证明了该组合装置具有控制 精度高、平衡刮刀受力平衡、有一定可调范围的优点。从而保证逗号刮刀的刃 口直线度在较小的范围内，满足高精度涂布的需要。主要内容有： ( 1 ) 介绍了革用光固化涂布机的总体结构，论述了涂布行业的上胶方式和 刮胶方式的分类，指出了革用光固化涂布机采用刮涂和吻涂的两种涂布方式， 其刮胶都是通过逗号刮刀进行的，并提出了提高逗号刮刀工作精度的组合装置。 ( 2 ) 对逗号刮刀组合装置的结构和工作原理进行说明：基于逗号刮刀的力 学模型，从力平衡的角度导出逗号刮刀挠曲变形量与所加弯矩的关系，并用插 4 值法推出了理论最佳弯矩；提出了力矩扳手所加转矩与刮刀体所受载荷的理论 公式； ( 3 ) 以某厂实际生产使用的逗号刮刀为模型，对刮刀挠曲变形量与所加弯 矩的理论计算结果进行了说明； ( 4 ) 根据逗号刮刀的实际工作载荷情况，用a n s y s 软件对逗号刮刀在自 重和工作载荷作用下的挠曲变形进行了有限元分析，从而为逗号刮刀组合装置 的结构设计提供参考； ( 5 ) 对逗号刮刀组合装置的关键部件支撑臂进行强度分析，保证逗号刮 刀组合装置工作的可靠性。 第二章革用光固化涂布机及涂布头原理 2 1 革用光固化涂布机的应用 t g g 革用光固化涂布机属国家重点支持高新技术领域产品，系新材料技术 领域( 高性能环境友好型皮革化学品) 和高新技术改造传统产业顿域( 新型机 械技术) 高科技产品，是一款高效，环保，经济的新型高光亮革用生产设备。 它采用新的生产丁艺和u v 埭饰剂，运用新的机械结构和光固化技术，具有快 速高效生产高光亮人造革合成革的功能，具有生产流程短，工艺简单，设备占 地面积小，降低成本，节约资源，保护环境等优点。 t g g 革用光固化涂布机采用了一种创新的光固化技术和辊涂工艺相结合 技术，且涂层厚度00 5 0i5 m m 可调控，涂层均匀、平整，在国内处于领先 水平。t g g 革用光固化涂布机属于一种利用光固化技术的“绿色环保”涂_ 靠机， 用于生产商光亮合成革，用以解决现有高光亮台成革生产中存在的污染严重、 能耗较大、生产效率低等问题，其共性技术具有广阔的应用前景。 2 2 革用光固化涂布机的组成 革用光固化涂布机主要有放卷装置、涂布装置、二维纠偏装置、远红外线 干燥箱、光固化箱、浮动部件、冷却部件、收卷装置等组成。革用光固化滁布 机样机实物如图2 - 1 所示革用光固化滁布机样机结构如图2 - 2 所不。日前该 样机已通过中试验收。 雾媳 圈2 i革用光同化涂布机样机实物图 丑糖惦嚣站毒梧媾毫匪米旺斟q“函 221 革用光固化涂布机的工作原理 革用光固化淙布机生产高光亮合成革的工作原理：在合成革贝斯基材t ， 直接均匀涂布高固含量、高黏度的u v 涂饰剂，再利用远红外光线预热，紫外 光线照射涂靠的光固化材料，使其快速固化短时冷却，直接收卷保存，从而 获得高光亮合成革。 222 革用光固化涂布机的主要性能指标 革用光固化涂布机要求运行稳定、可靠、收卷整齐，涂布涂层要求平整 均匀、纵横向无条纹，合成革或贝斯涂饰后要求高光高亮的表观特征。 革用光圃化涂布机主要技术性能指标： ( 1 ) 合成革幅宽：1 4 0 0 r a m ： ( 2 ) 运行速度：3 1 0 m m i n ，运行稳定、u t 靠、收卷整齐； ( 3 ) 光固化时间：2 6 s ； ( 4 ) 涂层厚度：0 0 5 01 5 m m ，镜面式涂层( 高光亮) ，平整、均匀： ( 5 ) 适用u v 涂料条件：固含量6 8 以上，黏度1 5 0 0 厘泊左右。 223 革用光固化涂布机样机的结构组成 223 1 放眷装置 放卷装置采用# 盘式有效放卷宽度5 5 0 m m ，有效放卷直径, 【p 4 0 0 m m ，放 卷轴为3 ”气胀轴2 根，放眷张力自控1 套( 三菱：包括磁粉制动器、压力传感 器、张力控制器) 。机架和底板都采用钢板焊件其中磁粉制动器与艘眷轴通过 滑动齿轮连接，整体放卷架配有e p c 气液纠偏系统，张力控制采用锥度张力控 制器控制磁粉制动器的结合力束达到放卷张力的可调。放卷装置实物如图2 3 所示。 本放卷装置具有上料速度快，放卷张力均匀，放卷偏差小等优点。 幽2 - 3艘卷装置实物图 2232 涂布装置 涂布装置即为上胶刮胶装置( 俗称涂布头) 。革用光固化涂靠机根据所用光 固化涂料高固含量、高黏度的特点，采用的刮涂和吻涂相结台的涂布方式 2 6 1 。 加胶采用的是自动上胶装置( 循环胶泵) ，上胶采用的是剐纹辊预涂，刮胶采用 的是逗号刮刀精确刮涂口7 i 。 涂布头有效涂布宽度为5 5 0 m m ；涂布辊直径为中3 2 0 m m ，丁作面5 5 0 m m ， 涂靠辊镀硬铬，超精磨加工，辊面跳动不大于00 0 5 m m ：逗号刮川为两刃口刮 刀直径为m 1 4 0 r a m ，材料为4 5 # 钢，表面镀硬铬，工作面5 5 0 m m ，超精磨加 工，辊面直线度不大于00 0 2 m m ，可上下前后调节：上胶槽为拦板式可手动 前后调节，下胶槽为不锈钢焊接，可手动升降调节；刮边机构为涂布牵引辊一 套、上料辊前后各一套；涂布部件上部带有排气罩装置；动力采用主动同步， 台湾齿轮减速电机，交流变频控制，共三套( 涂t 1 1 i 牵引辊、涂布辊、上料辊) ； 间隙调整采用精密滚珠丝杆及滚珠导轨、斜楔控制，精度为o0 0 1 8 m m 格。 本涂布头是根据涂料的特性专门设计的( 已申请专利) ，经过样机的初步 试验，涂布效果良好1 2 8 1 。涂布装置结构如图2 - 4 所示，涂布装置实物如图2 5 所示。 潦布辊 图2 - 4革用光固化涂布机涂布装置示意围 目2 - 5 革用光固化滁布机涂布装置实物罔 2233 远红外加热箱 远红外加热技术是利用远红外辐射元件( 主要有碳化硅系、氧化锆系等几 种) 发出的远红外线( 坡长3 1 5 微米) ，被加热物质所吸收而直接转变为热能达 到加热干燥的目的，节能效果一般在3 0 1 2 9 。 样机采用的是嘲纹辊顸涂，逗号刮刀精确刮滁的方式。刮涂出来的涂层较 厚，需经过远红外加热箱( 预热装置) 预热，使涂层表面分布更为均匀并除去 一部分溶剂，从而在光固化时，可以使涂层彻底固化，获得较好的涂层。远 红外加热箱结构如图2 - 6 所示。 图2 - 6 涂布机远红外加热箱和光同化箱实物图 2234 光固化箱 光固化技术是利用紫外光线照射光固化材料，使光固化材料在短时问内迅 速发生物理和化学变化，与传统的技术和工艺相比，其能源利用率高、无污染， 固化速度快、涂层质量高、大大减少流水线空间，被誉为一种环境友好型的技 术口”。光固化技术属国家推荐优先发展的高新技术，已在许多领域得到广泛使 用。将u v 涂料应用于皮革涂装，国外开始于2 0 世纪7 0 年代。涂装的效果主 要包括高光、磨砂、稠面等，可使皮革的美观程度大大提高。 新设计的光固化箱( 干燥装置) 采用多支紫外光管，可根据涂料固化所需 要的光固化密度确定开几支灯管，具有节约环保的特点。并采取全封闭式设计， 提供3 6 0 。屏蔽，最大限度做好u v 防护。当和u v 光管开关配合，光同化箱可 实现门锁功能，当门打开时，自动关闭光源开关。背面双d s u b 连接器，可使 用p l c 控制、外部锁定等，允许将u v 光管的控制信号传给系统。 光崮化箱网带采用特氟龙材质，驱动电机速度与整机运行速度一致，冷却 电机采用3 台15 k w 的电机( 根据进出风量选择) ，固化箱在灯源关闭后，冷 却风机依然运行3 分钟后停机。光固化箱结构如图2 - 6 所示。 本固化箱具有环保节能、t 燥速度快、运行稳定可靠的特点。 2235 二维自动纠偏装置 涂御机在运行过程中会出现走偏的现象，严重时会影响产品的生产质量。 二维自动纠偏机构采用气液伺服纠偏机高精度、高速化、复合化的纠偏性能 使产品质量和生产效率大大提高，节约原材料，提高了企业经济效益。革用光 固化涂布机配有二维自动纠偏装置，二维纠偏结构如图2 7 所示。 翻2 7 二维自动纠偏装置实物图 2 236 冷却牵引机构 冷却牵引机构采用水冷式牵引辊和气控硅胶压辊相结合的方式。牵引辊直 径为巾6 0 0 m m ，工作面5 5 0 m m ，表面镀硬铬，精磨加丁，辊两端设双向旋转接 头一套，为双进双出的水冷方式。硅胶压辊直径为中1 8 0 m m ，工作面5 5 0 m m ， 气动控制，硅胶层1 5 r a m 硅胶层硬度邵尔7 0 7 5 度；动力采用主动同步方式 ( 配同步带) ，齿轮减速机驱动，交流变频控制。冷却牵引机构实物如图2 - 8 所 月ta 本冷却牵引结构应采用取进双出的牵引钢辊具有冷却速度快、牵引力稳 定的特点。 图2 - 9 浮动部件实物幽 2238 电气控制系统 电气控制采用集中控制的方式总控制台设在光固化箱上，采用触摸屏的 显示调整方式。在放卷装置、涂布头、收卷装置设小控制柜各套，并都设有 升降速、警铃及紧急停车装置，涂布头的涂布辊设有正反转功能。并设有线速 度计、长度计数器、静电消除装置。电气原理采用的是p l c 控制、变频调速的 原理。电气控制面板实物如图2 ，1 0 所示。 本电气控制系统具有稳定可靠、调节灵敏的特点，可实时显示刮刀间隙( 精 度为o0 1 1 1 1 1 1 1 1 ) ，井有显示器实时显示光固化箱皮革的光固化情况。 一；磊磊荔蔷蒜杀机 。 兽熹。 嘲c 日+ 蜮xj _ _ l 一 2 239 收卷装置 收卷装置采用卡盘式，有效收卷宽度5 5 0 m m ，有效收卷直径中4 0 0 m m ，放 卷轴为3 气胀轴2 根，收卷张力自控1 套( 三菱：包括磁粉制动器、压力传感 器、张力控制器) 。机架和底板都采用钢板焊件，其中磁粉制动器与收卷轴通过 滑动齿轮连接，整体收卷架配有e p c 气液纠偏系统，张力控制采用锥度张力控 制器控制磁粉制动器的结台力来达到收卷张力的可调。收卷部件实物见图2 1 j 所示。 本收卷装置具有收卷速度快收眷张力均匀，收卷整齐等优点。 创2 1 1收卷装置买物期 t g g 革用光固化涂白机的结构组成是专门根据项目涂料的使用特点设计 的，该涂啼机是一款高效，环保，经济的新型高光亮革用生产设备。它采用新 的生产工艺和u v 涂饰剂，运用新的机械结构和光固化技术，具有快速高教生 产高光亮人造革合成革的功能，具有生产流程短，工艺简单，设备占地面积小， 降低成本，节约资源，保护环境等优点。 皈面 、 $ 空 簟； 舭 o 噼 i ； ! 薹 i 化 司 一蠢光 e 一 革 蒜9 。垂， o，f 凹 量 2 3 涂布机上胶方式的选择 涂布复合设备主要应用于塑料薄膜、纸类、感光胶片、挠性覆铜板、电化 铝、布料及皮革等多种卷筒基材上的上胶涂布与复合加工。它广泛应用于各类 领域，有着广阔的发展前景。涂布复合设备大至可分为网纹辊上胶涂布和热熔 胶喷挤上胶涂布、幕帘上胶涂布、光辊上胶涂布四种。 l 、网纹辊上胶涂布 这种涂布设备主要采用网纹( 凹眼) 涂布辊来进行上胶涂布。其涂布均匀， 而且涂布量比较准确( 但涂布量很难调节) 。用网纹辊涂布时，其涂布量主要与 网纹辊的凹眼深度和胶水种类精度有关。网纹辊的凹眼深度越深，胶从凹眼中 转移到基材上去的量相应也越多；反之，网纹辊网凹眼深度越浅，转移到基材 上的量也相应减少。与黏度也有很大关系。胶水的黏度太大或太小都不利于胶 的正常转移。胶水黏度大不易于转移，太稀则易流淌，使上胶不均匀，易产生 纵向或横向流水纹。所以，一旦涂布网纹辊和胶的种类确定下来之后，就很难 调节其涂布量，这也是网纹涂布辊的应用受到限制的主要原因。 2 、热溶胶喷挤上胶涂布 这种涂布设备主要将固态型的胶经加热熔化后，由液压装置将胶经涂布模 头直接喷挤在基材上p 引，如图2 1 2 所示。热熔胶涂布是近十几年来发展起来 的新技术，热熔胶涂布不需要烘干设备，耗能低；热熔胶为10 0 的固态胶成 份，不含有毒的有机溶剂。而普通的上胶涂布多采用有毒的有机溶剂( 如苯等) 来稀释胶，其所造成的有毒气体对操作人员的危害也极其严重。 热熔胶涂布与普通的上胶涂布相比有其独特的优点。热熔胶涂布是一种绿 色环保型的涂布技术，它的生产速度快、效率高、成本低、设备占地小、投资 回收期短，是经济实惠的投资项目，已广泛用于包装、医药、汽车、服装、电 子等行业。热熔胶涂布具有巨大的市场发展前景，该技术在市场上的发展比例 将越来越大，并会不断出现新的应用领域。 。一基材 图2 1 2热溶胶喷挤涂布 1 4 3 、幕帘上胶涂布 幕帘涂布是因为它在机器的横向形成一个可精密控制的、细薄如一的下注 液蜡“幕帘”。如果幕帘落在基材表面并让其固化，就形成一个厚度如一的涂层。 幕帘涂布技术的普及推广紧紧伴随着黏度从几百毫帕到几千毫帕( 1 2 0 。c 时) 的涂料添加剂的发展。这样的涂料即使涂层非常的薄( 0 0 l3 - 0 1 3 m m ，或 稍多些) ，也有非常理想的性能( 防护阻隔抗磨损、柔润性、诱人的外观等) 。 幕帘涂布头最常见的有两种，最常用的如图2 1 3 所示，即将热( 1 2 0 1 7 5 ) 涂料泵入料槽，溢流过堰板，靠重力降下。另一种是将涂料泵入一个在底部有 可变缝口的封闭储槽中。在热涂料上方有气垫，维持所希望的压头。这种液压 系统与堰板式比较，可操作更高黏度的涂料。封闭的液压系统也可在较低的压 力下工作，以降低幕帘流速并有可能( 如需要) 在低速下运行而不添加涂料添 加剂量。 压头式 f _ 卜空气压力 黛登生第一 蕈鼍当誉 、l 回用涂料一 堰板式 嘲一盖菁鍪碧 4 、光辊上胶涂布 这种上胶涂布通常采用两辊转移涂布。调整其上胶辊和涂布辊之间的间隙， 就可以调整涂布量的大小。整个涂布头部分的结构较为复杂，要求上胶辊、涂 行辊、牵引辊及刮刀的加工精度和装配精度高，成本也比较高。 由于这种涂布机主要采用高精度的光辊进行上胶涂布，涂布效果较好，涂 布量大小除了通过上胶辊和涂布辊之间的间隙来调整，还可通过涂布刮刀的微 动调节来灵活控制，涂布精度高。 由以上可知，涂布上胶方式主要根据涂料的固含量和黏度、基材的特性、 涂层的厚薄来进行选择。t g g 革用光固化涂布机以合成革或贝斯为基材，涂料 具有高固含量、高黏度的特点，涂层厚度要求厚薄可调。通过反复的试验，最 终选用网纹辊上胶涂布和光辊上胶涂布相结合的上胶方式，用网纹辊对涂料进 行初步计量上胶，光辊转移的方式完成涂布上胶过程。目前该涂行上胶方法在 样机生产中取得了较好的实用效果。 2 4 涂布机刮胶方式的选择 涂布过程中往往会出现上胶不均匀，这就需要有一定的刮胶机构，将胶刮 均匀。刮胶机构主要有不锈钢片刮刀、逗号刮刀、刮棒、钢丝刮刀、气流刮刀 等3 1 。刮胶方式的选择主要根据涂料的黏度亲进行进择，刮胶方式选择如图 2 - 1 4 所示，可见到涂料黏度较高时一般都选用逗号刮刀的刮胶方式。 闰2 一1 4 刮腔方式选择舟类图 l 、不锈钢片刮月f 。w 这种刮刀采用不锈钢薄片剪切后压在刮刀座上并作用在上( 涂) 胶辊卜， 其结构如图2 - 1 5 所示。由于不锈钢薄片较软，故刮胶不是很均匀，大多数用于 网纹辊上的刮胶，也用于光辊上胶涂布的预刮。 砌籀 翻2 - 1 5不锈钢片刮刀刮胶装置图2 一1 6刮棒式刮胶装置 2 、刮棒【1 3 1 这种刮刀常用强度硬度较好的圆棒精加丁而成。刮胶时要求圆棒转动，如 图2 1 6 所示。有时刮棒也可直接刮在基材上。刮棒的全跳动误差要求很小，多 用于光辊l 胶涂靠的预刮胶。当胶水黏性大时，也可以直接用刮棒刮在基材上， 作为该涂布机构的精确刮胶。也可以用于涂布置较厚的一次性刮胶。 3 、钢丝刮刀 这类刮刀在高精度的冷拉圆铜外密绕不锈钢丝精制而成。如图2 1 7 所示。 如果钢丝刮刀在刮胶时由微型直流电动机带动旋转则效果更好。刮胶时钢丝刮 刀通常直接作用在基材上3 l 。但一般来讲也只用于光辊上胶涂布的预刮胶。后 通常还需要逗号刮刀的精确刮胶。 气流刮刀 图2 1 7钢丝刮刀刮胶装置 图2 1 8 气流刮刀刮胶装置 4 、气流刮刀 气流刮刀机构通过均匀喷出的气( 压) 流作用在上胶光辊上，起到刮胶的 目的，如图2 l8 所示。要求气( 压) 流在光辊的整个宽度上分布得均匀，这种 刮刀多用于刮流动性较好的胶。这种刮刀的刮刀精度也较高，目前广泛的应用 于白纸板的涂布刮胶【13 1 。 5 、逗号刮刀 此类刮刀常采用强度、硬度较好的圆钢制成刀口。 刮胶时该刮刀固定不转动，如图2 1 9 所示。这种刮刀 的强度，硬度高，刃口直线度误差小，可以采用气动和 微调机构来控制刮刀的位置，涂布量控制和刮胶精度 高，使用也极为方便【l 引。由于其刮胶很均匀，所以适用 于光辊上胶涂布的精确刮胶。 j 、 0 | f k 图2 1 9逗号刮刀刮胶装置 由以上可知，t g g 革用光固化涂布机采用高固含量、高黏度的涂料，以及 涂布后涂层纵横向无条纹、涂布涂层厚薄可调的特点，都决定了采用逗号刮刀 的刮